磨细矿渣

磨细矿渣（共3篇）

磨细矿渣 篇1

我国是钢铁生产大国, 目前我国粗钢产量已经达到5亿t, 产量位居世界第一。根据计算, 我国每年产生矿渣大约1.5亿t和钢渣大约6 500万t。炼铁高炉排出的熔渣, 经水淬而成的粒化矿渣, 称为粒化高炉矿渣。而磨细矿渣则是一种对粒化高炉矿渣的再加工后形成的具有一定细度、潜在活性的建筑材料。

目前关于磨细矿渣活性的激发手段主要有机械激发与化学激发两种, 机械激发是采用将粒化高炉矿渣磨细到比表面积大于400 m2/kg的手段来提高其活性, 而化学激发则主要有碱激发、硫酸盐激发、有机盐激发三种手段。本文主要研究化学激发作用对提高磨细矿渣活性的影响。

1 原材料

1) 水泥。本试验采用新疆青松建材有限责任公司生产的青松P.O42.5R水泥, 检验依据为GB/T 175-2007通用硅酸盐水泥, 主要性能指标见表1。

2) 磨细矿渣。本试验采用的磨细矿渣为众合汇矿粉厂生产的S75级磨细矿渣, 检验依据为GB/T 18736-2002高强高性能混凝土用矿物外加剂, 主要性能指标见表2。

3) 化学试剂准备见表3。

2 试验方法

本试验中各种化学激发剂均为外掺, 激发剂的种类有生石灰 (Ca O) 、烧碱 (Na OH) 、明矾 (KAl (SO4) 2·12H2O) 、元明粉 (Na2SO4) , 通过制作胶砂试件来观察各种化学激发剂对磨细矿渣活性的影响, 胶砂试件制作方法参照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 。

3 试验结果分析

选择的各类无机物激发剂种类和掺量见表4, 对应的龄期强度见图1。由图1可以看出不同类型的激发剂对磨细矿渣的激发效果是不同的, 相比空白组K1, K2各龄期抗压强度均有增加, 但效果不是特别明显, K3早期强度有所增加, 但后期强度不如空白组, K4, K5各龄期强度均比空白组高, 并且K4相比K5效果更好。

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分析化学激发对磨细矿渣抗压强度的影响主要与各种激发剂水解后电离出来的离子种类有密切的关系。离子种类直接决定了水化产物的种类和数量。K2, K3组中, 激发剂Ca O遇水可生成Ca (OH) 2, 两组中可电离出的离子有Ca2+, Na+, OH-, 其中, Na+对磨细矿渣的影响不大, Ca2+可增加磨细矿渣中的钙含量, OH-可为二次水化提供碱环境, 与Si O2, Al2O3发生二次水化, 生产水硬性产物, 还可以与SO42-生成钙矾石, 从而达到提高早期强度的目的, 但是当Na OH掺量过高时会改变C-S-H凝胶的组成, 并且诱发碱集料反应从而造成磨细矿渣后期强度降低, 另外Ca (OH) 2溶解度不高, 从而电离出的离子也有限, 因此提高磨细矿渣强度的能力也有限。

K4, K5组中, 激发剂可电离出的K+, Na+, Al3+, SO42-, 对磨细矿渣性能影响较大的是Al3+, SO42-, 在碱性环境下, Al3+会发生羟基桥连络合反应而生成多铝核络合物, 最终从浆体中沉淀下来。它起到絮凝作用, 可以分散到胶凝材料水化物之间, 使材料更加密实, 提高其强度。产物之间, 使材料更加密实, 提高其强度。SO42-可与C-S-H以及Al O2-反应生成钙矾石, 还可与水化产物之一的Ca (OH) 2反应结合生成溶解度更高的Ca SO4和Na OH, 从而继续产生碱激发效果。因此K4的抗压强度要高于K5。

