王 毓1,2，张长森2，吴发红3，杨风玲2，李 杨2，朱宝贵2，冯桢哲2，胡志超2
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发布时间：2020-01-06 00:00:00
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不同激发剂对钢渣活性及水泥强度的影响
The Influence of Different Activator on Activity of Steel Slag and Strength of Cement
２０18 Ｎｏ.4
钢渣；活性；激发剂；水泥强度；硫酸钠；铝酸钠；偏铝酸钠
Steel slag; Activity; Activator；Compressive strength of cement; Sodium sulfate; Sodium aluminate; Sodium metaaluminate
２０18 Ｎｏ.4
1000-4637（2018）04-07-05
国家自然科学基金项目（51672236）；江苏省产学研前瞻性联合研究项目（BY2016065-35）。
王 毓1,2，张长森2，吴发红3，杨风玲2，李 杨2，朱宝贵2，冯桢哲2，胡志超2
1．安徽理工大学土木建筑学院，淮南232001；2．盐城工学院材料科学与工程学院，224051； 3．盐城工学院土木工程学院，224051
钢渣是炼钢产生的工业废渣，其产量约为粗钢产量的15%[1]，据国家统计局统计，2016年全国的粗钢产量为8.08亿t，达到全球粗钢产量的近一半。仅2016年，全国产生的钢渣就达到1.2亿t左右。虽然近年来随着技术的发展，钢渣的综合利用率有所提高，但其实际综合利用率仅为30%左右，在建材方面的利用率仅有20%[2]，且仍以路基回填为主，在水泥和混凝土中的应用较少，因此，在建材方面的研究仍有很大的提升空间。
钢渣质地坚硬、难以粉磨，从外观上成松堆状态的钢渣[3]是否具有活性由其化学成分和矿物组成所体现的，可以通过碱度公式来评估钢渣的活性。根据Mason提出的碱度公式A=CaO/（SiO2+P2O5），如果碱度>1.8，则认为钢渣具有胶凝性[4]；钢渣的矿物成分主要是RO相、橄榄石、镁蔷薇辉石、C2S、C3S、C4AF、C2F，其中，C2S、C3S、C4AF、C2F是决定钢渣具有胶凝性质的主要物质，这就奠定了钢渣具有作为胶凝材料的潜在性能。但是钢渣中胶凝物质的活性要比硅酸盐水泥中的小得多，其中的C2S、C3S活性不高，导致钢渣水化要比普通水泥水化速度慢，RO相相对惰性，即便在高温和强碱的环境下仍然不发生反应[5]，因此，钢渣的早期强度很低。如何提高钢渣的活性、增加其水化动力、提高其利用途径成为近年来广大科技工作者研究的热点。与其他学者相比，本文不同于以往仅仅通过物理激发或化学激发单一途径来提高钢渣活性的研究，而采用物理激发与化学激发相结合的方法来提高钢渣的活性。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
钢渣：由江苏某公司所提供，其主要化学成分如表1所示，矿物组成如图1所示；水泥：采用江苏盐城某水泥厂生产的52.5级普通硅酸盐水泥；激发剂：Na2SO4、Na2SiO3、NaAlO2和糖蜜由市场购得；砂：中国ISO标准砂。
1.2 试验方法
1.2.1 原料粉磨
将激发剂与适量的糖蜜配制成溶液按照一定比例均匀的喷洒在待磨钢渣上。将原钢渣和喷洒了激发剂的钢渣分别在行星球磨机中粉磨30min，制成钢渣粉待用。
1.2.2 样品成型
水泥净浆：称取60g钢渣粉和140g水泥搅拌均匀，倒入搅拌机中，再将135g自来水匀速加入搅拌机中，先慢速均匀搅拌2min，再快速均匀搅拌2min。然后将搅拌好的浆料注入20mm×20mm×20mm的模具中，放入（20±3）℃，相对湿度90%以上的养护箱中，24h后拆模，放至水中养护至28d期龄后观测其微观结构、形貌。
水泥胶砂：称取135g钢渣粉和315g水泥搅拌均匀，倒入搅拌机中，再将225g自来水和1350g标准砂匀速加入搅拌机中，先慢速均匀搅拌2min，再快速均匀搅拌2min。然后将搅拌好的浆料注入40mm×40mm×160mm的模具中，放入（20±3）℃，相对湿度90%以上的养护箱中，24h后拆模，放至水中养护3d、7d、28d期龄后测其强度。
1.2.3 测试
钢渣粉比表面积测定按GB/T 8074—2008《水泥比表面积测定方法》进行；水泥强度测定按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行。
采用SF-150型水泥细度负压筛析仪测定钢渣细度。采用WHY-300电液伺服压力试验机测试样品的抗压和抗折强度；采用DX-2700 X射线衍射仪对样品进行物相分析；采用Quanta200扫描电子显微镜分析试样的微观形貌。
1.2.4 钢渣活性指数
钢渣的活性指数的计算公式如式1所示：
K28=（R28 /R028）×100% （1）
式中：K28为活性指数，%；R28为试样胶砂28d抗压强度，MPa；R028为52.5水泥胶砂28d抗压强度，MPa。
王毓,张长森,吴发红,等.不同激发剂对钢渣活性及水泥强度的影响[J].混凝土与水泥制品,2018(4):7-11.
