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1、 钢渣掺量和细度对水泥物理性能影响研究 周惠群，李强，杨晓杰，唐越，韩长菊(昆明冶金高等专科学校，昆明 650038)摘要：熟料、钢渣配制的钢渣水泥中钢渣粉磨的细度及掺量不同，对其物理性能的影响不一样。研究通过分别粉磨熟料钢渣再混合的方法，制得钢渣水泥。采用化学全分析、物理力学性能检测等对钢渣水泥相关性能进行测定和分析研究，得出能使钢渣活性充分发挥的最佳粉磨细度及其在水泥中的最优掺量,最终实现冶金废渣资源的充分利用，改善水泥性能，降低水泥生产成本。关键词：细度；掺量；钢渣水泥；物理性能Investigation of Influences of Steel Slags Doping Quant
2、ity andFineness On Cement Physical PropertiesZHOU Hui-qun, LI Qiang, YANG Xiao-jie, TANG Yue, HAN Chang-ju(Kunming metallurgy College, Kunming 650038, China)Abstract:The difference of steel slags doping quantity and fineness in the steel slag doping cement which was produced from clinker and steel s
3、lag leaded to different effects on cement physical properties. In this paper, the steel slag doping cement was produced by grinding clinker and steel slag separately first, and then mixing them together. The optimal fineness and doping quantity of steel slag in cement were obtained by complete chemi
4、cal analysis and physical mechanical property test. The purposes of making good use of metallurgical slag resources, improving cement property and reducing the cost of cement production could be achieved based on the research results.Key words:fineness;doping quantity;steel slag cement;physical prop
5、erties作者简介：周惠群(1962-)，教授.E-mail:冶金废渣是钢铁冶炼过程中的副产品，价格低廉而且资源丰富。大量的废渣堆积起来不仅浪费资源，占用大量土地，污染土地资源，最终影响生态平衡。据报道全国每年可产生近2 000万t钢渣，若能细磨用于水泥生产，无疑会对建材业的发展起到巨大的推动作用，同时又可给企业和社会带来可观的经济效益和社会效益。目前国内钢渣的利用基本是粗放式的，以致水泥强度和性能大幅度降低，尤其是早期强度降低更明显，一般达到32.5级的钢渣硅酸盐水泥中钢渣的掺量都不超过30%，同时由于处理不当，水泥硬化浆体结构常常被劣化，往往导致混凝土耐久性不良。本项目研究的钢渣水泥是以
6、硅酸盐水泥熟料为基础，通过科学的钢渣制备，使钢渣水泥各项性能得到大幅度改善的新型水泥基材料。新型钢渣水泥大量利用钢渣，减少熟料用量，并且充分激发钢渣的潜在活性，使其在水泥中的作用从单纯的增加产量转化为不仅增加产量，而且成为降低环境负荷，调节水泥功能的组分材料。1钢渣水泥制备原理1)利用云南某钢铁公司钢渣磨制的钢渣粉与某新型干法水泥公司普通水泥熟料粉配合，钢渣掺量分别占水泥总量的10%、20%、30%、40%。2)制备过程中，将各组分分别磨制到合适的细度，通过不同细度、不同钢渣粉掺量组成的优化水泥设计，使各组分高效混合均匀，颗粒紧密堆积，充分发挥各组分的叠加效应，实现水泥石组成与结构的优化，使水
7、泥早、中、后期强度均充分发挥，水泥性能得到改善1。2粉磨工艺对钢渣水泥物理性能的影响本研究选用某新型干法水泥公司生产的熟料（率值：KH=0.92，SM=2.63，IM=1.55），云南某钢铁公司炼钢排除的钢渣配制水泥。研究采用分别粉磨再复配的工艺路线，将不同比面积和掺量的钢渣进行科学组合，探索不同钢渣细度和掺量对水泥物理性能的影响。2.1试验用原料采用某新型干法水泥公司正常生产的各种原材料进行试验，化学成分见表1。2.2实验方案水泥配比采用表3方案，由于钢渣的易磨性比熟料差，如与熟料混磨，则钢渣不能充分磨细，其活性得不到充分发挥。故采用分别粉磨后再混合的工艺制备钢渣水泥，分别对不同组别的钢渣水
