改性钢渣水泥基材料早强性能研究与应用

“实现碳达峰、碳中和”作为国家的重大战略决策,各行业都要为节能减排事业做出贡献,钢渣作为一种可再利用材料备受青睐。本文设计试验采用控制变量法和正交试验法,以改性钢渣粉末（以下称MSP）和普通硅酸盐水泥为主要原料,添加粉煤灰、硅灰、膨胀剂和减水剂等材料制备试样,并测量其1d力学性能。通过对试验结果进行对比分析,了解MSP掺入对水泥基材料早期和晚期强度发展的影响规律。试验结果表明,掺加MSP可以加快水泥基材料凝结速度,显著提高水泥基材料的早期强度。通过正交试验结果筛选出的最优早强水泥基材料,MSP最佳掺量为11%,粉煤灰最佳掺量为4%,减水剂最佳掺量为0.3%,最佳水灰比为0.20,1d抗折强度和抗压强度最大可以达到6.47 MPa和36.64 MPa。用于某钢结构支护体系中,可以满足早强性能要求和实际工程需要。     

电炉钢渣胶凝材料的研究

本文就外渗物对电炉还原钢渣活性的激发及其对混合物性能的影响进行了探讨，对比硅酸盐水泥，全面考察了钢渣胶凝材料的各项性能及其影响因素。     

高性能矿渣胶凝材料的试验研究

通过试验，选择出Ｊ２型激发剂掺量为矿渣重量的１０％，ｍｗ／ｍｓ为０．２７５，塑怀成型，标养１ｄ＋沸煮６ｈ的工艺条件，较容易地制备出抗压强度高达１２０－１５０ＭＰａ的碱矿渣高性能经基材料，其水化产物主要是低Ｃ／Ｓ比的Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶。     

石膏与硅灰对钢渣水泥基胶凝材料复合改性效应

以钢渣和水泥为主要原料,加入少量石膏(CaSO4·2H2O)与硅灰,制备钢渣水泥基胶凝材料。探讨了CaSO4·2H2O与硅灰掺量对钢渣水泥基胶凝材料强度的影响,并通过XRD、SEM表征,研究钢渣水泥基胶凝材料的水化性能。结果表明：复掺1% CaSO4·2H2O和4% 硅灰的钢渣水泥基胶凝材料3 d抗压强度较未掺CaSO4·2H2O与硅灰提高了59.0%,28 d抗压强度提高了32.4%;CaSO4·2H2O与硅灰的加入不会影响钢渣水泥基胶凝材料水化产物种类;相同龄期内,加入CaSO4·2H2O与硅灰的钢渣水泥基胶凝材料中水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)含量增多,Ca(OH)2晶体含量、晶体尺寸有所减小。     

低碱度钢渣基油井及地热井胶凝材料的研究——Ⅳ富铁低碱度钢渣的水热反应及胶凝性

通过XRD、DTA－TG、SEM和EPMA等手段研究了富铁低碱度钢渣的水热反应、水热产物及其胶凝性。结果表明：富铁 碱度钢渣的水热反应产物为水化钙铁石榴子石；富铁低碱度钢渣－－石英砂体系的水热反应产物以Fe-tobermorite为主，蒸压强度显著提高；富铁低碱度钢渣－－石灰体系的水热反应产物为高碱度的C2SH。     

量化分析珍珠岩粉在水泥基材料中的火山灰效应

为了量化地分析珍珠岩粉在水泥基材料中的火山灰效应，以判定珍珠岩磨细粉用作水泥基材料的掺合料之优劣，采用以抗压强度构成为基础的火山灰效应定量指标，研究其在水泥砂浆和混凝土中随珍珠岩粉掺量、细度及养护方式、龄期和配合比的变化特征．结果表明：经蒸压处理的混凝土即使珍珠岩粉掺量达到20％-60％(质量分数)其抗压强度也可与未掺的基准样品基本一致；对混凝土强度的绝对位而言掺合料的最佳掺量为15％(质量分数)，此时混凝土强度最高；其它火山灰效应参数如Ra、Rp、Cp在所讨论范围内大体随着掺量增加而提高．由此研判珍珠岩磨细粉可作为水泥基材料中替代水泥的辅助胶凝材料；同时反映一种掺合料在不同的水泥基材料或养护环境中火山灰效应的差异性，为选择使用掺合料提供最佳参数依据．     