WANG Y,ZHANG C S,WU F H,et al.The Influence of Different Activator on Activity of Steel Slag and Strength of Cement[J].China Concrete and Cement Products,2018(4):7-11.
浏览量:
1000
不同激发剂对钢渣活性及水泥强度的影响
英文名 :
The Influence of Different Activator on Activity of Steel Slag and Strength of Cement
刊期 :
２０18 Ｎｏ.4
关键词 :
钢渣；活性；激发剂；水泥强度；硫酸钠；铝酸钠；偏铝酸钠
Key words :
Steel slag; Activity; Activator；Compressive strength of cement; Sodium sulfate; Sodium aluminate; Sodium metaaluminate
刊期 :
２０18 Ｎｏ.4
DOI :
文章编号 :
1000-4637（2018）04-07-05
基金项目 :
国家自然科学基金项目（51672236）；江苏省产学研前瞻性联合研究项目（BY2016065-35）。
作者 :
王 毓1,2，张长森2，吴发红3，杨风玲2，李 杨2，朱宝贵2，冯桢哲2，胡志超2
单位 :
1．安徽理工大学土木建筑学院，淮南232001；2．盐城工学院材料科学与工程学院，224051； 3．盐城工学院土木工程学院，224051
王 毓1,2，张长森2，吴发红3，杨风玲2，李 杨2，朱宝贵2，冯桢哲2，胡志超2
钢渣是炼钢产生的工业废渣，其产量约为粗钢产量的15%[1]，据国家统计局统计，2016年全国的粗钢产量为8.08亿t，达到全球粗钢产量的近一半。仅2016年，全国产生的钢渣就达到1.2亿t左右。虽然近年来随着技术的发展，钢渣的综合利用率有所提高，但其实际综合利用率仅为30%左右，在建材方面的利用率仅有20%[2]，且仍以路基回填为主，在水泥和混凝土中的应用较少，因此，在建材方面的研究仍有很大的提升空间。
钢渣质地坚硬、难以粉磨，从外观上成松堆状态的钢渣[3]是否具有活性由其化学成分和矿物组成所体现的，可以通过碱度公式来评估钢渣的活性。根据Mason提出的碱度公式A=CaO/（SiO2+P2O5），如果碱度>1.8，则认为钢渣具有胶凝性[4]；钢渣的矿物成分主要是RO相、橄榄石、镁蔷薇辉石、C2S、C3S、C4AF、C2F，其中，C2S、C3S、C4AF、C2F是决定钢渣具有胶凝性质的主要物质，这就奠定了钢渣具有作为胶凝材料的潜在性能。但是钢渣中胶凝物质的活性要比硅酸盐水泥中的小得多，其中的C2S、C3S活性不高，导致钢渣水化要比普通水泥水化速度慢，RO相相对惰性，即便在高温和强碱的环境下仍然不发生反应[5]，因此，钢渣的早期强度很低。如何提高钢渣的活性、增加其水化动力、提高其利用途径成为近年来广大科技工作者研究的热点。与其他学者相比，本文不同于以往仅仅通过物理激发或化学激发单一途径来提高钢渣活性的研究，而采用物理激发与化学激发相结合的方法来提高钢渣的活性。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
钢渣：由江苏某公司所提供，其主要化学成分如表1所示，矿物组成如图1所示；水泥：采用江苏盐城某水泥厂生产的52.5级普通硅酸盐水泥；激发剂：Na2SO4、Na2SiO3、NaAlO2和糖蜜由市场购得；砂：中国ISO标准砂。
1.2 试验方法
1.2.1 原料粉磨
将激发剂与适量的糖蜜配制成溶液按照一定比例均匀的喷洒在待磨钢渣上。将原钢渣和喷洒了激发剂的钢渣分别在行星球磨机中粉磨30min，制成钢渣粉待用。
1.2.2 样品成型
水泥净浆：称取60g钢渣粉和140g水泥搅拌均匀，倒入搅拌机中，再将135g自来水匀速加入搅拌机中，先慢速均匀搅拌2min，再快速均匀搅拌2min。然后将搅拌好的浆料注入20mm×20mm×20mm的模具中，放入（20±3）℃，相对湿度90%以上的养护箱中，24h后拆模，放至水中养护至28d期龄后观测其微观结构、形貌。
水泥胶砂：称取135g钢渣粉和315g水泥搅拌均匀，倒入搅拌机中，再将225g自来水和1350g标准砂匀速加入搅拌机中，先慢速均匀搅拌2min，再快速均匀搅拌2min。然后将搅拌好的浆料注入40mm×40mm×160mm的模具中，放入（20±3）℃，相对湿度90%以上的养护箱中，24h后拆模，放至水中养护3d、7d、28d期龄后测其强度。
1.2.3 测试
