鋼渣在水泥混凝土中應(yīng)用研究-宏藝

鋼渣在水泥混凝土中應(yīng)用研究-宏藝第一頁，共27頁。NationalhighandtechnologycompanyNational

enterprise

technology

centerShandongacademicianworkstationPostdoctoralResearchInstitute

CompanyBriefing公司簡介一第二頁，共27頁。

從混凝土角度看鋼渣利用的價(jià)值1、鋼渣的性質(zhì)及應(yīng)用現(xiàn)狀2、水泥及混凝土技術(shù)傳統(tǒng)觀念的變革3、鋼渣作為輔助膠凝材料的試驗(yàn)研究4、結(jié)語第三頁，共27頁。1、鋼渣的性質(zhì)及應(yīng)用現(xiàn)狀過燒水泥熟料熟料：1450℃鋼渣：1650℃潛在活性（CaO、SiO2）高C2S，低C3S早期強(qiáng)度低后期強(qiáng)度高鋼渣性質(zhì)活性低難磨細(xì)第四頁，共27頁。1、鋼渣的性質(zhì)及應(yīng)用現(xiàn)狀目前鋼渣年產(chǎn)生量約1億噸，累積堆存10億噸，綜合利用率僅30%。用作水泥混合材和混凝土摻合料有利于節(jié)能減排環(huán)境效益明顯第五頁，共27頁。1、鋼渣的性質(zhì)及應(yīng)用現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家鋼渣總體利用率相當(dāng)高，已接近100%；但在水泥及混凝土方面的應(yīng)用率還相當(dāng)?shù)汀Ｈ毡镜匿撛谒嗌a(chǎn)中的利用率不到6%，美國在上世界90年代以前僅1%的水泥生產(chǎn)利用了鋼渣，德國的鋼渣基本用作集料。我國利用情況：第六頁，共27頁。2、水泥及其混凝土技術(shù)傳統(tǒng)觀念的變革2.1應(yīng)用技術(shù)中的常見誤區(qū)a、為滿足快速施工的要求，過分追求水泥早強(qiáng)，忽視遠(yuǎn)期強(qiáng)度。b、為熟料強(qiáng)度在28天內(nèi)發(fā)揮到極致，水泥磨得細(xì)了又細(xì)。片面地認(rèn)為：“強(qiáng)度越高的水泥，才是優(yōu)質(zhì)水泥”。c、圈流粉磨水泥、產(chǎn)品顆粒分布集中，使用性能較差。d、把水泥作為“膠凝材料”和“混凝土強(qiáng)度”的唯一來源。片面追求早強(qiáng)帶來的后果：水泥早期強(qiáng)度高，水化放熱速度快且量多，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫升高；冷卻后，殘余的溫度應(yīng)力較大，混凝土的抗裂性能下降。第七頁，共27頁。2、水泥及其混凝土技術(shù)傳統(tǒng)觀念的變革2.2混凝土技術(shù)發(fā)展的新趨勢上個世紀(jì)六十年代，T.C.Powers基于自己對水泥石結(jié)構(gòu)的假設(shè)及大量試驗(yàn)結(jié)果，提了反映水泥石強(qiáng)度與其孔隙率關(guān)系的膠空比公式：

式中：R——水泥石強(qiáng)度；

a0

——水泥凝膠的固有強(qiáng)度，即凝膠體在孔隙率為O時(shí)的強(qiáng)度；

n——實(shí)驗(yàn)常數(shù)，約為2.5-3;

X——膠空比，即水泥凝膠在水泥石中的填充程度，大小為凝膠體體積與凝體體積加毛細(xì)孔體積及氣孔體積之和的比值，主要與水灰比有關(guān)。

第八頁，共27頁。2、水泥及其混凝土技術(shù)傳統(tǒng)觀念的變革

水泥外加劑的出現(xiàn)，使水泥生產(chǎn)與混凝土制備的傳統(tǒng)觀念悄然發(fā)生改變。高效減水劑的普遍使用，水泥粒子得到充分的分散，用水量大大減少，水泥潛能得到發(fā)揮，致使水泥石致密、孔結(jié)構(gòu)和界面微結(jié)構(gòu)得到很好的改善，從而使混凝土的物理力學(xué)性能有了很大的提高。配制高強(qiáng)混凝土不一定非得需要高強(qiáng)度的水泥，可以通過調(diào)整水灰比來達(dá)到需要的強(qiáng)度指標(biāo)。使用減水劑前使用減水劑后第九頁，共27頁。2、水泥及其混凝土技術(shù)傳統(tǒng)觀念的變革

現(xiàn)代混凝土在低水膠比條件下，混凝土的強(qiáng)度對膠凝材料強(qiáng)度的依賴性在降低，低活性摻和料得以廣泛應(yīng)用。膠凝材料不再是以水泥為唯一組分或絕對組分，而是由水泥和輔助膠凝材料（摻和料）組成。