4 结语

1) 不同的激发剂对磨细矿渣的激发效果不同, 碱激发效果不如硫酸盐激发效果好。

2) 硫酸盐可以发挥硫酸盐激发与碱激发及两种效果, 明矾 (KAl (SO4) 2·12H2O) 中的Al3+还会有絮凝效果, 因此明矾对磨细矿渣的激发效果最为明显。

摘要：通过试验, 探讨了化学激发作用对磨细矿渣活性的影响, 采用CaO, NaOH, KAl (SO4) 2·12H2O, Na2SO4四种化学试剂, 主要研究了不同化学试剂对磨细矿渣不同的试验效果, 为类似研究奠定了基础。

关键词：磨细矿渣,化学激发,抗压强度

参考文献

[1]唐卫军.钢渣矿渣复合微粉对水泥和混凝土性能影响的实验研究[D].北京:中国地质大学, 2009.

[2]GB/T 18736-2002, 高强高性能混凝土用矿物外加剂[S].

[3]黄快忠, 李相国, 龚明子.物理化学激发对锂渣胶凝材料性能的影响[A].第三届两岸四地高性能混凝土国际研讨会论文集[C].2012:11-16.

[4]Huang Shiyuan.Hydration of ash cement and microstructure of fly ash cement pastes[J].CBI Research, 1981 (2) :81-87.

磨细矿渣 篇2

关键词：矿渣微粉,磨细矿渣,粉煤灰,混凝土

矿渣作为水泥混合材在我国已有40多年的历史, 但20世纪90年代以前, 大多数是将矿渣和水泥熟料一起粉磨, 属粗放型应用。由于矿渣与水泥熟料的易磨性相差很大, 与熟料混磨后的磨细矿渣较粗, 其比表面积为300 m2/kg左右, 在水泥水化时矿渣的活性不能充分发挥。因此, 掺混合材的水泥一般都是早期强度低, 凝结时间长。如将矿渣经过单独粉磨得到矿渣粉, 由于其比表面积达到400 m2/kg 以上, 颗粒较细, 则其活性可以得到充分发挥, 这种颗粒细小的粉磨矿渣就是磨细矿渣 (GGBFS) (矿渣微粉) 。利用磨细矿渣和粉煤灰复合部分取代水泥配制混凝土, 充分发挥二者的“优势互补效应”。不仅节约水泥, 降低成本, 而且变废为宝, 物尽其用, 符合环保和可持续发展的政策。本文利用磨细矿渣和粉煤灰复合部分取代水泥配制混凝土, 并对其性能进行了研究。

1 原材料

1.1 水泥 (C)

天山42.5普通硅酸盐水泥, 其物理性能和化学性能见表1。

1.2 磨细矿渣粉 (K)

磨细矿渣 (Ⅲ级) , 其技术性能指标见表2。

1.3 粉煤灰 (FA)

产地:新疆红雁池电厂, 粉煤灰各项技术指标符合GB/T 1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰规定 (见表3) 。

1.4 砂 (S)

产地:乌鲁木齐市乌拉泊, 砂的各项技术指标符合JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准规定 (见表4) 。

1.5 卵石 (G)

产地:乌鲁木齐市, 卵石各项技术指标符合JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准规定 (见表5) 。

1.6 外加剂

萘系高效减水剂FDN, 普通型, 掺量为0.75%时, 减水率20%, 性能指标符合GB 8076-1997混凝土外加剂一等品要求。

2 磨细矿渣细度 (比表面积) 对混凝土强度的影响

矿渣微粉磨到一定细度 (比表面积) , 才能充分参与水化反应提高活性。磨细矿渣细度大小直接影响磨细矿渣的增强效果, 原则上磨细矿渣细度越大则效果越好, 但要求过细则粉磨困难, 成本大幅度增加。综合考虑磨细矿渣的细度以400 m2/kg～600 m2/kg为佳, 从表6中的试验数据分析磨细矿渣的细度也应为400 m2/kg～600 m2/kg。但实际应用中, 由于矿渣较难磨细, 考虑到磨机效率, 矿渣磨细到400 m2/kg～500 m2/kg已经比较好了。从执行的GB/T 18736-2002标准来看, 只要将磨细矿渣比表面积控制在420 m2/kg～450 m2/kg即可满足标准中Ⅲ级要求。

