几种激发剂对钢矿粉活性影响的研究*

於林锋，林茂松，王 琼

(上海市建筑科学研究院，上海200032)

钢渣是炼钢过程中产生的副产物，产量约为粗钢产量的15% ～20%［1］。其化学成分与水泥熟料类似，具有一定的水硬性。但由于钢渣生成温度更高，其中C3S和C2S等活性组分结晶致密，晶粒较大，水化活性偏低，钢渣微粉单独作为掺合料的资源化利用技术尚不成熟，目前大多采用钢渣与矿渣复配钢矿粉进行生产与应用。

选用合适的激发剂对钢矿粉活性进行活化处理，可提高钢渣在钢矿粉中的掺量及产品的性能，对钢渣综合利用的规模化推广具有重要意义。已有的研究较多集中在钢渣激发剂对其活性的影响方面，而对钢矿粉复合掺合料激发剂的研究较少［2-5］。本文研究几种激发剂对钢矿粉活性的影响，为合理配制复合激发剂提供依据。

1 试验方法

1.1 原材料

(1)钢渣粉由上海海笠新型建材有限公司提供，S95矿粉由上海宝田新型建材有限公司提供，其化学组成见表1。(2)基准水泥由曲阜中联水泥有限公司提供。(3)氢氧化钠、氧化钙、半水石膏、二水石膏、硫酸钠、明矾6种市售常用激发剂由上海国药集团化学试剂有限公司提供。

表1 钢渣粉、矿渣粉的主要化学成分/%

1.2 试验方法

钢渣粉与矿渣粉按3:7比例复配钢矿粉，各激发剂按一定掺量以内掺方式取代钢矿粉，参照《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046-2008)测定试样3d、7d、28d抗压强度，并与基准水泥对比，采用活性指数表征激发剂的改性效果。

2 结果与讨论

2.1 氢氧化钠对钢矿粉的激发作用

图1 氢氧化钠对钢矿粉的激发效果

由图1可知，与不掺激发剂的钢矿粉相比，随着氢氧化钠掺量的增加，其3d、7d、28d抗压强度活性指数均先提高再降低。氢氧化钠的加入为钢矿粉的水化提供碱性环境，直接破坏钢渣中玻璃体的网络结构，释放出硅(铝)氧四面体等活性组分，加速水化反应进程。其中掺量在0.03%时，氢氧化钠对钢矿粉28d抗压强度活性的激发效果最好，达到96%。但当胶凝体系中碱含量过量时，多于的OH-将以氢氧化钙等形式结晶富集，降低其力学性能，这对结构早期强度的影响尤为明显。氢氧化钠的掺量不宜过大，当掺量超过0.03%时，3d活性指数显著降低，当掺量超过0.18%时，试样的28d活性指数也降至基准组以下，氢氧化钠作为钢矿粉活性激发剂的最佳掺量是0.03%。

2.2 氧化钙对钢矿粉的激发作用

图2 氧化钙对钢矿粉的激发效果

由图2可知，当氧化钙掺量在0.15%时，7d活性指数从未加激发剂的86%提高到91%，28d活性指数从未加激发剂的93%提高到101%，达到最大值。氧化钙对钢矿粉的水化促进作用主要体现在氧化钙水化为钢矿粉提供碱性环境;钙离子与钢矿粉中的硅(铝)氧四面体等反应生成C-S-H凝胶;氧化钙水化放热提高胶凝体系温度。当氧化钙掺量小于0.6%时，其对钢矿粉3d、7d、28d活性指数均具有积极的激发作用。所以，氧化钙的掺量应控制在0.6%以内，最优掺量为0.15%。

2.3 半水石膏对钢矿粉的激发作用

图3 半水石膏对钢矿粉的激发效果

由图3表明，不同掺量半水石膏对钢矿粉3d、7d、28d抗压强度活性的影响曲线大致相同，都在掺量0.6%时达到最大值，强度活性分别为83%、95%、101%。半水石膏在体系中与水反应生成具有一定胶凝性能的二水石膏，填充在水泥石中提高结构的力学性能。另一方面，半水石膏水解为钙离子与硫酸根，参与水化硅酸钙、水化硫铝酸钙等水化产物的形成，结构中具有胶凝性能材料的总量增加，力学性能提高。半水石膏的最佳单掺掺量为0.6%。

2.4 二水石膏对钢矿粉的激发作用

图4 二水石膏对钢矿粉的激发效果

由图4可知，二水石膏对钢矿粉的活性激发在掺量为0.2%时达到最大值，强度活性分别为81%、93%、98%。二水石膏对钢矿粉的激发机理与半水石膏类似，主要通过钙离子与硫酸根离子参与反应促进水化产物的生成。当二水石膏掺量超过0.9%时，与基准组相比，钢矿粉的3d、7d、28d活性指数均开始下降，因此二水石膏作为激发剂的掺量应控制在0.9%以内，最优掺量为0.2%。

2.5 硫酸钠对钢渣粉的激发作用

图5 硫酸钠对钢矿粉的激发效果

由图5可知，硫酸钠对钢矿粉的活性激发在掺量为0.15%时达到最大值，强度活性分别为76%、89%、97%。硫酸钠作为激发剂主要参与水化硫铝酸钙等水化产物的生成，同时钠离子通过在碱性环境中与原材料玻璃相中的钙离子置换溶出，促进钢矿粉的分解水化。当硫酸钠掺量超过0.3%时，与基准组相比，钢矿粉的各龄期活性指数不再提高，硫酸钠作为激发剂的最优掺量为0.15%。

2.6 各激发剂对钢矿粉最佳激发效果的比较分析

对比各激发剂在其最优掺量下对钢矿粉抗压强度的激发效果，结果见图6。由图6可知，对钢矿粉激发效果最好的半水石膏，3d、7d、28d各龄期活性指数分别增长了8%、9%、8%，这与半水石膏的硫酸盐激发及其自身的胶凝性能有关;其次是氧化钙，28d活性指数增长了8%，但早期激发效果不明显;二水石膏与硫酸钠对钢矿粉的28d强度活性激发作用接近，但对比其早期活性指数可知二水石膏激发效果优于硫酸钠;氢氧化钠的激发作用做小，各龄期活性指数仅增长了3% 、5% 、3% 。

图6 各激发剂对钢矿粉激发效果对比

3 结论

(1)各激发剂单掺激发钢矿粉的最佳掺量为氢氧化钠0.03%、氧化钙0.15%、半水石膏0.6%、二水石膏0.2%、硫酸钠0.15%。

(2)比较激发剂对钢矿粉活性指数的激发效果，对钢矿粉激发效果较好的激发剂排序为:半水石膏、氧化钙、二水石膏、硫酸钠、氢氧化钠，其中半水石膏可提高钢矿粉各龄期活性指数8%以上。

［1］ 张同生，刘福田，李义凯，等.激发剂对钢渣胶凝材料性能的影响［J］.建筑材料学报，2008(4):469-474.

［2］ 唐卫军，任中兴，等.钢渣-矿渣复合微粉的活性试验研究［J］.混凝土，2007(12):65-68.

［3］ 苏登成，唐兴国，等.钢渣活性激发技术研究进展［J］.中国水泥，2009.4:57-60.

［4］ 李玉祥.不同激发剂对钢渣活性影响的研究［J］.硅酸盐通报，2013(31):280-284.

［5］ 董涛.几种激发剂对钢渣早期活性的影响［J］.建材技术与应用，2014(4):8-10.