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改性材料和蒸压制度对冶金渣蒸压加气混凝土砌块性能的影响


摘要:利用钢渣粉和矿渣粉为主要原料,通过计量混合、搅拌加热、浇注发气、静停预养、切割、蒸压养护、陈化检验等工序处理后可生产出冶金渣蒸压加气混凝土砌块。通过改性材料的引入和蒸压养护制度的改进,可显著提高冶金渣蒸压加气砌块各项性能指标。
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关键词:钢渣;矿渣;加气混凝土砌块;改性材料;蒸压;抗压强度

钢渣和矿渣是钢铁企业最主要的工业废渣。矿渣目前已经有多种用途,利废率较高。钢渣由于化学成分和矿物组成波动较大、水化慢、早期强度低、稳定性差、易磨性不高和全铁含量较高等原因难以利用。随着钢铁企业的迅猛发展,钢渣数量也逐年上升,钢渣占用大量土地、污染环境,造成资源的浪费,这也成为制约钢铁企业可持续性发展的重要因素。

笔者曾提出利用钢渣和矿渣生产冶金渣蒸压加气砌块的新方法[1]。本文的研究目的在于通过引入改性材料和改进蒸压制度来解决原有技术难以解决的难题。原有技术中,蒸压强度较低,本研究通过引入改性材料,大幅消除游离氧化钙、氧

化镁等有害成分对冶金渣蒸压加气砌块的影响,使砌块蒸压强度提高。此外,原配方中选用钢渣和矿渣均来自湘潭钢铁公

司,本研究选用的钢渣和矿渣均来自新余钢铁公司,每个钢铁

企业的钢渣、矿渣成分不同,因此适宜的蒸压养护条件也不尽相同。本研究通过对蒸压养护制度的改进,使冶金渣蒸压加气混凝土砌块的各项性能显著提高。



1试验

1.1原材料

钢渣粉:新余钢铁集团有限公司转炉热焖钢渣粉,比表面

积350m2/kg,磁性铁(MFe)含量1.8%,化学成分见表1。

矿渣粉:新余钢铁集团有限公司高炉水淬矿渣粉,比表面

积420m2/kg,质量系数K=2.1,碱性系数M0=1.05,是一种活性较好的碱性矿渣,化学成分见表1。

表1钢渣粉和矿渣粉的化学成分%

项目SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOMnOFeOP2O5f-CaOTiO2

钢渣粉14.49.56.937.75.63.88.51.34.9矿渣粉29.92.516.138.110.20.30.3水泥熟料:武汉市鑫凌云水泥厂粒状旋窑熟料,经球磨机

粉磨成熟料粉,比表面积350m2/kg,1d抗折和抗压强度分别为2.2、12.9MPa,3d抗折和抗压强度分别5.8、25.1MPa,28d抗折和抗压强度分别为6.9、55.6MPa。

石膏:武钢电厂二水脱硫石膏,粉状,技术性能符合GB/T

5483—2008《天然石膏》G类二级标准要求。

改性材料M:自配,粉状,由多种无机和有机材料组成。发气剂:活性铝粉(活性铝98%以上),市售。

外加剂:自配,粉状,由多种无机和有机类物质组成。



王崇英,等:改性材料和蒸压制度对冶金渣蒸压加气混凝土砌块性能的影响

1.2试验方法

以钢渣粉和矿渣粉为主要原材料,加入一定量的水泥熟料、脱硫石膏、改性材料、水和外加剂等辅助材料,经计量、搅拌、加热、发气(掺入发气剂)、预养、切割、蒸压养护和陈化等工序处理后生产出冶金渣蒸压加气砌块。具体试验程序如下:

(1)计量混合。将钢渣粉、矿渣粉、水泥熟料、脱硫石膏、改性材料、水和外加剂分别计量后加入搅拌机搅拌至一定稠度的料浆。

(2)搅拌加热。将制备好的料浆加热到合适的发气温度(50~55℃)后,加入适量的发气剂,并进行高速搅拌。(3)浇注发气。搅拌均匀的浆体迅速浇注至模具内,待模具内的浆体充分发气后,将模具放至适宜温度的蒸汽养护箱进行预养。

(4)静停预养。送至蒸汽养护箱的浆体经3h预养。


(5)切割。当预养后的坯体具有一定的初始强度时,用细


钢丝对坯体进行切割。

(6)蒸压养护。拆模后将切割好的坯体送至蒸压釜中按

照规定的蒸压制度进行蒸压养护。

(7)陈化检验。蒸压养护结束后砌体出釜,在自然条件下
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陈化3~7d即可进行有关指标的测试与分析。

