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(yè)，共27頁(yè)。NationalhighandtechnologycompanyNational

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CompanyBriefing公司簡(jiǎn)介一第二頁(yè)，共27頁(yè)。

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(yǔ)第三頁(yè)，共27頁(yè)。1、鋼渣的性質(zhì)及應(yīng)用現(xiàn)狀過(guò)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(yè)，共27頁(yè)。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(yè)，共27頁(yè)。1、鋼渣的性質(zhì)及應(yīng)用現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)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)?。日本的鋼渣在水泥生產(chǎn)中的利用率不到6%，美國(guó)在上世界90年代以前僅1%的水泥生產(chǎn)利用了鋼渣，德國(guó)的鋼渣基本用作集料。我國(guó)利用情況：第六頁(yè)，共27頁(yè)。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(guò)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(lái)源。片面追求早強(qiáng)帶來(lái)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(yè)，共27頁(yè)。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(shì)上個(gè)世紀(jì)六十年代，T.C.Powers基于自己對(duì)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(yè)，共27頁(yè)。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(guò)調(diào)整水灰比來(lái)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(yè)，共27頁(yè)。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(duì)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(duì)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(yè)，共27頁(yè)。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(yè)，共27頁(yè)。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(duì)新拌混凝土的流動(dòng)性影響??；養(yǎng)護(hù)過(guò)程自干縮性低；對(duì)減水劑的相容性好，影響?。换静挥绊懰嘤不w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(yè)，共27頁(yè)。優(yōu)質(zhì)的水泥混合材和混凝土摻合料第十三頁(yè)，共27頁(yè)。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(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)需要參考的兩個(gè)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(yè)，共27頁(yè)。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(shuō)4、顆粒流動(dòng)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(yè)，共27頁(yè)。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(yè)，共27頁(yè)。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(yè)，共27頁(yè)。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(yè)，共27頁(yè)。3.2鋼渣微粉在混凝土緊密堆積中的填充作用上個(gè)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(duì)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(yè)，共27頁(yè)。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究

空隙率對(duì)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(jí)配在一定程度上接近緊密堆積狀態(tài)。

第二十頁(yè)，共27頁(yè)。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

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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(duì)于熟料的強(qiáng)度貢獻(xiàn)率（%）第二十一頁(yè)，共27頁(yè)。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(guò)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(yè)，共27頁(yè)。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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)配，做混凝土測(cè)試。第二十三頁(yè)，共27頁(yè)。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(píng)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(gè)耐久性項(xiàng)目檢測(cè)，結(jié)果均優(yōu)于P·O42.5級(jí)水泥；試件編號(hào)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(yè)，共27頁(yè)。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(lái)源廣，目前市場(chǎng)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(duì)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(chǎng)等需要高比重穩(wěn)定基礎(chǔ)的場(chǎng)合。（4）大體積、高