水泥及其混凝土的現(xiàn)代生產(chǎn)模式：

1.在水泥廠實(shí)現(xiàn)膠凝材料（熟料、石膏、活性與非活性混合材料）一體化生產(chǎn)，

2.在混凝土攪拌站實(shí)現(xiàn)水泥與礦物摻和料的合理匹配。第十頁，共27頁。1、單方混凝土的熟料用量較少2、與高效減水劑具有良好的相容性3、合理的早期強(qiáng)度、較高的后期和遠(yuǎn)期強(qiáng)度4、顆粒組成合理，高堆積密度，孔隙率最低。5、水化熱小，體積穩(wěn)定性好，耐久性高。優(yōu)質(zhì)混凝土的基本特征2、水泥及其混凝土技術(shù)傳統(tǒng)觀念的變革第十一頁，共27頁。鋼渣粉在拌制和施工階段只有少量的物理吸水，基本不影響水泥或膠凝材料的需水性；對新拌混凝土的流動性影響??；養(yǎng)護(hù)過程自干縮性低；對減水劑的相容性好，影響??；基本不影響水泥硬化體內(nèi)的堿度；體積變化小。鋼渣粉作為水泥混合材料用，在水泥生產(chǎn)中可以節(jié)省熟料、實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)水泥目標(biāo)、提高遠(yuǎn)期強(qiáng)度，具有良好的使用性能及與混凝土外加劑的相容性；作為礦物摻合料應(yīng)用于混凝土中具有較好的填充效應(yīng)、活性效應(yīng)、微集料效應(yīng)，能改善混凝土的性能，使得混凝土更加密實(shí)、孔隙率低、耐久性好。第十二頁，共27頁。優(yōu)質(zhì)的水泥混合材和混凝土摻合料第十三頁，共27頁。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究3.1鋼渣專用助磨增強(qiáng)劑的作用序號標(biāo)準(zhǔn)號標(biāo)準(zhǔn)名稱1GB/T20491-2006用于水泥和混凝土中的鋼渣粉2GB/T28293-2012鋼鐵渣粉分級標(biāo)準(zhǔn)需要參考的兩個重要指標(biāo)為活性和細(xì)度，山東宏藝科技股份有限公司研制的鋼渣專用助磨增強(qiáng)劑可以提高鋼渣粉磨效率及活性指標(biāo)。鋼渣作為輔助膠凝材料使用，目前可參考的標(biāo)準(zhǔn)有：第十四頁，共27頁。助磨機(jī)理1、強(qiáng)度削弱理論2、顆粒分散理論3、薄膜假說4、顆粒流動性觀點(diǎn)助磨組分含胺基、羥基、羧基的表面活性物質(zhì)如醇胺類物質(zhì)、木質(zhì)素磺酸鹽、聚乙二醇、復(fù)合多元醇等3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究第十五頁，共27頁。摻量/%比表面積/(m2/kg)45μm篩余/%顆粒分布（體積百分比/%）<3μm3~32μm32~60μm>60μm032033.49.750.6526.1713.480.0538614.615.6257.9419.197.250.140511.714.7660.4817.926.840.1541013.015.1156.4419.768.69助磨效果摻加鋼渣專用助磨劑后，細(xì)度明顯下降。醇胺類物質(zhì)加入到粉體中時(shí)，包覆在帶電顆粒表面，消除了顆粒間的靜電作用，阻止帶電顆粒的相互結(jié)合，減少裂隙擴(kuò)展所需應(yīng)力，降低顆粒表面能，妨礙斷裂表面的重新結(jié)合，阻止顆粒團(tuán)聚。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究第十六頁，共27頁。激發(fā)增強(qiáng)機(jī)理：1、激發(fā)增強(qiáng)組份中“微量元素”能促使晶型表面造成缺陷或晶型結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而提高它們參與水泥水化反應(yīng)能力。2、根據(jù)“缺什么補(bǔ)什么”原則，助磨劑組份中添加了鋼渣不足的部分，彌補(bǔ)了某些混合材成分的缺失。激發(fā)增強(qiáng)組分水玻璃、氧化鈣、有機(jī)酸、表面活性劑、硫酸鹽、亞硝酸鹽等3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究第十七頁，共27頁。類別水泥膠砂強(qiáng)度/7d/28d/MPa受檢膠砂強(qiáng)度/MPa/7d/28d/MPa活性指數(shù)/%7d/28d活性增加值/%7d/28d鋼渣1+36.4/59.123.8/50.265/8515/10鋼渣2+37.5/57.925.8/52.167/9011/13鋼渣3+37.7/58.124.9/48.766/8413/12活性增加效果3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究第十八頁，共27頁。3.2鋼渣微粉在混凝土緊密堆積中的填充作用上個世紀(jì)末S．Tsivilis等學(xué)者明確提出，水泥中粒徑＜3μm的顆粒應(yīng)該＜10％，粒徑3～30μm的顆粒應(yīng)該在65％以上，粒徑＞60μm和＜1μm的顆粒盡量減少。實(shí)際上這是從水泥的水化速率和水化程度角度提出的對熟料粒度分布的要求。從混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)的致密性出發(fā)，最佳顆粒組成應(yīng)符合緊密堆積狀態(tài)的Fuller曲線。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究水泥粒徑/μm＜33～1010～323～32＞32RRSB曲線11.1424.2342.8067.0321.83Fuller曲線22.5013.9221.5735.4942.01不同理論下的水泥最佳顆粒組成第十九頁，共27頁。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究

