激发转炉钢渣制备高活性辅助胶凝材料的研究

    目前，我国排放的钢渣70％以上都是转炉钢渣，而转炉钢渣的化学成分及矿物组成与硅酸盐水泥熟料接近，因而从理论上分析，钢渣在水泥和混凝土中应用是有潜力的。但是由于转炉钢渣的活性较低，其作为混合材料在水泥中的利用受到了限制。对粉磨后钢渣的颗粒粒径分布与水泥强度之间的关系进行研究后认为，应尽量提高钢渣粉l0.0-30.2μm范围内的颗粒含量，减少>30.2μm的颗粒含量。另有研究表明：对钢渣进行预粉磨处理后可以显著提高钢渣的活性，随着钢渣比表面积的增加，钢渣的活性增加；此外，钢渣的活性也受到钢渣的细度、颗粒形貌等因素的影响闻。笔者利用物理激发和化学激发两种方式对转炉钢渣的活性进行激发，对掺33％钢渣胶凝材料的水化产物种类和形貌、硬化浆体孔结构进行观察表征，揭示激发剂对钢渣的作用机理以及大掺量钢渣在复合胶凝材料早期水化过程中的作用机理，从而为提高钢渣作为辅助性胶凝材料在水泥中的掺量提供理论支持，达到节能减排的目的。

1试验材料及试验方法

1．1原材料

    水泥：山西榆次智海水泥公司的P·052．5级水泥。石膏：山西襄汾天然石膏。钢渣：山西太钢集团渣场堆存两年后的转炉钢渣，密度3.38g／cm³，呈灰黑色。原材料的化学成分见表l。

表1原材料的化学成分                         ％

激发剂M、N：三异丙醇胺、聚乙二醇与去离子水的质量比分别为6：4：10、4：6：10，复配后用搅拌器搅拌20min，激发剂在钢渣中的掺量扣除去离子水含量。

1．2试验方法

1．2．1试样制备

称取转炉钢渣5kg，石膏180g，配制5组混合料，其中：A组，不加激发剂；B组，加入三异丙醇胺；C组，加入聚乙二醇；D组，加入激发剂M；E组，加入激发剂N；S为不掺钢渣的P·052．5级水泥。每组料在混料机中均化10min，然后在φ500mm×500mm标准实验小磨中粉磨。为便于比较，将激发剂的掺量固定为0.02％，采取喷雾的方式均匀喷洒于待磨物料表面。每组物料的粉磨时间分别为40min、60min、80min(编号分别为Al、A2、A3……)。粉磨后的物料全部通过0.9mm方孔筛，以33％的比例掺入水泥中，共制备15个5kg的试样(编号分别为CAl、CA2、CA3……)。然后在混料机中均化60min，混合均匀。

1．2．2  性能测试

    钢渣比表面积按GB／T8074–2008测定；水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性按GB/Tl346～2001测定；水泥胶砂强度按GB／T17671—1999测定；粒度分布采用JL-1166激光粒度分析仪测定。

    SEM分析采用日本日立S2500型扫描电镜，将待测样品上喷镀铂导电层，观察水化断面的水化产物及内部结构形貌。

    压汞法测试孔结构采用美国产Poremaster—GT6．0压汞仪。测试孔结构的样品制备步骤为：试块敲成2．5-5．Omm碎块并去除外表面，用丙酮溶液浸泡，在80℃干燥箱中烘干后进行测试。

    XRD分析采用德国布鲁克公司的D8一ADVANCE型X射线衍射仪。

1．2．3活性指数

    钢渣活性指数按下式计算：  

式中：

    A₂₈——活性指数，％；

    R——掺钢渣水泥的28d抗压强度，MPa；

    R₀——水泥S的28d抗压强度，MPa。

2  试验结果与讨论

2．1钢渣粉XRD分析

    钢渣粉的XRD图谱见图l。

    由图l可见，钢渣的主要矿物为C₃S、C₂S和钙镁橄榄石等，但因为Al、Mg、Fe等固溶而使其衍射峰的位置与水泥熟料相比发生了偏移，衍射峰宽化，衍射强度也变弱。除铁相明显存在外，钢渣中的硅钙相以C₃S为主，其次为C₂S、RO相、铁铝相、钙镁橄榄石以及少量的Ca0和Ca(OH)₂等，表明钢渣矿物组成与硅酸盐水泥熟料类似。