3 性能试验方法

拌合物性能参照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法。抗压强度试验参照GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法进行。

4 试验结果与分析

1) 单掺粉煤灰。

随着掺量的增大, 混凝土坍落度增加, 但当粉煤灰超过40%时, 混凝土坍落度开始降低。主要原因在于“微集料效应”和“形态效应”。在混凝土中, 粉煤灰的密实填充作用可置换出水泥颗粒间的填充水, 使润滑水量增加。粉煤灰发挥其“形态效应”, 粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“滚珠轴承作用”, 大大改善混凝土的流动性。但掺量超过一定限量后, 由于粉煤灰含量的增多, 粉煤灰颗粒表面需要的吸附水量增加, 因此拌合物的坍落度值降低。混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低。粉煤灰的早期强度发展较慢, 粉煤灰掺量为30%时, 混凝土的7 d抗压强度大约是28 d抗压强度的51%。

2) 单掺磨细矿渣。

随着磨细矿渣掺量的增大, 坍落度表现出与粉煤灰相似的规律。其原因可能与磨细矿渣颗粒呈球形, 且与表面光滑致密有关, 球形、表面光滑致密的磨细矿渣颗粒吸附水较少, 从而表现出一定的减水效应。另外, 由于“微集料效应”, 磨细矿渣的粒径比水泥小, 因此, 填充水泥颗粒间的空隙, 使其密实, 可使在水泥颗粒间的水分得以释放, 成为自由水, 从而提高混凝土的流动性。表现出混凝土的坍落度改善。

单独掺加磨细矿渣的混凝土的坍落度与单掺粉煤灰的混凝土相比, 混凝土的坍落度增加不明显, 粘聚性有增加的可能, 可能对混凝土的泵送带来一定的不利影响。单掺矿渣微粉混凝土的抗压强度随磨细矿渣掺量的增加而降低。混凝土的7 d抗压强度低于空白样, 但7 d抗压强度高于单掺粉煤灰的混凝土的抗压强度, 28 d抗压强度接近或高于空白样, 表现出明显的增强效应。单独掺加磨细掺量为40%, 后期增强效应明显。

3) 磨细矿渣和粉煤灰复合配制混凝土。

掺合料量相同时, 磨细矿渣和粉煤灰复合配制混凝土与单掺磨细矿渣混凝土相比, 混凝土的坍落度明显改善。这是由于充分发挥了磨细矿渣和粉煤灰之间的“工作性能互补效应”。粉煤灰发挥其“形态效应”, 其中富含的球状玻璃体对浆体起到“滚珠轴承作用”, 大大改善混凝土的流动性, 减小泵送阻力, 改善了磨细矿渣的掺入所导致的混凝土粘聚性提高, 使混凝土得到最佳的流动性和粘聚性的组合。掺合料量相同时, 磨细矿渣和粉煤灰复合配制混凝土与单掺粉煤灰混凝土相比, 混凝土的早期强度有所提高。这是由于充分发挥了磨细矿渣和粉煤灰之间的“强度互补效应”。实际应用中, 建议采用磨细矿渣和Ⅰ级粉煤灰复合配制混凝土, 以充分发挥二者的“优势互补效应”, 配制性能更为优异, 同时成本更为经济的混凝土。

5 结语

随着混凝土技术的发展, 对混凝土的耐久性越来越重视, 而配制耐久性混凝土的途径之一就是掺加包括磨细矿渣在内的矿物掺合料。大型立磨矿渣技术在我国的快速发展, 使大量细度在430 m2/kg 左右的磨细矿渣得到广泛应用。磨细矿渣的大量应用, 改变以往仅以粉煤灰为主要掺合料的局面。对于商品混凝土搅拌站而言, 这种磨细矿渣的出现给我们配制混凝土带来了很大的方便, 随着磨细矿渣研究和应用的不断深入, 混凝土质量会逐步改善。同时, 磨细矿渣的应用, 可以克服仅掺粉煤灰时取代水泥量有限的弱点, 可以进一步降低水泥用量, 不仅能改善混凝土耐久性, 同时还能降低混凝土成本, 节约能源, 改善环境。

参考文献

[1]王福元, 吴正严.粉煤灰利用手册[M].北京:中国电力出版社, 1997.

