鋼渣的安定性和提高其在混凝土中活性的研究

本文研究鋼渣的物相組成及活性，鋼渣中游離氧化鎂和氧化鈣含量的測定，不同養(yǎng)護方法對鋼渣和摻鋼渣復(fù)合膠凝材料的水化過程。取得成果為：鋼渣組成決定其早期活性較水泥差，28d前水化速率遠小于水泥，28d后增大，360d非揮發(fā)水含量為16.21%。鋼渣水化放熱速率2h內(nèi)大于水泥，2h后大幅下降，50h后接近零。標準養(yǎng)護鋼渣水化產(chǎn)物主要為水化硅酸鈣、氫氧化鈣和鈣礬石，惰性RO相等。CaO?aFeO1.5?bMnO2體系的三組分f-CaO中存在的相不同，有CaO、Ca2Fe2O5和Ca3Fe1.5Mn1.5O8；其中CaO常溫36h即完全水化；Ca2Fe2O5和Ca3Fe1.5Mn1.5O8壓蒸3h僅部分水化，抑制了CaO水化活性，它們水化反應(yīng)固相體積膨脹率分別為43%和52%，在f-CaO中分別呈枝狀和無規(guī)則分布。二是發(fā)現(xiàn)用乙二醇－EDTA滴定結(jié)合差熱分析法測定鋼渣中f-CaO含量；碳化法測定鋼渣中活性氧化鎂含量；氯化銨－乙二醇－乙醇測定鋼渣中游離氧化鎂含量。三是隨鋼渣摻量的增加，鋼渣水泥復(fù)合膠凝材料的早期水化放熱速率降低，放熱量減少。鋼渣摻量0%、20%和30%時，復(fù)合膠凝材料水化由晶體成核與晶體生長到相邊界反應(yīng)再到擴散反應(yīng)。摻15%、30%、45%和60%鋼渣的復(fù)合膠凝材料3d活性指數(shù)為0.82、0.67、0.33、0.03，90d為0.94、0.86、0.66、0.24。摻5%納米二氧化硅的復(fù)合膠凝材料3d、7d和28d抗壓強度分別提高48.5%、45.4%和30.7%；摻3%碳酸鈣和2?SO4?2H2O的3d和28d抗壓強度提高59.9%和17.8%。摻玻璃纖維或玄武巖纖維復(fù)合膠凝材料壓蒸膨脹率減小29.36%。四是摻30%鋼渣高溫養(yǎng)護3d的復(fù)合膠凝材料中化學結(jié)合水量和Ca(OH)2含量比標準養(yǎng)護提高40.6%和25.0%；60℃碳化7h養(yǎng)護其3d、7d和28d抗壓強度提高63.94%、25.55%和11.79%。30%預(yù)碳化處理鋼渣粉制備的膠凝材料3d非揮發(fā)水含量是未碳化的2.2倍，膠凝材料28d化學結(jié)合水量增加18.18%；3d，7d，28d抗壓強度增加25.51%，21.55%和5.83%，對應(yīng)的抗折強度增加18.90%，16.01%和10.91%；試件膨脹率減少71.64%。堿性養(yǎng)護鋼渣硬化漿體7d、28d抗壓強度高于普通養(yǎng)護，90d，360d低于普通養(yǎng)護。

鋼鐵工業(yè)廢棄物鋼渣年產(chǎn)生量大，但因其活性差、早期強度低，存在安定性問題一直未能實現(xiàn)大摻量大規(guī)模利用,因此必須解決鋼渣活性差、水化后體積膨脹的缺點。本研究的內(nèi)容是鋼渣的基本性質(zhì)與其活性、安定性之間關(guān)系的明晰，找出影響鋼渣活性的因素，明晰鋼渣早期強度低的原因，確定鋼渣中游離氧化鎂和游離氧化鈣的測定方法，明晰鋼渣和鋼渣在混凝土中的水化膨脹機理，鋼渣粉成分、比表面積和粒度分布對其活性的影響機理和規(guī)律；各類活性激發(fā)劑對鋼渣活性的影響，建立鋼渣安定性評價方法和標準的數(shù)學模型，開發(fā)出高效的鋼渣早強激發(fā)劑；解決鋼渣粉、鋼渣和礦渣復(fù)合粉配制混凝土的合理摻量、所配混凝土的工作性能和耐久性能。為鋼渣粉、鋼渣和礦渣復(fù)合粉大摻量應(yīng)用提供依據(jù)，為配制出性能良好的鋼渣細集料混凝土提供依據(jù)，提高鋼鐵工業(yè)固體廢棄物資源化的利用水平，符合《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》環(huán)境領(lǐng)域的綜合治污與廢棄物循環(huán)利用優(yōu)先主題規(guī)定。