多组分水泥基材料微观结构的研究

采用SEM、XRD等现代测试技术，研究了多种工业废渣复合反加的复合体系中水化产物的形貌特征，结构、晶粒尺寸和CH的择优取向等，讨论了水化产物性质随掺合料种类，掺量和龄期的变化规律，探明了多组分复合水泥基体系微观结构及其发展过程，为进一步提高工业废渣利用的技术水平奠定了基础。     

120MPa超高强水泥基材料的研究

采用常规原材料，普通成型工艺，通过正交设计试验研究，配制出了抗压强度为120MPa的超高强水泥基材料，并给出了优选配比。超高强水泥基材料的杭压强度和抗折强度试验的极差方差分析结果表明：水胶比为影响超高强水泥基材料强度的最显著因素，超细掺合料硅灰的掺量和减水剂的掺量也有一定的影响。     

复合激发剂对钢渣-矿渣基胶凝材料性能的影响

基于正交试验,通过对钢渣-矿渣基胶凝材料外观形貌、抗压强度、水化产物的分析,研究氢氧化钙和激发剂D的复合激发剂对钢渣-矿渣基胶凝材料的安定性及抗压强度的影响。结果表明:与未添加激发剂相比,复合激发剂能显著激发钢渣-矿渣基胶凝材料的活性,改善其安定性;胶凝材料抗压强度影响因素的强弱顺序依次为激发剂D、氢氧化钙、钢渣微粉;钢渣微粉、矿渣微粉、氢氧化钙、激发剂D质量分数分别为40%,53%,3%,4%时,制得的胶凝材料试样体积安定性合格,且抗压强度最大,达15.46 MPa。     

以电炉还原渣重构转炉钢渣的组成与性能

掺加电炉还原渣重构转炉钢渣的组成和结构制备了高胶凝活性的钢渣。采用化学全分析、XRD、SEM等手段分析了钢渣重构前后的组成、水化产物形貌,并进行了力学性能试验。结果表明:重构钢渣矿物组成以活性硅酸二钙、硅酸三钙和七铝酸十二钙等胶凝矿物为主。当电炉还原渣掺量分别为10%和20%、煅烧温度分别为1 350℃和1 250℃时,重构钢渣水泥的活性指数分别为102.9%和104.0%。掺重构钢渣水泥28 d龄期水化产物与普通硅酸盐水泥的相似,但浆体结构更为致密。     

钢渣在线重构技术的工业试验研究

为获得钢渣在线重构的工程化参数,在炼钢转炉上开展了钢渣重构安环试验、配方工业中试和重构工艺调整等工业试验研究。研究结果表明,转炉钢渣经组分调节材料在线重构后,性能得到了显著的提高。组分调节材料中白渣与煤渣的最优配比为70∶30,组分调节材料的掺量为10%～15%。熔态钢渣与组分调节材料采用分批倾入混合的方法可使重构反应更彻底,获得的重构钢渣均匀性良好,28d活性指数不低于85%,游离氧化钙含量低于2%,达到了一级钢渣粉的指标。     

利用炼铁高炉渣制备胶凝材料的研究

以高炉渣微粉和偏高岭土为主要原料,NaOH和Na2SiO3为复合激发剂,制备了碱激发矿渣胶凝材料,研究了炉渣粒度、碱添加量及养护制度对矿渣胶凝材料性能的影响.结果表明,炉渣粉磨至10 μm,在室温下养护,激发剂含量为12%时,样品的1 d抗压强度为17.66 MPa;当碱激发剂含量达到16%时,样品的1 d抗压强度为27.91 MPa;随着养护时间的延长,胶凝材料的抗压强度有提高的趋势,80 ℃养护可以提高胶凝材料的早期强度,但养护温度不宜过高.     

