淺談水泥混凝土中的應用探討

【摘 要】本文主要探討鋼渣自身特性對于混凝土使用的影響，以及主要存在的問題和我們的解決方案。

【關鍵詞】鋼渣；活性；安定性；水泥混凝土

鋼渣一種工業固體廢物。煉鋼排出的渣，依爐型分為轉爐渣、 平爐渣、 電爐渣。排出量約為粗鋼產量的15～20％。生產鋼渣水泥的摻合料可用礦渣、沸石、粉煤灰等。為了提高水泥的強度，有時還可加入重量不超過20％的硅酸鹽水泥熟料。根據加入摻合料的種類，鋼渣水泥可分為鋼渣礦渣水泥、鋼渣浮石水泥和鋼渣粉煤灰水泥等。具有一定的活性且價格低廉，使其在水泥混凝土領域有廣泛的應用前景。然而，因其活性低、安定性及易磨性差等問題，制約了鋼渣的推廣應用，因此開展此方面的研究對鋼渣在水泥混凝土中的應用具有指導意義。

1 鋼渣成分

鋼渣主要由鈣、 鐵、 硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物組成。主要的礦物相為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵鋁酸鈣以及硅、鎂、鐵、錳、磷的氧化物形成的固熔體，還含有少量游離氧化鈣以及金屬鐵、氟磷灰石等。有的地區因礦石含鈦和釩，鋼渣中也稍含有這些成分。鋼渣中各種成分的含量因煉鋼爐型、鋼種以及每爐鋼冶煉階段的不同，有較大的差異。

鋼渣在溫度 1500～1700℃下形成，高溫下呈液態，緩慢冷卻后呈塊狀，一般為深灰、深褐色。有時因所含游離鈣、鎂氧化物與水或濕氣反應轉化為氫氧化物，致使渣塊體積膨脹而碎裂；有時因所含大量硅酸二鈣在冷卻過程中(約為675℃時)由β型轉變為 γ型而碎裂。如以適量水處理液體鋼渣，能淬冷成粒

2 鋼渣水泥

以平爐、轉爐鋼渣為主要成分，加入一定量的其他摻合料和適量石膏，經磨細而制成的水硬性膠凝材料，稱為鋼渣水泥。

鋼渣水泥的摻合料可用礦渣、沸石、粉煤灰等。為了提高水泥的強度，有時還可加入重量不超過20％的硅酸鹽水泥熟料。根據加入摻合料的種類，鋼渣水泥可分為鋼渣礦渣水泥、鋼渣浮石水泥和鋼渣粉煤灰水泥等。鋼渣水泥的生產工藝簡單，由原料破碎、磁選、烘干、計量配料、粉磨和包裝等工序組成。目前國內生產的鋼渣水泥標號有225、275、325號幾種，可用于一般建筑的砌筑、抹面砂漿以及混凝土中。

鋼渣的膠凝活性來源于其含有的硅酸鹽、鋁酸鹽及鐵鋁酸鹽礦物，其中所含的硅酸二鈣CZS、硅酸三鈣C3S對強度的貢獻最大，兩者總含量一般在50%以上。鋼渣中的主要礦物相RO相沒有膠凝性，而且吸收氧化鈣，使鋼渣中的硅酸三鈣減少。雖然鋼渣的化學成分與水泥熟料相似，但它的生成溫度比硅酸鹽水泥熟料高了很多，其礦物結晶致密、晶粒較大，水化速度緩慢，只是一種具有潛在活性的膠結材料。因此將鋼渣用于水泥和混凝土中必須對其活性進行激發。

3 鋼渣在水泥中的應用

鋼渣水泥，它是先將石灰石、粘土、砂巖、鋼渣等原料按比例配合后，經過粉磨、煅燒制成水泥熟料，然后將水泥熟料與水渣、鋼渣、添加劑等原料按比例配合共同粉磨即形成水泥。在生產熟料和水泥時均使用了鋼渣，提高了鋼渣的用量，解決了環境污染和資源短缺問題，為工業廢渣處理找到了一條有效途徑，具有很高的社會效益和經濟效益。鋼渣水泥具有需水量小，后期強度高，與木質素及奈系減水劑適應性好等優點，并且其抗硫酸鹽侵蝕、抗干燥收縮和抑制堿集料膨脹性能都較好。

