钢渣活性激发技术及其在水泥中的应用研究

摘要

钢渣是炼钢过程中产生的废渣，其产量约为卡H钢产量的12～20％。2007年我国钢铁工业排出钢渣量达到了8500万吨，全国钢渣累计积存量达到3亿多吨。大量钢渣不仅占用大量土地，还对环境造成了严重的污染。 钢渣的化学组成与水泥熟料相近，是一种具有潜在水化活性的胶凝材料。用钢渣作混合材生产钢渣水泥是实现这一工业废渣建筑材料资源化和高值化的重要途径之一。但因钢渣低水化活性的影响，钢渣水泥早期强度偏低，钢渣在水泥中的掺量也较低，一般仅为10％左右。因此，各种用于提高水泥中钢渣掺量及改善钢渣水泥性能的应用技术成为当前研究的热点，其中如何激发钢渣活性、提高钢渣水泥的早期强度是问题的关键。 本文旨在采用碱矿渣水泥的激发原理研制以钢渣为主要原料的碱激发钢渣胶凝材料，从而达到充分利用钢渣、减少钢铁工业对环境的污染、降低水泥工业环境负荷的目的。先将钢渣预磨至一定细度，研究了钢渣预磨细度对钢渣胶凝材料性能的影响。探讨了多种激发剂对钢渣活性的影响。通过多种激发剂的复合，减少了激发剂用量，改善了激发效果。研究了钢渣、矿渣、粉煤灰等混合材对钢渣胶凝材料性能的影响。通过混合材的复合掺加进一步提高了钢渣胶凝材料的早期强度。以钢渣、矿渣、熟料为主要原料，并掺入复合激发剂，制备了一种钢渣掺量高、早期强度高的钢渣胶凝材料，并对钢渣胶凝材料的水化产物及激发剂的影响进行了研究。 研究成果如下: 1.钢渣比表面积在310m2/kg以上时，钢渣颗粒具有较好的水化活性；通过混合粉磨后制得的钢渣胶凝胶凝材料比表面积在430m2/kg左右时，钢渣胶凝材料的性能较好。 2.以水玻璃、生石灰等四种碱性激发剂组成的碱性复合激发剂、硫酸盐激发剂、钠型激发剂均能有效地激发钢渣的胶凝活性，大幅度提高了钢渣胶凝材料的早期强度。碱性复合激发剂的掺加可使钢渣胶凝材料的3d强度提高10MPa，28d强度提高5MPa，但其掺量较大(6％)。钠型激发剂同样能够很好的激发钢渣活性，钢渣胶凝材料的3d强度提高了8MPa，28d强度提高了6MPa。硫酸盐激发剂能够有效的改善钢渣胶凝材料的凝结时间，但对钢渣活性的激发效果有限，并对钢渣胶凝材料的后期强度不利。 3.掺加3％的复合激发剂后，钢渣胶凝材料的3d抗压、抗折强度可达28.4Mpa和6.5MPa，28d抗压、抗折强度达到了49.0MPa和8.1Mpa，其3d抗压强度提高了115.2％，钢渣胶凝材料由32.5增至42.5R。激发剂的复合掺加达到了改善激发效果、减少激发剂用量的目的。 4.钢渣、矿渣、粉煤灰复合掺加后，钢渣胶凝材料的性能进一步提高。钢渣胶凝材料的最佳组成范围(质量分数)为:水泥熟料20～25％-钢渣35～40％-矿渣30～35％-粉煤灰5％-二水石膏5％-复合激发剂3％，其性能达到了42.5R复合水泥的国家标准，且有较多的富余强度。 5.硬化浆体的SEM、XRD、EDS分析表明，激发剂对钢渣胶凝材料水化产物种类没有影响，但水化产物数量有所不同。硬化浆体中Ca(OH)2晶体的含量大大降低，C-S-H凝胶和棒柱状AFt晶体的生成量显著增多。 6.钢渣、矿渣、粉煤灰多组分混合材复合后，有利于相互激发水化活性、促进水化产物的生成和提高水泥硬化浆体结构的密实程度，存在强度的超叠加效应。 7.钢渣活性激发的机理在于，激发剂提高了钢渣水化活性，加速了钢渣中玻璃体的解离，释放出Ca2+和硅-(铝)氧四面体离子，矿渣、粉煤灰的水化消耗了液相中的Ca2+，生成了更多的C-S-H凝胶和AFt晶体，使钢渣的网络结构不断解体。大量水化产物相互交织、搭接，后生成的水化产物填充其中，从而使水泥石的孔隙率降低、孔尺寸减小，有利于水泥石获得较密实、坚固的网络结构，从而使钢渣胶凝材料具有较高的早期强度。水化后期钢渣中的活性矿物继续水化，生成更多更细小的水化产物，填充于硬化浆体的空隙中，使硬化浆体的孔隙率进一步降低，钢渣胶凝材料的后期强度有一定程度的提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的来源

