礦渣鋼渣發泡混凝土的制備及反應機理

摘要：

為了實現高爐礦渣、轉爐鋼渣的高附加值綜合利用，以水淬高爐礦渣和轉爐鋼渣為主要原料，加入少量的脫硫石膏、石灰和水泥熟料，通過鋁粉發氣制備發泡混凝土。測試了不同礦渣鋼渣摻量制備的發泡混凝土制品3、7、28 d的抗壓強度和容重，并用掃描電子顯微鏡和X 射線能譜儀分析了發泡混凝土制品養護過程中的水化產物和微觀結構的變化。結果表明，鋼渣摻量為30%、礦渣摻量為45%時，兩者的協調性比較強，制品的抗壓強度達到51 MP絕干容重為625 kg/m3；該凝膠體系中有鈣礬石和C-S-H凝膠協同生成，且轉爐鋼渣的水硬活性明顯低于水淬高爐礦渣。

關鍵詞：

礦渣 ；鋼渣 ；發泡混凝土 ；水硬活性； 鈣礬石

中圖分類號：

TU5283

文獻標志碼：A

文章編號：16744764（2014）04009806

發泡混凝土是一類免蒸免燒的多孔墻體材料，既可以現場澆注硬化，也可以預制成砌塊板材，具有輕質、隔熱、隔音等優良性能[1]。但具有較低體積密度的同時具有較高強度的發泡混凝土一般采用高強度等級普通硅酸鹽水泥，經泥漿打泡后常壓養護而成，有時甚至需要加入椒脂或纖維等進行增強[23]。因此，與蒸壓加氣混凝土相比，目前制備方法所生產的優質發泡混凝土在制造成本和減排CO2等方面優勢并不明顯。

轉爐鋼渣一般具有CaO和MgO含量高的特征，其堿度往往超過硅酸鹽水泥熟料。且其SiO2+Al2O3含量很低，一般低于15%，因此，其為形成C-S-H凝膠提供硅氧四面體的潛能比水泥熟料低很多。再加上鋼渣中常含有引起硬化后的混凝土膨脹的游離氧化鈣、游離氧化鎂、RO相等，使其在建材領域的應用長期受到制約[45]。目前，中國每年轉爐鋼渣約1億t，而利用率不到30%，給鋼鐵企業造成巨大壓力[67]。高爐水淬礦渣中的SiO2+Al2O3的質量分數一般在50%左右，CaO+MgO的質量分數也在50%左右，其堿度系數接近于1。將礦渣微粉用于混凝土，其為形成C-S-H凝膠提供硅氧四面體的潛能是水泥熟料兩倍以上，是鋼渣的3倍以上。在常溫養護的混凝土中礦渣大部分不能參與水化反應，而是以活性摻合料的火山灰活性反應和微集料效應的雙重作用對混凝土的強度和耐久性產生貢獻[8]。

喬歡歡等[9]實驗結果表明發泡混凝土的性能不僅與孔隙率有關，還與基體材料中摻合料的種類有關。熊傳勝等[10]以鋼渣和粉煤灰為摻合料研制水泥基發泡混凝土，發現鋼渣粉與粉煤灰復合取代水泥時可以得到良好的效果。鄭念念等[11]制備出摻有聚丙烯纖維的高性能大摻量粉煤灰發泡混凝土。本文擬采用比常規商品礦渣粉更細，通過粉磨和采用鋼渣、脫硫石膏多重激發礦渣活性，并在高于室溫的養護條件下（工業上可采用鋼渣冷卻的余熱）制備發泡混凝土。以期實現礦渣、鋼渣和脫硫石膏三者的活性互相激發，發生深度水化反應，來制備發泡混凝土。使所制備的發泡混凝土具有使用極低的水泥熟料，而強度、體積密度和耐久性又能達到蒸壓加氣混凝土的水平，即為大量利用冶金固體廢棄物，減排CO2和降低成本方面有所突破，又為充分發揮鋼渣、礦渣和脫硫石膏的各自特征，提高利用潛能和效益提供新的思路。陳偉，等：礦渣鋼渣發泡混凝土的制備及反應機理

1試驗方法

11實驗原料

實驗所用原料主要有轉爐鋼渣、高爐礦渣、天然石膏、水泥熟料和石灰。

111高爐礦渣實驗用的礦渣為北京首鋼股份有限公司的水淬高爐礦渣，使用之前將其粉磨至勃氏比表面積為530 cm2·g-1左右，主要化學成分分析結果見表1，XRD分析結果見圖1：