高钢渣掺量和高强度钢渣水泥的研制

钢渣的低水化活性而致钢渣掺量小．钢渣水泥强度，特别是早期强度低等一直是困扰其应用于水泥生产的难题。采用各原料预先单独粉磨然后混合的工艺，成功制备了一种新型钢渣水泥。研究结果显示：该水泥3d和28d的抗折强度、抗压强度分别达6．8MPa、35．1MPa和7．8MPa、57．8MPa。各主要原料的配合比为：硼(钢渣)为50％～55％，硼(矿渣)为20％～30％，硼(水泥熟料)为10％～25％，硼(石膏)为3％～5％。还借助XRD和SEM，对其水化及水化产物进行了分析研究。     

钢渣化学活性组分的提取与胶凝活性评价研究

不同来源转炉钢渣之间的胶凝活性差异较大,为研究开发出对其胶凝活性进行快速评价的方法,采用蒸发-冷凝法对不同来源钢渣中的化学活性组分进行了快速溶出提取试验,研究了其溶出特性与溶出机理,结合钢渣胶凝材料胶砂试验,系统分析了钢渣溶出特性与胶凝材料强度性能之间的关系。研究结果表明,各钢渣化学活性组分的溶出量差异显著,溶出过程符合由固膜扩散控制的收缩未反应核模型特征。钢渣的溶出特性与钢渣胶凝性能之间存在显著的线性关系,利用(CaO+Al2O3)溶出量等评价指标可快速地对不同来源钢渣的胶凝活性作出比较准确的评价。     

钢渣-矿渣-水泥复合胶凝材料的水化性能和微观形貌

通过测定矿渣和钢渣部分取代水泥构成的钢渣-矿渣-水泥复合胶凝材料(SBC-CCM)的物相组成和80h内的水化热,研究了SBC-CCM试样的微观形貌和水化性能,并用正交试验结果分析了SBC-CCM中钢渣-矿渣的最佳掺量和比例。结果表明:SBC-CCM的水化过程和水化产物的物相组成与硅酸盐水泥的相似,矿渣在水化早期参与反应,钢渣在水化早期呈惰性;SBC-CCM的80h水化放热量和放热速率均低于水泥相应的数值;正交试验结果表明水胶比对SBC-CCM强度的影响最显著,矿渣-钢渣的最佳质量比为2∶1。     

无机结合料稳定钢渣路用性能研究

从公路路面半刚性基层材料的要求出发,首先系统研究了钢渣的工程力学特性,同时对试验所用水泥、石灰、粉煤灰等原材料进行了分析.在此基础上,对不同配合比的无机结合料稳定钢渣材料的路用性能进行了室内试验研究,试验包括无侧限抗压强度试验、抗压回弹模量试验、劈裂试验和抗冻试验等.然后对其路用性能的变化规律作了详细的理论分析,为合理利用钢渣作为公路的基层或底基层材料,减少废钢渣的堆放占地与污染,达到废品利用提供了可靠的科学依据.     

不锈钢渣掺量对碱矿渣-不锈钢渣砂浆抗裂性能的影响

将不锈钢渣应用于碱激发水泥,对其资源化利用起到了重要作用。采用氧化钙、碳酸钠和水玻璃作为复合激发剂,固定总碱当量为6%(即氧化钙+碳酸钠的碱当量为4%,水玻璃的碱当量为2%),研究不锈钢渣掺量(0%、10%、20%、30%和40%,即不锈钢渣与(矿渣+不锈钢渣)的质量比)对碱矿渣-不锈钢渣砂浆(ASLm)抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、内钢环应变、环向拉应力和抗裂性能的影响,并通过抗裂评价指标A_cr(t)来表征ASLm的抗裂性能。研究发现：随着不锈钢渣掺量从0%增加到40%时,ASLm的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、内钢环应变和环向拉应力均降低,抗裂性能先提高后降低;当不锈钢渣掺量为30%时,ASLm的A_cr(t)最大,即抗裂性能最优。     

Activity of Reducing Steel Slag of EAF

Reducing steel slag (RSS) was mainly acquired from five electric-arc furnace (EAF) steelmaking plants (among them, the products of two plants were carbon steel and those of other plants were stainless steel) for research tests. The chemical properties, compound compositions, activities and contents of main expansive compounds were tested. The results showed that the field sampled RSS had a very high crystallinity and hydraulicity with main chemical compositions close to those of Portland cement. It can be k...     

矿渣激发剂的探索试验

为了开发出以矿渣为主要原料的全尾砂新型胶凝材料,研究了矿渣的水化机理,根据水化机理采用正交试验设计方法开展矿渣激发剂的种类筛选。通过对试验结果的分析,初步确定水泥、石灰和石膏作为矿渣的激发剂材料,为下一步胶凝材料优化配比的开发试验奠定了基础。