钢渣-矿渣-水泥复合胶凝材料力学性能实验研究

钢渣-矿渣-水泥复合胶凝材料力学性能实验研究

孙小巍王兴来王晓文叶阜鹭孙巧稚

沈阳建筑大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110168

摘要：本实验利用冶炼钢铁时所产生的废弃物—钢渣和矿渣与水泥复合，以此制备水泥基复合胶凝材料。通过测试抗折与抗压强度，试验研究了钢渣与矿渣的复合比例对胶凝材料力学性能的影响。

关键词：钢渣；矿渣；水泥；强度

钢渣是转炉、电炉等熔炼炉在生产过程中排出的由金属原料中的废物杂质与助熔剂、炉衬形成的工业废渣，成分主要为硅酸盐和铁酸盐。矿渣是一种活性比较高的矿物掺合料，其中的玻璃体含量较高，在水泥水化过程中生成Ca(OH)2的激发作用下可以发生火山灰反应，生成低钙硅比的凝胶，对硬化浆体的孔结构有很强改善的效果。钢渣和矿渣因具有一定的水化活性，已经成为现代混凝土重要组成部分，而且也是高性能化的混凝土一种不可或缺的原材料。本实验将矿渣和钢渣作为掺合料掺入水泥中制备水泥基复合胶凝材料，通过测试抗折强度与抗压强度，研究钢渣与矿渣的复合比例对胶凝材料力学性能的影响。

1、实验原材料及实验方法

1.1原材料

钢渣选用辽宁省鞍山市鞍山钢铁有限责任公司的磨细钢渣，矿渣选用沈阳重型通用矿冶制备有限公司的矿渣粉，比表面积为450kg/m2，水泥选用大连小野田水泥有限公司P.Ⅱ52.5R硅酸盐水泥。砂为Ⅱ区中砂，细度模数为2.9。

1.2实验方法

每次称取制好的4kg待磨样品放入SYM-A型Φ500mm×500mm试验标准小磨中，粉磨时间为设定分别为120min、135min、150min，测试其比表面积。将粉磨时间不同的钢渣与矿渣复合取代水泥制备水泥基复合胶凝材料，其中取代量为40%，钢渣与矿渣的复合比例为40:0、30:10、20：20、10:30和0:40。将水泥基复合胶凝材料制成标准胶砂试件，测试不同龄期时的抗折强度与抗压强度（龄期为3d和28d）。测试标准为GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》。

2、实验结果分析

2.1粉磨时间对钢渣细度的影响

将钢渣粉磨120min、135min、150min后，钢渣微粉的比表面积分别为410kg/m2、422kg/m2和407kg/m2。从实验结果看来，随着粉磨时间的延长，钢渣比表面积也随之增大。

2.2钢渣-矿渣复合比例对胶凝材料3d强度影响

图1和图2分别是钢渣和矿渣复合比例对复合胶凝材料3d抗折和抗压强度的影响。

从图1中可以看出，在钢渣和矿渣总取代量一定，且钢渣的粉磨时间相同时，复合胶凝材料的3d抗折强度随着矿渣含量的增多而增大，当矿渣含量为30%时即钢渣：矿渣为10：30时，3d抗折强度达到最大值为4.8Mpa。当钢渣与矿渣合比例一定，钢渣粉磨时间为135min时，抗折强度最大。从图1中可以看出，当钢渣的粉磨时间一定时，钢渣与矿渣的配比决定着复合胶凝材料的抗压强度，当矿渣逐渐增多时，复合胶凝材料的抗压强度增大，达到10：30时达到峰值，之后强度开始呈现下降，复合渣中的钢渣比例越大，活性越低。

2.3钢渣-矿渣复合比例对胶凝材料28d强度影响

图3复合胶凝材料28d抗压强度，图4复合胶凝材料28d抗压强度，从折线图3可以看出，不论钢渣的比表面积为多大，复合胶凝材料的28d抗折强度都随着矿渣含量的增加而变大，矿渣含量为40%时抗折强度达到峰值8.0Mpa，但无论以何种方式复合其28d抗折强度都要低于空白对照试验。从图4可以看出试件的抗压强度随着矿渣含量的增加而变大，当钢渣比表面积为422㎡/kg时钢渣：矿渣为1:3时试件的抗压强度达到最大值，但无论以何种方式复合其抗压强度都要低于空白对照试验。

3、结论

3.1.当钢渣和矿渣一定时，随着钢渣粉磨时间的增加复合体系强度大体呈下降的趋势，表明钢渣也不是粉磨时间越长，复合体系的强度越高。

3.2.钢渣粉磨135min即比表面积为422㎡/kg时，钢渣与矿渣复合的强度最高，通过试验数据可知确实是这组实验配比强度最高，因此这更加确定了本实验结论的准确性。

3.3.无论是何种细度复合在一起，其抗折和抗压强度总是比空白试验即全水泥无其他掺合料的要低，这表明在水泥砂浆中掺入钢渣粉和矿渣粉能明显降低试件的强度，掺合料的细度能明显影响水泥砂浆的强度。

参考文献：

[1]王琼.钢渣活性激发技术研究现状[J].粉煤灰,2014,06:15-17.

[2]李倩.钢渣-矿渣基胶凝材料的研究：[硕士学位论文].河北:河北科技大学，2012.

[3]谭明洋,吕宪俊,胡术刚,吴蓬,姜梅芬.水泥混合材的应用现状及发展方向[J].水泥工程,2014,06:66-69.