钢渣激发磷石膏基水泥组分优化研究

张 罗

(武汉建筑材料工业设计研究院有限公司,湖北 武汉 430070)

磷石膏基水泥是以未经锻烧处理的磷石膏为主要原料,通过添加钢铁工业的高炉水淬矿渣和少量碱性激发剂而开发出一种新型低能耗的水硬性胶凝材料。原料的组分是水泥性能的决定性因素,较大的比表面积能加快水泥的水化反应速度,各种矿物的掺量决定了磷石膏基水泥的水化环境,决定了水泥的强度。因此,研究各种原料的比表面积和掺量对水泥性能的影响,优化水泥原料组分具有重要的意义。

1 各原料比表面积对水泥性能的影响

1.1 矿渣比表面积对水泥性能的影响

本次研究以武汉钢铁有限公司粒化高炉矿渣粉为研究对象,其勃氏比表面积为399.5m2/Kg。矿渣粉中CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2平均含量分别为36.08%、8.18%、17.02%、2.14%、33.98%。各试样按固定比例(磷石膏45%、矿渣35%、石灰石10%、钢渣10%)配比,当比表面积由399m2/kg提高655m2/kg,28d抗压强度由30MPa提高到41MP,凝结时间逐渐缩短。

1.2 石灰石粉磨细度对水泥性能的影响

各试样按固定比例(和上述相同,矿渣比表面积396m2/kg)配料。结果表明,随着石灰石比表面积的增加,试样的3d和7d强度小幅上升,28d强度变化不大,抗折强度随水化龄期的发展规律发生变化。

1.3 磷石膏比表面积对水泥性能的影响

各试样按固定比例(和上述相同)配料,混合后测定其胶砂强度、标准稠度、安定性和凝结时间。结果表明,随着磷石膏比表面积的增加,试样的3d、7d、28d抗压强度先增幅明显,当磷石膏的比表面积大于525m2/kg时试样的强度提高不明显,当磷石膏比表面积为624m2/kg时各龄期强度达到峰值。

2 各原料掺量对水泥性能的影响

2.1 矿渣掺量对水泥性能的影响

磷石膏、钢渣、石灰石、矿渣的比表面积分别为669m2/kg、532m2/kg、660m2/kg、399m2/kg,将其混合后测量水泥的性能。磷石膏、钢渣配比掺量固定为45%、5%,矿渣从25%到40%逐渐增加,石灰石从25%到10%逐渐减少,标准稠度稳定,安定性合格,初凝时间变长而终凝时间稳定。当矿渣由25%增至30%时,各龄期的抗折强度均增幅明显。

2.2 钢渣掺量对水泥性能的影响

将磷石膏、矿渣配比掺量固定为45%、35%,当钢渣在5%-10%之间逐步增加时,3d、7d抗折和抗压强度均有不同程度增加,而28d变化较小；当钢渣大于10%时,3d、7d、28d抗折和抗压强度均下降明显,掺量过小影响早期强度的发挥,过大则使后期强度下降明显。

2.3 石灰石掺量对水泥性能的影响

将磷石膏基水泥中的钢渣、矿渣掺量固定为5%、40%,石灰石在15%～40%范围内逐步增加,磷石膏则随之减少,试样的3d、7d、28d强度增幅较小,各龄期抗压强度变化亦不明显,石灰石掺量的变化对3d、7d、28d强度的影响不大,凝结时间呈明显缩短,标准稠度变化不大,安定性合格。

2.4 磷石膏掺量对强度的影响

将矿渣、钢渣、石灰石的比例固定为3.5∶1∶1,与不同比例的磷石膏混合。结果表明,随着磷石膏掺量逐步增加,各龄期的抗压、抗折强度均有下降,标准稠度增幅明显。当磷石膏掺量在25%～45%之间时,3d、7d抗压强度有小幅度的下降,28d抗压强度基本不变。当磷石膏掺量在35%～45%之间时,7d、28d抗折强度基本不变；大于45%时,试样的抗折强度下降明显。

3 钢渣激发磷石膏基水泥组分优化

3.1 各原料比表面积优化

增加矿渣比表面积,可使试样降低标准稠度、缩短凝结时间,各龄期强度增加明显。增加石灰石比表面积,标准稠度提高,小幅增加3d、7d强度,基本不影响凝结时间和28d强度。提高磷石膏比表面积,可使试样略微降低标准稠度,初凝时间无影响,终凝时间增加；当磷石膏比表面积为640m2/kg时,各龄期强度达到峰值；大于884m2/kg时,强度却下降。

3.2 各原料掺量优化

提高矿渣掺量,水泥的28d强度提高明显,3d、7d强度不明显。提高钢渣掺量,试样的3d、7d强度提高明显,但当钢渣掺量大于10%时28d强度下降明显。石灰石可促进磷石膏基水泥缩短凝结时间、提高1d强度,但3d、7d、28d强度作用不大。当磷石膏掺量在25%～45%范围内时,3d、7d强度有所下降,28d强度基本不变。当原料根据优化比表面积粉磨后,按磷石膏、钢渣、矿渣、石灰石掺量分别为45%、5%～10%、40%、10%进行配料,可制备3d抗压强度约5Mpa、7d抗压强度20Mpa、28d强度超过40MPa的磷石膏基水泥。

4 结语

钢渣激发磷石膏基水泥组分优化多限于试验阶段,在实际工艺中需考虑生产过程中的经济和时间成本,比如矿渣粉磨比表面积超过400m2/Kg后,粉磨电耗显著增加,因此要优先考虑其他优化措施。