钢渣粉比表面积测定按GB/T 8074—2008《水泥比表面积测定方法》进行；水泥强度测定按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行。
采用SF-150型水泥细度负压筛析仪测定钢渣细度。采用WHY-300电液伺服压力试验机测试样品的抗压和抗折强度；采用DX-2700 X射线衍射仪对样品进行物相分析；采用Quanta200扫描电子显微镜分析试样的微观形貌。
1.2.4 钢渣活性指数
钢渣的活性指数的计算公式如式1所示：
K28=（R28 /R028）×100% （1）
式中：K28为活性指数，%；R28为试样胶砂28d抗压强度，MPa；R028为52.5水泥胶砂28d抗压强度，MPa。
王毓,张长森,吴发红,等.不同激发剂对钢渣活性及水泥强度的影响[J].混凝土与水泥制品,2018(4):7-11.
WANG Y,ZHANG C S,WU F H,et al.The Influence of Different Activator on Activity of Steel Slag and Strength of Cement[J].China Concrete and Cement Products,2018(4):7-11.
摘要
参数
结论
参考文献
引用本文
摘 要：研究了5种不同激发剂（单掺、复掺）对钢渣活性及水泥强度的影响。通过水泥细度负压筛、压力试验机、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试和检测方法揭示了钢渣的宏观性能和微观结构的内在联系。结果表明，掺加了激发剂和糖蜜的钢渣粉磨效率更高。单组分激发剂中，掺入硫酸钠的钢渣试样早期强度提升明显；偏铝酸钠的早期强度很低而后期强度高。在复合激发剂中，硫酸钠与铝酸钠复掺的效果最好，28d强度较纯钢渣试样提高了42%，活性指数K28达到88.2%，其次是硫酸钠与硅酸钠复掺，28d钢渣强度较纯钢渣试样提升了35%，活性指数K28达到82.5%。
Abstract: The effects of 5 kinds of activators on the activity and strength of cenment with steel slag were studied. By means of cement fineness, negative pressure screen, pressure test machine, XRD and SEM, the macroscopic and microscopic internal relations of steel slag are revealed. The results show that the grinding efficiency of steel slag added with activator and molasses is higher. When the activators is singly added, the early strength of steel slag samples with sodium sulfate significantly enhanced, and early strength of steel slag samples with sodium aluminate is very low, but the later strength is high. When the activators is compound added, the compound effect of sodium sulfate and sodium aluminate admixture is the best, compared with the pure steel slag sample, its 28d strength increases 42%, and the K28 activity index reaches 88.2%, the followed compound effect is sodium sulfate and sodium silicate admixture, compared with the pure steel slag samples, the 28d strength increases 35%, and the K28 activity index reaches 82.5%.
关键词:
钢渣；活性；激发剂；水泥强度；硫酸钠；铝酸钠；偏铝酸钠
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