1.2钢渣的来源及处理方法

1.2.1钢渣来源

1.2.2钢渣的处理方法

1.3钢渣的组成及分类

1.3.1钢渣的矿物组成

1.3.2钢渣的化学组成

1.3.3钢渣分类

1.4钢渣的性质

1.4.1钢渣的碱度

1.4.2钢渣的胶凝活性

1.4.3钢渣的体积稳定性

1.4.4钢渣的易磨性

1.5钢渣的综合利用

1.5.1钢渣在水泥生产中的应用

1.5.2钢渣在混凝土中的应用

1.5.3钢渣在冶金领域的应用

1.5.4钢渣在建材领域的应用

1.5.5钢渣在其它领域的应用

1.6钢渣利用存在的主要问题

1.7课题研究的任务及意义

1.7.1课题研究的任务

1.7.2课题研究的意义

1.7.3课题研究的可行性分析

第二章钢渣活性的激发机理

2.1预活化处理

2.2物理激发

2.2.1物理激发的机理

2.2.2物理激发的影响因素

2.3化学激发

2.4热力激发

2.5复合激发

第三章实验原料与研究方法

3.1钢渣胶凝材料的组分设计原则

3.1.1较高的钢渣取代率

3.1.2较高的强度

3.1.3较好的体积稳定性

3.1.4较低的激发剂掺量

3.2试验原料

3.2.1钢渣

3.2.2济钢矿渣

3.2.3水泥熟料

3.2.4粉煤灰

3.2.5其它原料

3.2.6激发剂

3.3试验仪器及设备

3.4试验方法

3.4.1钢渣胶凝材料粉磨

3.4.2钢渣胶凝材料细度及比表面积的测定

3.4.3钢渣胶凝材料需水量、凝结时间及安定性的测定

3.4.4钢渣胶凝材料胶砂强度的测定

3.4.5钢渣胶凝材料水化产物及微观结构的分析

3.5试验流程图

第四章钢渣活性激发条件的研究

4.1钢渣预磨细度对钢渣活性的影响

4.2石膏掺量对钢渣胶凝材料性能的影响

4.3碱性激发剂对钢渣胶凝材料性能的影响

4.3.1碱性激发剂对钢渣胶凝材料性能的影响

4.3.2碱性复合激发剂掺量对钢渣胶凝材料性能的影响

4.4钠型激发剂对钢渣胶凝材料性能的影响

4.5硫酸盐激发剂对钢渣胶凝材料性能的影响

4.6激发剂的复合对钢渣胶凝材料性能的影响

4.6.1最优复合激发剂组成的确定

4.6.2激发剂对水泥的物理性能的影响

第五章钢渣胶凝材料物理性能的研究

5.1钢渣-熟料胶凝材料

5.2钢渣-矿渣-熟料胶凝材料

5.2.1熟料掺量对钢渣-矿渣-熟料水泥性能的影响

5.2.2钢渣掺量对钢渣-矿渣-熟料胶凝料性能的影响

5.2.3钢渣-矿渣-熟料胶凝材料最优配比的确定

5.3钢渣—粉煤灰—熟料胶凝材料

5.3.1熟料掺量对钢渣-粉煤灰-熟料胶凝材料性能的影响

5.3.2钢渣掺量对钢渣-粉煤灰-熟料胶凝材料性能的影响

5.3.3钢渣-粉煤灰-熟料胶凝材料最优组成的确定

5.4混合材及激发剂的复合对钢渣胶凝材料的影响

5.4.1钢渣胶凝材料最优配比的确定

5.4.2混合材复合掺加对钢渣胶凝材料性能的影响

5.5钢渣胶凝材料的蒸压安定性

第六章钢渣水泥水化性能的研究

6.1激发剂对钢渣胶凝材料水化性能的影响

6.1.1钢渣胶凝材料水化试样的XRD分析

6.1.2钢渣胶凝材料水化试样的SEM及EDS分析

6.2混合材对钢渣胶凝材料水化性能的影响

6.2.1钢渣胶凝材料水化试样的XRD分析

6.2.2钢渣胶凝材料水化产物的SEM、EDS分析

6.2.3混合材对钢渣胶凝材料孔结构的影响

6.3激发剂提高钢渣活性的机理

6.4钢渣胶凝材料的水化机理

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

附录A(攻读硕士学位期间发表论文目录)