2冶金渣蒸压加气砌块的试验研究

2.1试验配方的设计

以新钢钢渣粉和矿渣粉为主要原料,进行正交试验,确定

本次试验的基础配比(见表2)。从最大化利用钢渣和提高产品质量两方面综合考虑,本次试验钢渣掺量确定为40%,以

改性材料替代矿渣进行混凝土蒸压加气砌块试验,比较改性

材料不同掺量对混凝土蒸压加气砌块的改性效果。本次试验蒸压条件采用文献[1]中确定的0.8MPa、3h,蒸压过程中升温速率40℃/h、降温速率60℃/h。具体试验配比见表2。

表2冶金渣蒸压加气砌块试验配合比设计%

编号钢渣粉矿渣粉水泥熟料石膏改性外加剂发气剂

材料M(外掺)

1405025030.042404825230.043404625430.044404425630.045404225830.0464040251030.0474038251230.0484036251430.04

2.2改性材料对冶金渣蒸压加气砌块性能的影响

(见表3)

表3改性材料对冶金渣蒸压加气砌块性能的影响

干密度干燥收缩值

/MPa(/kg/m3)(快速法)(/mm/m)

5.29101.22B2.88900.78

5.19101.23B2.98950.78

4.99151.21B3.39000.76

4.79151.20B3.79050.73

4.59201.20B4.29150.70

4.39201.19B4.49200.67

3.89251.19B4.19150.65

3.49301.18B3.69150.65

注:A—80℃、16h蒸养,B—80℃、3h蒸养+0.8MPa、3h蒸压。

从表3的试验结果可看出:

(1)随着改性材料掺量的逐步提高,试件的蒸养抗压强度(80℃、16h)逐渐降低。说明改性材料对试件的蒸养强度正向

影响不大,蒸养强度随着矿渣掺量的降低而降低。

(2)随着改性材料掺量的逐步提高,改性材料掺量小于10%时,试件的蒸压强度逐步提高;改性材掺量大于10%时,试件蒸压强度逐步降低。

(3)随着改性材料掺量的逐步提高,试件蒸养条件下的干

燥收缩值小幅下降,干燥收缩值仍较大,不能满足使用要求;试件蒸压条件下的干燥收缩值逐步下降,干燥收缩值小,能满

足建筑使用要求。

通过对试验结论的分析和论证可知,对冶金渣蒸压加气

砌块的抗压强度产生影响的因素主要有:

(1)蒸养条件下,钢渣在石膏和外加剂的激发作用下生成少量的水化硅酸钙和钙矾石,该反应使制品强度提高。(2)蒸养条件下,矿渣中的潜在活性组分在外加剂的激发作用和碱性条件(钢渣溶于水后水解出OH-)下与溶液中的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙,该反应也使制品强度提高。(3)蒸压条件下,钢渣和矿渣中已经反应生成的水化硅酸钙、钙矾石等矿物及未反应完全的组分将继续发生水热反应生成托贝莫来石、水化硅酸钙、水石榴石、硬硅钙石、C2SH(A)等水化物。

王崇英,等:改性材料和蒸压制度对冶金渣蒸压加气混凝土砌块性能的影响

(4)蒸压条件下,矿渣玻璃相中的Al2O3与钢渣中的游离氧化钙、氧化镁反应生成水石榴石。此外,改性材料还能直接与钢渣中的游离氧化钙、氧化镁反应生产水化硅酸钙等水化产物。

当制品中没有掺入改性材料时,制品在蒸养条件下主要

进行(1)、(2)两种反应,制品强度较高;制品在蒸压条件下随着(3)、(4)反应的持续进行,水化产物中水石榴石数量逐

渐增多,由于水石榴石胶结能力极差,因此会造成制品强度

下降。

当制品掺入改性材料后,在蒸压条件下,改性材料中的活性组分逐渐与水化产物水石榴石发生水热反应,生成水化硅等指标相差不大,说明0.8MPa、5h的蒸压条件下6号配比制成的试件,材料内部的游离氧化钙、氧化镁造成的体积膨胀得到控制,不会对制品的抗压强度、干燥收缩值和抗冻性等性能指标产生危害。因此,我们确定6号配比最适宜的蒸压条件为0.8MPa、5h。
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