鋼渣配料對水泥熟料的物理性能及水化產物的影響

吳春麗 張文生 汪智勇(中國建筑材料科學研究總院，綠色建筑材料國家重點實驗室，北京 100024)

鋼渣配料對水泥熟料的物理性能及水化產物的影響

吳春麗 張文生 汪智勇(中國建筑材料科學研究總院，綠色建筑材料國家重點實驗室，北京 100024)

針對鋼渣作為水泥原料燒制熟料的問題，本文采用實驗室試燒的方法，研究了鋼渣配料對水泥熟料易燒性、物理力學性能以及安定性的影響。并通過XRD、DTA-TG等測試方法研究了各組水泥水化產物的組成。實驗結果表明：摻加鋼渣配料能夠改善生料的易燒性；摻加適量的鋼渣不會影響水泥熟料的強度；摻加不同量的鋼渣沒有給水泥的水化產物的組成帶來明顯改變。

鋼渣；水泥熟料；性能

目前水泥生產上已經開始運用鋼渣作為生料的原料燒制水泥熟料并在其中的某些企業取得較好的效果[1-5]。能顯著改善生料的易燒性并且對降低熟料燒成溫度有利，促進了阿利特礦物的形成。馬保國[6]等也認為:在生料中摻入鋼渣不僅可以降低硅氧率,明顯減少f-CaO含量，提高熟料質量，而且能夠降低環境負荷,具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益。

但關于鋼渣作為水泥原料燒制熟料對水泥性能的影響研究較少，本研究主要介紹有關實驗室試燒的情況，包括摻加鋼渣所制備水泥熟料的燒制及相應的水泥熟料的物理性能及水化產物的組成分析等。

1 原料分析

實驗室用石灰石、粘土、鐵粉等原料均采用工業原料。所摻加的鋼渣為國內某煉鋼廠鋼渣。原料的化學成分見表1，鋼渣的礦物組成見圖1。

從圖1（a）、（b）可以看出，兩組鋼渣的礦物組成均以Alite、Belite、C11A7·CaF2為主。另外還含有一些低熔點礦物如RO相、C2F和少量的f-CaO和石英等。所不同的是a組鋼渣中的RO相和C2F的衍射峰強度較高。而b組鋼渣中的Alite和Belite的衍射峰較為明顯。也即a組鋼渣礦物以低溫礦物為主，而b組鋼渣含高溫礦物稍多。

2 試驗方案

采用上述原料進行配料，兩種不同鋼渣分別外摻，設定有兩個摻量，分別是：3%、6%。本實驗采用了同一率值進行配料。各組配料的率值和潛在礦物組成見表2，具體配料方案見表3。

表1 原料的化學成分(w%)

表2 各組配料的率值和潛在礦物組成

表3 各組配料方案（w%）

3 熟料的制備及測試分析

先將各種原材料按設定比例配料，每組各6kg，在混料機中混料60min，然后將混勻的生料加水10.0w%，壓制成φ80×15mm生料片，烘干后在升降電爐中于1450℃煅燒1小時，在空氣中急冷。并用乙二醇法分析f-CaO含量。按GB/T17671-1999作力學性能檢驗，GB/T1346-2001進行標準稠度需水量和安定性檢驗。

圖1 兩組不同粒徑鋼渣的XRD圖譜

4 生料的易燒性

對摻鋼渣和未摻鋼渣各組生料進行易燒性分析，乙二醇法分析f-CaO含量。各組熟料f-CaO含量如表4和圖2所示。

表4 各組熟料f-CaO含量（w%）

圖 2各組熟料f-CaO含量（w%）

從表4和圖2可以看出，摻鋼渣各組熟料的f-CaO含量在1350℃以上均比空白未摻鋼渣組低。其中A3組最低，A1、A4組次之，A2組稍高。也即摻加鋼渣均能改善生料的易燒性。其中摻加6%的a組鋼渣對改善生料的易燒性最有利。

5 熟料的物理力學性能

對燒成熟料進行了f-CaO含量測定，各組f-CaO含量都小于1.5w%，將所燒制的熟料破碎，加5.0%石膏在φ350mm錐形球磨機中磨制成水泥，熟料的比表面積和力學性能的測試結果見表5。

表5 各組熟料的物理力學性能

對表5熟料的強度作圖如圖3，其中圖3(a)為不同齡期的抗折強度，圖3(b)為不同齡期的抗壓強度。

圖3 各組熟料不同齡期的強度

從圖3(a)中可以看出，對于抗折強度，A2組的3d強度較低，而各組熟料的28d強度大致相當。

從圖3(b)中可以看出，對于抗壓強度，3d、28d兩個齡期A1和A3組的強度都較低，在3d齡期時A1和A3組強度約比其它組的強度低 2～4MPa，在28d齡期時約低7-9MPa；A2和A4兩個摻鋼渣組3d和28d齡期的強度和對比組大致相當。這說明鋼渣種類對熟料的強度有顯著影響，高溫礦物含量較多的鋼渣對熟料強度增長有利；但適當的摻量不會降低熟料的強度；

6 結 語

1）對于易燒性而言，摻加鋼渣組f-CaO含量均比未摻加鋼渣組f-CaO含量低，其中摻加6%的a組鋼渣的f-CaO含量最低。也即摻加兩組不同種類和摻量的鋼渣均能改善生料的易燒性，摻加6%的a組鋼渣對改善生料易燒性最有利。

2）摻加不同量和種類的鋼渣所制備熟料的強度有明顯差異，摻加適當摻量的鋼渣有利于熟料的燒成，并且對熟料的強度沒有影響；而摻加不適當摻量鋼渣的有利于熟料的燒成，但是會降低熟料的強度。

[1]李彬，許玉真 采用鋼渣替代鐵礦石配料生產硅酸鹽水泥熟料 [J]水泥，2008（4）：24～25

[2]李明緒,申士富,匡世勇．鋼渣配料煅燒水泥熟料的研究[J]．國外金屬礦選礦,2002,(8):37-38．

[3]袁福海 鋼渣配料在五級旋風預熱器窯上試生產水泥熟料[J]水泥，2003（5）：15～16

[4]張天飛 利用鋼渣配料生產水泥熟料 [J]福建建材，1999．4 48～49．

[5]鄒偉斌,張頌蛟1 利用鋼渣、還原渣配料煅燒高強水泥熟料[J ]1山西建材,2000，(3):22～25

[6]馬保國,許嬋娟,蹇守衛,等．鋼渣在水泥熟料燒成中的作用及其機理[J]．武漢理工大學學報,2005,(1):1-3．

Effect of steel slag used as raw material on physical properties and hydration products of cement clinker

In this paper, the effect of steel slag as raw material on the burning resistance, physical mechanical properties and stability of cement clinker was studied by means of DTA-TG, XRD and other test methods．The results show that the burnability of raw material with steel slag can be better; Adding proper amount of steel slag will not affect the strength of clinker and the hydration products of cement will not change significantly．

steel slag；clinker；optical microscopy

TQ172．44文獻辨識碼：B

1003-8965(2017)03-0049-02