空隙率對混凝土強(qiáng)度影響很大，所有能夠降低空隙率的措施都可以提高強(qiáng)度。如果盡量提高水化前水泥顆粒的堆積密度（減小堆積空隙率）可以降低用水量，從而降低水泥石的空隙率。同樣可以減小空隙，提高混凝土的強(qiáng)度。

輔助膠凝材料（SCM）就是以工業(yè)固體廢棄物（副產(chǎn)品）或天然礦物為原材料，摻適合的助磨劑磨細(xì)加工后，制成不同粒徑分布范圍的水泥混合材料或混凝土礦物摻合料。它能夠使膠凝材料顆粒的級配在一定程度上接近緊密堆積狀態(tài)。

第二十頁，共27頁。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究粒度

(μm)礦渣鋼渣抗壓抗折抗壓抗折3

d28

d3

d28

d3

d28

d3

d28

d<4191.3145146.8178.3136107.584.491.34～8129.2156.888.2109.9-57.843.2-100.7-8.724～45-8.3143.9-57.2122.928.944.1-64.08.545～8013.2133.3-16.9105.4-359.4-49.423.9鋼渣、礦渣相對于熟料的強(qiáng)度貢獻(xiàn)率（%）第二十一頁，共27頁。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究

根據(jù)鋼渣粉不同的粒徑范圍，可以分別作為高活性或低活性的輔助膠凝材料，也可以作為混凝土緊密堆積的填充料，改善遠(yuǎn)期強(qiáng)度。（1）細(xì)粒度區(qū)間鋼渣、礦渣的膠凝能力和強(qiáng)度貢獻(xiàn)均超過水泥熟料的；但中、粗粒度區(qū)間SCM的膠凝能力和強(qiáng)度貢獻(xiàn)率均較低。（2）優(yōu)化匹配原則：高活性SCM、水泥熟料及低活性SCM應(yīng)分別置于復(fù)合水泥的細(xì)(<8μm)、中(8~24μm)和粗粒度區(qū)間(>24μm)。第二十二頁，共27頁。我們用25%的摻石膏的熟料粉、36%的摻助磨劑礦渣粉與39%摻助磨劑鋼渣粉，配制成鋼渣礦渣級配水泥，經(jīng)檢驗(yàn)，強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、需水性等接近P·O42.5級水泥；

3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究試樣標(biāo)準(zhǔn)稠度（%）凝結(jié)時(shí)間（min）抗折強(qiáng)度（Mpa）抗壓強(qiáng)度（Mpa）初凝終凝3天28天3天28天P·O42.528.002533245.28.225.348.3試驗(yàn)樣27.902683325.18.624.250.3采用沂東中聯(lián)P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，輔助膠凝材料（SCM）為礦渣粉：鋼渣粉=1:1復(fù)合而成。集料：細(xì)集料為天然河砂，表觀密度為2730kg/m3，堆積密度為1500kg/m3，吸水率6.4%，細(xì)度模數(shù)2.8。粗集料為臨沂碎石，表觀密度為2740kg/m3，堆積密度為1600kg/m3，5~25mm連續(xù)級配，做混凝土測試。第二十三頁，共27頁。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究并委托省質(zhì)監(jiān)站，根據(jù)JGB/T193-2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了混凝土的抗凍性、抗水滲性、抗氯離子滲透性、抗碳化性、抗硫酸鹽性及抗裂性等6個耐久性項(xiàng)目檢測，結(jié)果均優(yōu)于P·O42.5級水泥；試件編號混凝土配合比/（kg·m3）抗壓強(qiáng)度/MPa水泥水砂石SCM外加劑7d28dS0490175770102004.941.550.9S13921727701020984.942.953.6S224517077010202454.940.648.7S3390170810101003.934.743.1S43121688101010783.936.546.9S519516581010101953.933.244.0第二十四頁，共27頁。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究3.3鋼渣在混凝土中的應(yīng)用前景

鋼渣是煉鋼產(chǎn)生的固體廢棄物，原料來源廣，目前市場價(jià)值有待進(jìn)一步開發(fā)，因此利用普通混凝土攪拌站，開發(fā)附加值相對較高的輔助膠凝材料及混凝土摻合料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣價(jià)值。

其鋼渣重混凝土可應(yīng)用于：

（1）海岸、河岸、溝渠堤防的迎水面、背水面，高水位或低水位，作為海工護(hù)坡使用；

（2）橋墩、橋梁配重可以抵抗高速水流的沖刷，起到有效的消浪作用；

（3）鐵路基礎(chǔ)、大面積路面基礎(chǔ)、廣場等需要高比重穩(wěn)定基礎(chǔ)的場合。（4）大體積、高