轉(zhuǎn)爐鋼渣微粉化處理是鋼渣綜合利用的主要途徑之一，然而轉(zhuǎn)爐鋼渣易磨性差。本項目提出了轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化的新思路，主要研究了SiO2改質(zhì)對轉(zhuǎn)爐鋼渣礦相變化和C2S相優(yōu)勢析出的影響、轉(zhuǎn)爐鋼渣中C2S相晶型轉(zhuǎn)變的溫度控制、渣中固溶離子對C2S相晶型轉(zhuǎn)變的影響、SiO2改質(zhì)轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化和實際轉(zhuǎn)爐鋼渣高溫改質(zhì)還原自粉化。本項目的研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化效果與鋼渣中C2S的含量成正比，通過SiO2改質(zhì)，控制轉(zhuǎn)爐鋼渣堿度范圍R=2.3~3.1左右，渣中C2S可優(yōu)勢析出，有利于鋼渣實現(xiàn)自粉化；同時通過溫度調(diào)節(jié)，可控制渣中C2S相各晶型的轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)爐鋼渣中的P、Cr、V均會抑制C2S相晶型轉(zhuǎn)變，特別是轉(zhuǎn)爐鋼渣中P2O5含量大于0.5%時，鋼渣一般不能自粉化，因此實際轉(zhuǎn)爐鋼渣要實現(xiàn)自粉化還需進一步進行還原脫磷處理，而將轉(zhuǎn)爐鋼渣高溫熔融改質(zhì)有利于還原脫磷及鋼渣自粉化。通過本項目研究，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐鋼渣高溫改質(zhì)完全還原自粉化，研究成果能大大推動轉(zhuǎn)爐鋼渣的微粉化及大宗量循環(huán)利用。 2100433B

轉(zhuǎn)爐鋼渣微粉化是鋼渣資源化大宗量利用的有效途徑之一，然而制約鋼渣微粉化的主要問題是其易磨性差。本項目申請依據(jù)于項目組前期的工作積累和發(fā)現(xiàn)，分析了問題存在的根本原因，提出通過促進轉(zhuǎn)爐鋼渣相演變和自粉化以解決此難題的新思路，研究包括轉(zhuǎn)爐鋼渣中硅酸二鈣相（C2S）的優(yōu)勢析出；C2S析出相由β向γ相的演變和C2S相演變與轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化關(guān)系三個方面。研究集中在析出和演變的機理以及其實現(xiàn)條件等基礎(chǔ)科學問題，運用經(jīng)典的冶金、材料科學理論，結(jié)合SEM, XRD, EBSD等現(xiàn)代分析測試技術(shù)，來解決研究過程中遇到的科學難題。項目的目標是降低轉(zhuǎn)爐鋼渣粉磨耗能，改善其易磨性，為實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐鋼渣的高效循環(huán)利用提供科學依據(jù)和相應(yīng)的參數(shù)。

本項目選擇鋼渣作為導(dǎo)電相材料，以鋼渣取代普通混凝土中的粗、細骨料以及摻和料制備具有機敏特性的混凝土，重點研究鋼渣的排放與冷卻工藝、鋼渣的化學組成和礦物組成對鋼渣混凝土的導(dǎo)電性、壓敏和溫敏等機敏特性的影響規(guī)律及其機理，同時研究鋼渣機敏混凝土的力學性能及電熱特性。通過調(diào)整鋼渣的排放與冷卻工藝，使其更適合于配制導(dǎo)電、機敏混凝土，并研究鋼渣混凝土的導(dǎo)電性與機敏性隨環(huán)境和應(yīng)力的變化規(guī)律。.鋼渣機敏混凝土是一種集承載性與導(dǎo)電、壓敏和溫敏特性為一體、高性能價格比的新型建筑材料，對我國冶金、建材工業(yè)所面臨的資源、能源、環(huán)境等嚴峻形勢的改善，具有重要的意義。 2100433B