钢渣基矿物聚合物与水泥混凝土高性能

第十届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议钢渣基矿物聚合物与水泥混凝土高性能武汉重德环保工程有限责任公司施持家冀更新摘要：研究钢渣深层次的技术开发，钢渣基矿物聚合物与水泥，混凝土高性能。归纳高性能的内涵的几个方面，即：1。高耐久性、2。高力学性、3。高体积稳定性、4。高工作性、5经济合理性。关键词：钢渣、聚合物、水泥。混凝土，高性能0引言钢渣是钢铁工业的废渣，约占钢铁总产量的10～15％，是一个巨大的污染源。钢渣开发的昀大矛盾就是钢渣体积稳定性、活性。由于钢渣是经过1500度以上的高温，碱含量在0.1%左右不可能造成碱骨料反应。武钢钢渣MgO含量在6～9%，昀高达11%不可能造成安定性问题。我们也做个长达五年的亚铁安定性试验、含铁与不含铁的强度对比试验。结果证实：体积稳定性与含铁无关。经过长达七年的试验，大量的数据证实，钢渣的体积稳定性罪魁祸首是fCaO。钢渣活性昀高的时候，fCaO高，等fCaO消解了，活性也失去很多，钢渣中部分fCaO用沸煮法检测安定性合格，试体在一年以后至五年的时间里出现裂纹等安定性问题。我们用新渣和老渣做安定性的对比试验，新渣从9个月～2年半，出现安定性问题，老渣也有少数问题，一粒钢渣两年后造成裂纹，三年后裂纹扩大造成砖的断裂。今年五年了断裂成两半的砖又出现许多小的裂纹，这使我们对钢渣重新认识，由于fCaO相对集中在某些颗粒中，彻底解决问题还是将钢渣制成微粉，然后制成各种产品，才能从根本上解决产品的质量问题。将钢渣进行无害处理和无害使用才能达到零排放。1钢渣聚合物水泥采用“矿物杂交”的方法，利用各种工业废渣化学成分矿物组成“杂交”后，形成新的矿物组成，通过激发制成为水硬性聚合物材料[1]，具有扬长避短优势叠加的功效。1.1试验材料与方法⑴钢渣：武钢三炼钢热泼渣⑵水渣：武钢六号高炉渣⑶粉煤灰：武汉青山热电厂湿排灰⑷石膏：武汉纸房安舒乡⑸试验方法：《GB—177》1.1.1化学成分、物理性能1材料化学成分及矿物组成见表1；钢渣聚合物水泥强度见表2；钢渣聚合物水泥作掺合料与PⅡ水泥作强度试验见表3；钢渣聚合物水泥作掺合料与PⅡ水泥不同掺量的强度发展曲线图见图1表1材料化学成分及密度材料SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOPkg/m3钢渣13.9220.184.4243.969.433141水渣32.82.2417.5435.879.652910粉煤灰54.46.1130.395.692.22300表2钢渣聚合物水泥强度抗折Mpa抗压Mpa编号7d28d3个月7d28d3个月c627.49.710.036.751.358.4c638.19.29.436.649.358.9c648.610.010.740.555.063.0c658.910.310.540.855.063.3c667.09.910.34.848.556.5c677.610.910.637.952.161.3c688.09.910.834.847.756.8c698.59.211.538.353.566.0C708.610.410.941.153.766.0C717.71142.055.7表3钢渣聚合物水泥作掺合料与P2水泥作强度试验编号聚合物水泥PⅡ水泥7d28d7d28d13#90%10%7.99.640.253.314#80%20%7.69.840.856.315#70%30%7.79.842.055.117#60%40%8.09.147.961.418#50%50%7.69.746.564.0216#P2水泥8.09.453.969.1注：13#延长5小时脱模钢渣聚合物水泥作掺合料与PⅡ水泥不同掺量的强度发展曲线图53.356.355.161.464.069.140.233.942.047.946.553.930.035.040.045.050.055.060.065