鋼渣激發磷石膏基水泥組分優化研究

張 羅

(武漢建筑材料工業設計研究院有限公司,湖北 武漢 430070)

磷石膏基水泥是以未經鍛燒處理的磷石膏為主要原料,通過添加鋼鐵工業的高爐水淬礦渣和少量堿性激發劑而開發出一種新型低能耗的水硬性膠凝材料。原料的組分是水泥性能的決定性因素,較大的比表面積能加快水泥的水化反應速度,各種礦物的摻量決定了磷石膏基水泥的水化環境,決定了水泥的強度。因此,研究各種原料的比表面積和摻量對水泥性能的影響,優化水泥原料組分具有重要的意義。

1 各原料比表面積對水泥性能的影響

1.1 礦渣比表面積對水泥性能的影響

本次研究以武漢鋼鐵有限公司粒化高爐礦渣粉為研究對象,其勃氏比表面積為399.5m2/Kg。礦渣粉中CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2平均含量分別為36.08%、8.18%、17.02%、2.14%、33.98%。各試樣按固定比例(磷石膏45%、礦渣35%、石灰石10%、鋼渣10%)配比,當比表面積由399m2/kg提高655m2/kg,28d抗壓強度由30MPa提高到41MP,凝結時間逐漸縮短。

1.2 石灰石粉磨細度對水泥性能的影響

各試樣按固定比例(和上述相同,礦渣比表面積396m2/kg)配料。結果表明,隨著石灰石比表面積的增加,試樣的3d和7d強度小幅上升,28d強度變化不大,抗折強度隨水化齡期的發展規律發生變化。

1.3 磷石膏比表面積對水泥性能的影響

各試樣按固定比例(和上述相同)配料,混合后測定其膠砂強度、標準稠度、安定性和凝結時間。結果表明,隨著磷石膏比表面積的增加,試樣的3d、7d、28d抗壓強度先增幅明顯,當磷石膏的比表面積大于525m2/kg時試樣的強度提高不明顯,當磷石膏比表面積為624m2/kg時各齡期強度達到峰值。

2 各原料摻量對水泥性能的影響

2.1 礦渣摻量對水泥性能的影響

磷石膏、鋼渣、石灰石、礦渣的比表面積分別為669m2/kg、532m2/kg、660m2/kg、399m2/kg,將其混合后測量水泥的性能。磷石膏、鋼渣配比摻量固定為45%、5%,礦渣從25%到40%逐漸增加,石灰石從25%到10%逐漸減少,標準稠度穩定,安定性合格,初凝時間變長而終凝時間穩定。當礦渣由25%增至30%時,各齡期的抗折強度均增幅明顯。

2.2 鋼渣摻量對水泥性能的影響

將磷石膏、礦渣配比摻量固定為45%、35%,當鋼渣在5%-10%之間逐步增加時,3d、7d抗折和抗壓強度均有不同程度增加,而28d變化較小；當鋼渣大于10%時,3d、7d、28d抗折和抗壓強度均下降明顯,摻量過小影響早期強度的發揮,過大則使后期強度下降明顯。

2.3 石灰石摻量對水泥性能的影響

將磷石膏基水泥中的鋼渣、礦渣摻量固定為5%、40%,石灰石在15%～40%范圍內逐步增加,磷石膏則隨之減少,試樣的3d、7d、28d強度增幅較小,各齡期抗壓強度變化亦不明顯,石灰石摻量的變化對3d、7d、28d強度的影響不大,凝結時間呈明顯縮短,標準稠度變化不大,安定性合格。

2.4 磷石膏摻量對強度的影響

將礦渣、鋼渣、石灰石的比例固定為3.5∶1∶1,與不同比例的磷石膏混合。結果表明,隨著磷石膏摻量逐步增加,各齡期的抗壓、抗折強度均有下降,標準稠度增幅明顯。當磷石膏摻量在25%～45%之間時,3d、7d抗壓強度有小幅度的下降,28d抗壓強度基本不變。當磷石膏摻量在35%～45%之間時,7d、28d抗折強度基本不變；大于45%時,試樣的抗折強度下降明顯。

3 鋼渣激發磷石膏基水泥組分優化

3.1 各原料比表面積優化

增加礦渣比表面積,可使試樣降低標準稠度、縮短凝結時間,各齡期強度增加明顯。增加石灰石比表面積,標準稠度提高,小幅增加3d、7d強度,基本不影響凝結時間和28d強度。提高磷石膏比表面積,可使試樣略微降低標準稠度,初凝時間無影響,終凝時間增加；當磷石膏比表面積為640m2/kg時,各齡期強度達到峰值；大于884m2/kg時,強度卻下降。

3.2 各原料摻量優化

提高礦渣摻量,水泥的28d強度提高明顯,3d、7d強度不明顯。提高鋼渣摻量,試樣的3d、7d強度提高明顯,但當鋼渣摻量大于10%時28d強度下降明顯。石灰石可促進磷石膏基水泥縮短凝結時間、提高1d強度,但3d、7d、28d強度作用不大。當磷石膏摻量在25%～45%范圍內時,3d、7d強度有所下降,28d強度基本不變。當原料根據優化比表面積粉磨后,按磷石膏、鋼渣、礦渣、石灰石摻量分別為45%、5%～10%、40%、10%進行配料,可制備3d抗壓強度約5Mpa、7d抗壓強度20Mpa、28d強度超過40MPa的磷石膏基水泥。

4 結語

鋼渣激發磷石膏基水泥組分優化多限于試驗階段,在實際工藝中需考慮生產過程中的經濟和時間成本,比如礦渣粉磨比表面積超過400m2/Kg后,粉磨電耗顯著增加,因此要優先考慮其他優化措施。