安定性良好的高活性钢渣制备及其性能研究

发布时间：2020-07-12 15:16

【摘要】：钢渣的矿物组成跟水泥相似,但是由于钢渣中存在化学组成波动大、胶凝活性低和体积安定性差等问题,严重制约了钢渣的大规模使用。目前,钢渣的在线重构是研究的热点,课题通过使用FactSage热力学软件对重构钢渣中主要矿物的生成进行了模拟,然后在实验室基础上通过添加调质组分来实现钢渣的重构,研究不同工艺参数对重构钢渣胶凝活性和安定性的影响规律,探究重构钢渣的形成机理,最终获得安定性良好的高活性钢渣,为钢渣的在线重构提供理论基础及数据支撑。结果显示在相同硅铝比(S/A)下,钙硅比(C/S)较大的重构钢渣的胶凝活性较好;在相同C/S下,S/A较小的重构钢渣的胶凝活性较好;当C/S和S/A都不同时,S/A较小的重构钢渣胶凝活性较好;随着煅烧温度的升高,重构钢渣的胶凝活性逐渐增强;随着保温时间的增长,重构钢渣的胶凝活性呈先增长后稳定的趋势;水淬急冷得到的重构钢渣的胶凝活性较好。参照普通硅酸盐水泥熟料相图配料煅烧得到的重构钢渣均可满足GB/T 20491-2006中一级钢渣粉的要求,且安定性均合格。采用X射线衍射及金相显微镜对重构钢渣的矿物组成及微观结构进行研究,结果表明在相同S/A下,随着C/S的增大,重构钢渣中β型硅酸二钙(β-C2S)、硅酸三钙(C3S)、铁酸二钙(C2F)以及铁酸镁(MgFe2O4)的生成量会逐渐增多;在相同C/S下,随着S/A的减小,重构钢渣中的液相量会增多,其C3S及铁铝酸四钙(C4AF)的生成量也会增多;随着煅烧温度的升高,重构钢渣中的β-C2S及C3S矿物的生成量会逐渐增多。采用水泥及混凝土水化热微量热仪对重构钢渣进行水化热测试,结果表明当重构钢渣中胶凝活性矿物较多时,其放热总量较多,胶凝活性较好。采用同步热分析仪对重构钢渣的形成动力学进行研究,结果表明重构钢渣中RO相的转化以及C2F、C2S、C3S的成矿均符合一级反应模型,且在相同C/S下,随着S/A的减小,重构钢渣中液相量的增多更有利于胶凝活性矿物离子的扩散,为钢渣重构提供了良好的动力学条件,其表现为RO相的转化活化能及C2F、C2S、C3S的表观活化能降低。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ172.44;X757
【图文】：

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2.1 实验原料分析及设备钢渣采用唐山某钢厂的转炉钢渣，水泥采用湖北某水泥厂的普通硅酸盐水泥，调质组分为生石灰、粉煤灰和矿渣，调质组分均来自唐山某工厂，其化学组成见表1，XRD 图谱见图 1~图 4。表 1 原料的化学组成Table1 The chemical composition of raw materials名称 CaO/wt% SiO2/wt% Al2O3/wt% Fe2O3/wt% FeO/wt% MgO/wt% 其他/wt%唐钢 41.40 14.96 0.84 7.90 13.53 5.49 15.88水泥 62.60 21.35 4.67 3.31 — 3.08 4.99生石灰 94.45 — — — — — 5.55粉煤灰 6.82 51.41 26.74 5.29 — 0.87 8.87矿渣 38.20 28.64 14.60 0.42 — 10.82 7.32

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图 3 生石灰、粉煤灰的 XRD 图谱图 4 矿渣的 XRD 图谱Fig.3 XRD patterns of quicklime and fly ash Fig.4 XRD pattern of slag表 1 为原料的化学组成，由表 1 可以看出，钢渣的化学组成跟水泥熟料相似，是两者之间的钙硅比（C/S）和硅铝比（S/A）不同，铁氧化物含量也不相同，而导致两者生成的矿物不同，其胶凝活性也不相同。钢渣的 C/S 为 2.77、S/A 为.81，而水泥的 C/S 为 2.93、S/A 为 4.57，因此，要想提高钢渣的胶凝活性，可将重构钢渣中加入一些钙硅铝质调质组分来调节钢渣中的 C/S 和 S/A。生石灰中 CaO 含量能够达到 94.45%，可以作为钙质调质组分加入到钢渣中；粉煤灰中iO2及 Al2O3的含量较多，因而可以作为硅铝质调质组分加入到钢渣中；矿渣中aO、SiO2及 Al2O3的含量都较高，因而可以作为钙硅铝质调质组分加入到钢渣。同时考虑到工业固体废弃物的综合利用，可以将一些富含钙硅铝质的工业固体弃物作为调质组分加入到钢渣中，在提高重构钢渣胶凝活性的同时还能够提高资的利用率，因此，实验选取生石灰、粉煤灰和矿渣作为钙硅铝质调质组分。图 1 是钢渣的 XRD 图谱，由图 1 可以看出实验中所用钢渣的主要矿物为赤铁

【参考文献】