中國首先研制和應用的水泥品種。它利用煉鋼廠廢棄的鋼渣做原料，兼收環境保護與資源綜合利用的效果。其組分中鋼渣摻量不少于水泥總重量的30％；鋼渣和粒化高爐礦渣的摻量之和不少于水泥總重量的60％。鋼渣呈黑褐色塊狀、顆粒狀和粉狀，渣中常包裹著少量殘鋼。在鋼渣的礦物組成中，氧化鈣占40％以上，主要生成硅酸二鈣、硅酸三鈣、薔薇輝石(3CaO#8226;MgO#8226;2SiO2)和固熔體礦物；氧化鋁含量在5％以下，存在于固熔體礦物中；氧化硅一般在20％以下，主要生成硅酸鹽礦物；氧化鐵含量一般在25％以下，以二價鐵為主，生成橄欖石或鐵鋁酸鹽礦物。鋼渣各成分中的硅酸鹽和鐵鋁酸鹽礦物與硅酸鹽水泥熟料相似，使鋼渣水泥具有水化活性。

生產鋼渣水泥的摻合料可用礦渣、沸石、粉煤灰等。為了提高水泥的強度，有時還可加人重量不超過加%的硅酸鹽水泥熟料。適量的熟料摻量是制備性能優越的鋼渣水泥所不可或缺的條件。在鋼渣礦渣水泥中，水泥熟料不但自身水化速度快，而且通過向漿體中釋放的caZ+和晶核誘導作用，對礦渣水化有明顯的激發作用。當鋼渣礦渣水泥中摻人40%鋼渣;34%水渣，20%熟料和6%激發劑時，鋼渣礦渣水泥的各項性能均能達到425號鋼渣礦渣水泥的國標要求。鋼渣礦渣水泥耐磨性能、抗酸堿腐蝕性能較好，水化熱低，具有微膨脹性能和抗滲透性能，廣泛應用在防水混凝土工程方面。

4 鋼渣粉在混凝土中的應用

摻入有利于提高新拌混凝土的工作性能，因為加入鋼渣粉后可以改變水化基體的孔道大小與分布，對漿體的流動性能起到積極作用。這是因為鋼渣中類硅酸鹽水泥熟料的礦物的水化活性低，水化慢，因此用鋼渣替代部分水泥可以在一定程度上抑制新拌混凝土坍落度的經時損失。鋼渣粉越細混凝土初始坍落度越小，這是因為比表面積增大后鋼渣微粉本身需水量增大的緣故。混凝土的強度等級越高，鋼渣粉細度對混凝土工作性能的影響越大

5 結語

經過幾十年的努力，鋼渣在水泥混凝土領域的研究應用取得了較大的進展，但還存在不少問題，有待進一步研究，主要為以下幾個方面:(l)盡管鋼渣水泥有較長的研究歷史，但鋼渣粉單獨作為水泥摻合料的研究還很少。而鋼渣粉作水泥混合材應用時，為了提高水泥的強度等級，加人過多的激發劑可能導致混凝土工作性及耐久性降低。有必要對摻有激發劑的含鋼渣混凝土性能作進一步研究。(2)鋼渣粉作為混凝土摻合料的研究也只注重于鋼渣粉的細度及混凝土強度，有關鋼渣粉的水化機理及用鋼渣粉配制混凝土的綜合耐久性的研究還相對較少。(3)現在克服鋼渣粉安定性問題的方法主要是通過加快f-CaO與水反應從而降低鋼渣粉中的仁CaO含量，但在這個過程中鋼渣粉中的部分高活性礦物也會不可避免地參與水化，從而使鋼渣粉的早期水化活性大幅降低，這與鋼渣粉水化活性的提高存在矛盾。如何解決此矛盾，也有待深人研究。

參考文獻

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