[2]蒋家奋.矿渣微粉在水泥混凝土中的应用的概述[J].混凝土与水泥制品, 2002 (5) :3.

[3]张雄, 韩继红, 李旭峰.矿渣微粉对减水剂效果影响及其作用机理[J].混凝土, 1999 (2) :35-36.

[4]张雄, 吴科如.高性能混凝土矿渣复合掺合料特性与作用机理[J].混凝土与水泥制品, 1999 (4) :52-53.

磨细矿渣 篇3

1 粉煤灰对海工混凝土性能的影响

1.1 抗氯离子渗透性能

粉煤灰的掺入有利于提高混凝土的抗氯离子渗透性,在掺入相同品种粉煤灰的两组试件中,胶凝材料用量和水灰比相同的条件下,粉煤灰掺量为50%的混凝土通过的电量Q值小于粉煤灰掺量30%的混凝土。这是由于粉煤灰的颗粒比水泥细,能够填充到水泥凝胶体的孔隙中,在微观层次上改善了混凝土的密实性,减少较大孔隙的含量,所以使抗渗性提高。

标准养护龄期延长到60 d后,四组掺加粉煤灰的混凝土通过电量值小于标准28 d龄期的试件,说明粉煤灰高性能混凝土初期水化不完全,内部结构密实度较差,适当延长养护龄期,随着大量粉煤灰的二次水化反应进行,生成的大量C-S-H凝胶体填充于孔隙之间,使混凝土的抗渗能力增强。这时,按照ASTM 1202试验方法测定的6 h通过电量均不超过500 C,氯离子渗透的能力属于很低的水平。

总之,在胶凝材料用量大、水胶比低的海工混凝土中,掺入优质粉煤灰有利于改善混凝土的微观结构,提高密实度和抗氯离子渗透能力。在胶凝材料总量、水胶比大致相同的条件下,与未掺矿物外加剂的水泥混凝土相比,掺入30%～50%粉煤灰能使氯离子的渗透能力降低为原来的1/4左右。

1.2 耐腐蚀性能

某科研机构对成型后标准试件养护至60 d龄期的四组粉煤灰高强混凝土试件进行了腐蚀性试验。腐蚀介质分别为Na2SO4饱和溶液和MgCl2饱和溶液两种。将混凝土试件下半部浸泡在溶液中,上半部暴露在空气中,与混凝土结构物实际在海港、水中等环境使用时的水位变化部位的情况相近,腐蚀试验周期为半年。试验结束后测定混凝土试件的质量与抗压强度,与同步进行标准养护的试件相比,求出质量损失与强度比。

粉煤灰掺量为30%～50%的高性能混凝土,经半年时间的腐蚀性试验后,与标准养护至同一龄期的混凝土试件相比,其质量比及强度比都在0.97以上。当粉煤灰掺量达到50%时,质量比与强度比稍有下降,但下降的幅度并不大,质量比和强度比均在0.94以上。

1.3 耐久性

关于掺粉煤灰后混凝土的抗冻安全性问题,世界范围内都进行了大量的研究。质量差的粉煤灰随掺量增加,使混凝土的抗冻融耐久性剧烈降低。但掺用质量较好的粉煤灰同时适当降低水灰比,则可以收到改善冻融耐久性的效果。