.070.075.013#（10%）14#（20%）15#（30%）17#（40%）18#（50%）16#P2水泥掺加量抗压强度MPa28d抗压7d抗压9.69.89.89.19.79.47.97.67.78.07.68.06.08.010.012.013#（10%）14#（20%）15#（30%）17#（40%）18#（50%）16#P2水泥掺加量抗折强度MPa28d抗折7d抗折1.1.2结论钢渣聚合物水泥，即可当作水泥用，又可作掺合料用，都具有较高的力学性，单用时终凝时间在10—12小时左右，脱模时间延长5—15小时左右。随着PⅡ水泥掺量大于20%时，凝结时间正常，强度增大。1.2矿聚合物水泥的抗冻性能试验抗冻性能试验是为了了解我们使用的P.O425级水泥及开发的聚合物水泥，低热膨3胀水泥的抗冻性能，以及用水渣颗粒替代砂作为一种细骨料，抗冻性能的一种探索。为这些产品在严寒地区使用提供依据。1.2.1试验方法⑴试验强度检验执行GB—177⑵试验成型28d以后开始做抗冻试验⑶冷冻温度采用－25℃，溶解温度采用20℃，冻溶各2小时，为一个循环，20次循环做一次强度检测试，共40次循环。⑷以质量损失大于5％，强度损失大于25％结束循环。1.2.2抗冻试验：（一般抗冻性试验采用－20℃，20℃各2小时为一个循环）共20次循环表4抗冻试验抗折抗折冻前冻后冻前冻后抗压抗压编号品名循环次循环次数冻后质量损失冻前冻后强度损失%数冻后质量损失冻前冻后强度损失%8.87.8-11.49.18.4-7.7H1P.042.5级水泥20次-0.5%60.557.6-4.840次064.662.4-3.410.29.9-310.510.6+0.95H2P.042.5级水泥水渣颗粒替代砂作20次058.954.3-7.840次057.254.0-5.67.57.9+5.38.18.4+3.7H3C53聚合物水泥20次036.535.2-3.640次039.235.6-9.29.48.8-6.48.810.1+14.8H4D2低热膨胀水泥20次-1.5%50.148.6-340次051.054.4+6.711.19.7-12.611.010.0-9.1H5P0.42.5级水泥水渣颗粒代替砂20次057.355.8-2.6240次061.057.2-6.37.58.2+9.38.19.3+14.8H6C53聚合物水泥水渣颗粒代砂20次040.740.4-0.7440次044.645.0+0.991.2.3试验结论（1）P.O425级水泥的水泥抗冻性能都很好，其中聚合物水泥、低热膨胀水泥的抗冻强度降低幅度小，降中有升比P.O425级的抗冻性更好。（2）水渣颗粒替代砂作细骨料的抗冻性能良好，可以提高抗折强度。（3）P.O425级水泥、聚合物水泥、低热膨胀水泥及矿渣颗粒替代砂的水泥制品可在严寒4地区使用。1.3低热膨胀水泥用钢渣微粉配制的低热膨胀水泥强度及测量值。1.3.1试验方法由于我厂没有做膨胀水泥的试验设备，采用做膨胀剂的检验标准，《Jc476—2001》限制膨胀率材料将水泥457.6g加膨胀剂62.4g共520g为膨胀水泥的称量，其余不变。强度检验，将水泥396g加膨胀剂54g共450g为强度试验称量，其余不变。1.3.2膨胀水泥强度及测量值表5膨胀水泥强度及测量值抗折抗压编号7d28d3个月7d28d3个月7d水养测长21d空养测长28d水养测长D17.810.011.238.954.762.40.024-0.0030.039D28.010.510.235.451.955.70.03000.031D37.610.610.343.161.471.80.025-0.0020.045D47.811.010.939.654.162.80.0260.0040.039D57.88.69.256.470.977.5D68.210.410.140.056.263.70.0310.0140.048D78.19.810.840.056.365.00.0270.0260.050注：D5是膨胀水泥中所用熟料的强度1.3.3试验结果与分析钢渣微粉配制的低热膨胀水泥，各项指标都达到《Jc476—2001》，抗折、抗压、7d水养、28d水养、21d空养的目标值。