8、泥试样各龄期的胶砂强度、凝结时间、标准稠度等指标进行检测，研究各种因素对水泥物理性能的影响。2.3试验过程将熟料、石膏等块状物料破碎至0.5 mm以下，钢渣烘干至水份1.0%。混合粉磨对照试样的编号为Ph，通过试验小磨与石膏共同粉磨至350 m2/kg。钢渣分别磨至350 m2/kg、400 m2/kg、450 m2/kg、500 m2/kg、550 m2/kg，将熟料粉、钢渣粉按表3配料方案进行配料，并充分混合均匀制成试验的21个样品。在物理性能的检测中，凝结时间、标准稠度、安定性按国家标准GB13462001进行；胶砂强度采用ISO法测定，水灰比均为0.5。2.4试验结果1)不同钢渣细度及
9、掺量水泥标准稠度凝结时间检验结果见表4。表4不同钢渣细度及掺量水泥标准稠度凝结时间检验结果2)不同钢渣细度及掺量水泥强度检验结果见图1。3分析及讨论3.1细度和掺量对钢渣水泥标准稠度用水量的影响无钢渣掺入时，试验的Ph组的标准稠度最低，为24.2%。钢渣掺量从10%增加到40%，水泥标准稠度从25.3%增加到26.7%；钢渣掺量为40%，细度从350 m2/kg增加到550 m2/kg，水泥标准稠度从26.7%增加到27.3%。即随着钢渣掺入量及细度的增加，水泥的标准稠度增大。分析原因主要是由于熟料中掺入钢渣粉后，颗粒级配发生了变化，堆积空隙率大，需要更多的水填充空隙，并且其堆积体积也愈大，要
10、达到相同流动度，颗粒所需的包裹水层也愈厚，所需水量愈多，标准稠度愈大。从以上可以看出，钢渣细度和掺量对水泥标准稠度的影响较大，合理的颗粒级配和掺量能实现颗粒间的紧密堆积效应，降低钢渣水泥的标准稠度用水量。3.2细度和掺量对钢渣水泥凝结时间的影响实验中，钢渣掺量为40%时，细度从350 m2/kg增加到550 m2/kg，水泥初凝时间从138 min增加到190 min，终凝时间从208 min增加到267 min；在细度为550 m2/kg，钢渣掺量从10%增加到40%时，初凝时间从115 min增加到190 min，终凝时间从157 min增加到267 min。即随着钢渣细度增加及钢渣掺量增
11、加，水泥的初终凝时间均延长。分析水泥的凝结时间的长短主要取决于水化产物的多少，水化产物越多，越容易相互搭结形成网状结构，凝结时间越短；钢渣掺量多时，水泥中熟料含量少，水泥加水后需要较长时间的水化反应才能搭结形成一定的结构水化产物，因此凝结时间就越长。3.3细度对钢渣水泥强度的影响从图1可以看出，随着钢渣比表面积的增加，水泥的抗折抗压强度均增加。这是因为钢渣的比表面积越大，其表面能越大，活性越高，越容易发生水化反应生成大量的水化产物，从而提高硬化浆体的致密度，强度亦较高。从实验结果可以看出，钢渣比表面积为500 m2/kg及以上时，随着钢渣掺量的增加，水泥3 d、 28 d抗折和抗压强度下降速度
12、减缓。这是由于磨细钢渣后期的水化作用，钢渣比表面积越大，其活性越高，越容易发生水化反应，可以提高水泥的后期强度。通过试验可知，钢渣比表面积在500 m2/kg及以上时，即使掺量达40%，也可稳定生产42.5级的钢渣硅酸盐水泥，而钢渣比表面积在450 m2/kg及以下时，可稳定生产32.5级的钢渣硅酸盐水泥。综合考虑到钢渣的活性和粉磨成本(比表面积越大粉磨成本越高)，钢渣粉磨到比表面积约为500 m2/kg较为理想。3.4掺量对钢渣水泥强度的影响从图1可以看出，随着钢渣掺入量的增大，水泥抗压强度相应降低，早期强度降低尤为明显。特别是掺量超过35%，钢渣细度低于450 m2/kg时，水泥28 d抗
13、压强度下降明显。这是由于随着钢渣掺入量的增大，水泥熟料的相对质量分数降低，早期胶凝性水化产物的生成量减少，导致硬化浆体孔隙率较高，致密度较差，因而抗折抗压强度下降。通过实验可知，在钢渣细度为500 m2/kg及以上时，钢渣掺量可达35%以上；钢渣细度低于350 m2/kg时，生产的钢渣水泥等级将低于32.5，不能满足国家标准要求。只有在钢渣细度高于350m2/kg时，且钢渣掺量控制在40%以下，才能稳定生产32.5级钢渣硅酸盐水泥。分别粉磨再复配，人为调整钢渣与水泥的颗粒匹配，将其调整为钢渣细，熟料粗，此时由于钢渣颗粒总体较细，活性较高，在水泥-钢渣体系水化时，钢渣颗粒几乎是紧跟熟料发生水化反
14、应，使水泥的水化反应速度与钢渣颗粒形成一定的比例关系，钢渣-水泥体系将比纯硅酸盐水泥产生更好的活性效果。4结语分别粉磨混合生产优质钢渣水泥制备工艺，可有效提高钢渣的细度，大大提高钢渣粉等混合材的水化活性，克服共同粉磨生产钢渣水泥生产工艺代来的水泥颗粒分布范围窄、均匀性差的缺陷。分别粉磨混合生产优质钢渣水泥制备工艺，对加快水泥的水化速度，改善水泥的凝结时间，提高水泥的后期强度，提高钢渣掺入量，降低生产成本，提高经济效益具有很好的现实意义。钢渣细度在350 m2/kg以上时，掺量在10%40%，均可生产32.5级以上的钢渣硅酸盐水泥。钢渣细度达500m2/kg及以上时，即使掺量达35%以上，也可生产42.5级以上的钢渣硅酸盐水泥。综合以上考虑，钢渣水泥最佳控制掺数是：水泥细度450 m2/kg左右，钢渣掺量35%左右。参考文献1姚景相, 陶珍东, 刘鹏.钢渣比表面积和掺入量对水泥性能的影响J.水泥工程,2008(1):21-22.2GB135902006，钢渣硅酸盐水泥S.3黄志芳，周永强，杨钊.谈谈钢渣综合利用的有效途径J.有色金属设计，2005，32(2): 50-54.4叶青，农登.关于钢渣吸附剂的研究J.大众科技，2006(2):118-119.5陈美祝，周明凯，伦云霞,等.钢渣高附加值利用模式分析J.中国矿业，2006，15(6):79-83.-全文完-