美国垦务局对黄尾坝所做的试验结果表明,掺粉煤灰降低了混凝土的耐久性,但90 d时掺与不掺粉煤灰的混凝土抗冻性基本相同。

日本学者的试验研究证明,适量掺用质量符合要求的粉煤灰的混凝土,其抗冻性比不掺粉煤灰的好,但总的趋势分析,随着粉煤灰掺量增加,混凝土抗冻性降低。

中国水利水电科学研究院对粉煤灰混凝土做过系统的研究,证明了在等量取代的条件下,粉煤灰掺量为15%时,混凝土抗冻性可得到改善,但当粉煤灰掺量超过一定范围时,将使混凝土耐久性受到影响。

2 磨细矿渣对海工混凝土性能的影响

2.1 抗氯离子渗透性能

在胶凝材料用量较大、水胶比较低的海工混凝土中,掺入适量的较细的矿渣颗粒有利于改善混凝土的微观结构,提高密实度和抗氯离子渗透的能力。

2.2 耐腐蚀性能

某研究机构在混凝土试件标准养护28 d后,放入侵蚀介质(10%Na2SO4溶液或27%MgCl2溶液)中进行浸泡试验,侵蚀龄期为30 d,90 d,180 d,360 d,在每个侵蚀龄期时,分别测定侵蚀前后试件质量和抗压强度的变化。抗压强度变化的测定采用与水中养护至同龄期试件相对比强度的方法。矿渣混凝土配合比见表1,耐久性试验结果见表2。

上述试验结果表明,试件在10%Na2SO4溶液或27%MgCl2溶液中浸泡360 d,均无质量损失,强度因水泥继续水化还稍有增加,高性能及基准混凝土结构致密,均显示出良好的抗侵蚀性能。

2.3 耐久性

混凝土的抗冻融性能是混凝土耐久性的一项重要指标,可以间接地反映混凝土抵抗环境水侵入和抵抗冰晶的能力。有试验表明,掺磨细矿渣的高性能混凝土经500次快冻循环后,其动弹性模量保持在93%以上,表明具有很高的抗冻性能。而对比用的基准混凝土仅冻至200次,动弹性模量就降至88.4%,225次降至79.9%。

3 粉煤灰、磨细矿渣在青岛海湾大桥第十合同段的应用

青岛海湾大桥在总结以往跨海大桥经验的基础上,进行了大量的科学研究试验,为保证大桥耐久性良好,在混凝土配合比设计中采用双掺的方法,即采用粉煤灰和磨细矿渣作为掺合料,大幅度提高混凝土内部结构致密性,降低混凝土渗透性。

1)本工程要求采用粉煤灰达到Ⅰ级品标准,磨细矿渣粉达到S95标准。经检验,所用材料符合要求。

2)表3为青岛海湾大桥第十合同段采用的混凝土配合比;表4是相对应混凝土工作性和28 d抗压强度情况;表5是相对应混凝土抗氯离子渗透性及耐久性指标。

由上面的数据我们可以看出,在工作性及强度达到要求的情况下,掺加粉煤灰、磨细矿渣的水泥混凝土很容易达到海工混凝土要求,其氯离子扩散系数指标平均值仅为设计值的50%左右,电通量指标平均值为设计值的60%～80%,冻融循环后相对耐久性指标远远大于设计值。

摘要：重点研究了粉煤灰和磨细矿渣对海工混凝土性能的影响,通过粉煤灰和磨细矿渣在青岛海湾大桥第十合同段的应用,说明了在工作性及强度达到要求的情况下,掺加粉煤灰和磨细矿渣的水泥混凝土很容易达到海工混凝土要求。

关键词：粉煤灰,磨细矿渣,海工混凝土,耐久性

参考文献

[1]姚燕,王玲,田培.高性能混凝土[M].北京:化学工业出版社,2006:287-305.

[2]马宝国.新型泵送混凝土技术及施工[M].北京:化学工业出版社,2006:30-31.

[3]江丽珍.用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[4]王巧瑞,张辉.矿渣微粉和磨细粉煤灰双掺混凝土的试验应用[J].山西建筑,2007,33(5):161-162.