1.4膨胀剂用钢渣微粉配制的膨胀剂（CMA）1.4.1材料，试验方法⑴钢渣微粉配制的膨胀剂（CMA）⑵亚东PⅡ水泥作基准水泥⑶检验标准《Jc476—2001》⑷CMA型膨胀剂的化学成分见表6表6CMA型膨胀剂的化学成分名称LOSSSiO2Fe2O3CaOMgOSO3AI2O3R2O∑CMA2.589.111.341.383.8228.1512.610.3699.3151.4.2钢渣膨胀剂的测长值⑴由于我们对钢渣膨胀剂的强度做过多次检验，水泥加了膨胀剂以后，强度不但没有下降反而提高了，因此，后面的试验只做膨胀值。⑵钢渣膨胀剂的测长值见表7表7钢渣膨胀剂的测长值钢渣膨胀剂的编号基准水泥膨胀剂参量7d水养测长21d空养测长28d水养测长Y36亚东PⅡ12％0.0320.0060.045Y37亚东PⅡ12％0.0370.0090.041Y40亚东PⅡ12％0.0340.0060.038Y41亚东PⅡ12％0.0340.0110.042Y42亚东PⅡ12％0.0370.0110.041Y43亚东PⅡ12％0.018－0.0160.031Y44亚东PⅡ12％0.0200.0020.034Y26亚东PⅡ12％0.0360.0120.043Y27亚东PⅡ12％0.0360.0130.0441.4.3结果与分析钢渣做膨胀剂，7d水养测长值有时偏低，但是，28d水养测长值还是不错。特点：钢渣做膨胀剂21d空养收缩值小。1.5运用实例我厂2002年8月用φ2.2×7(m)的磨机生产了几十吨钢渣聚合物水泥用于本厂食堂前的一地坪，水泥强度用《GB-177》检测（检测结果乘上0.83为《GB-17671》近似值）⑴钢渣聚合物水泥强度见表8；钢渣聚合物水泥砼强度见表9表8钢渣聚合物水泥强度表抗折Mpa抗压Mpa材料7d28d3个月7d28d3个月钢渣聚合物水泥5.58.28.922.441.450.8表9钢渣聚合物水泥砼强度（Mpa）材料7d28d3个月半年一年钢渣聚合物水泥砼17.124.032.135.448.9⑵马钢74年用钢渣矿渣水泥配制C20砼，建成的试验楼，84年测试的抗压强度达100Mpa，6现在30多年过去依然完好[2]。2总结论关键词（钢渣聚合物高性能）⑴钢渣聚合物水泥钢渣聚合物水泥力学性能好，尤其是抗折强度高于其他品种水泥，抗压强度7d达40Mpa左右，28d达50Mp左右，3个月达60Mpa左右。抗冻性能突出，不足就是凝结时间普遍较长，脱模时间普遍延长5～15h。做水泥可单独用，做掺合料可以与水泥同时使用当PⅡ水泥的掺合量大于20%时，凝结硬化，脱模时间都趋于正常。强度增大。⑵膨胀剂钢渣配制的膨胀剂，力学性能完全达到标准值，21d空养收缩值小，28d水养测长值达标，7d水养测长值有时偏低。⑶低热膨胀水泥钢渣配置的低热膨胀水泥，各项指标强度值，膨胀值，凝结硬化、抗冻、抗渗都达到《JC476-2001》的标准及相关标准。⑷钢渣矿物聚合材料：钢渣矿物聚合材料能够提高水泥及混凝土性能，即抗冻性、抗渗性、抗碳化，耐磨性、耐久性、高力学性、低热、微膨胀、抗收缩、脆性系数小抗裂性好、低需水性、常温使用及低成本是钢渣聚合物的昀大亮点。3．高性能水泥2006年5月国际Nanocem讨论会上，[3]高性能水泥的粗略的定义：“高性能水泥是由一定的水泥熟料，石膏和矿物外加剂粉磨获得的水泥，具有更好的工作性，力学性和耐久性”廉慧珍教授等主张[4]针对各个不同工程的特点和需要，对混凝土提出满足具体要求的性能和耐久性的设计。笔者认为可将高性能水泥描述为一定量的水泥熟料，配以能满足高性能混凝土要求矿物聚合材料，适量的石膏粉磨获得的水泥，或以通用水泥配以的满足混凝土设计要求的矿物聚合材料的混合均化物为高性能水泥。由于高性能涉及的方方面面很多，采用将各种材料分别粉磨后，配制成为一种大家认可的高性能基准