1、0引言目前,我國鋼渣的年產量已達1400萬t ,積存已有1.8億t ,這些廢渣不僅污染了環境,而且占據了很大的空間。歐美一些國家鋼渣平均利用率達65%以上,而我國鋼渣的利用率僅為38.7%左右1,所以我國學者正在潛心研究鋼渣的特性,以便合理地開發利用鋼渣,使其變廢為寶。混凝土本身具有復雜性和變化性,這種復雜性和變化性主要體現在其內部結構,尤其是顯微構造上。因此,對混凝土顯微構造的研究在解決其結構與力學性能的定性與定量關系、土木工程中的實踐問題,都具有十分重要的意義2。本文主要從鋼渣及鋼渣混凝土的顯微構造著手,通過測定不同礦物相及不同構造處的顯微硬度值,來分析其顯微硬度的變化規律,從而為鋼渣代替

2、天然砂作混凝土細集料提供顯微構造方面的研究基礎。這對合理利用資源、保護環境,促進可持續發展具有十分重要的意義。1試驗用原材料及成分分析1.1水泥在試驗中所用水泥為華新堡壘P O 42.5級水泥,其化學成分見表1。1.2鋼渣本試驗所用鋼渣為自然冷卻的武漢鋼鐵(集團公司鄂城鋼鐵有限公司轉爐鋼渣,經破碎磁選后,陳放1個月,過4.75mm 標準篩,粒徑在4.75mm 以上的為粗鋼渣,粒徑在4.75mm 以下的為細鋼渣。表2給出了鋼渣的化學成分分析結果。表1華新堡壘P O 42.5級水泥熟料的化學成分%成分含量f-CaO 1.00SiO 221.78Al 2O 34.85Fe 2O 33.36CaO 6

3、5.66MgO 2.61SO 30.582007年第11期(總第217期Number 11in 2007(Total No.217混凝土Concrete涂文懋,魏茂(武漢理工大學,湖北武漢430070Abstract:At present ,steel slag emits largely in iron and steel industry in China ,but the utilization rate of steel slag is much less than othercountries.For efficient utilization of steel slag ,its

4、microstructures and characteristics must be adequately clarified.In this paper the microstructures and the micro-hardness of steel slag and steel slag concrete were researched respectively by optical microscopy and micro-hardness tester.The re-sults indicate that steel slag may be substituted for gr

5、avel-sand aggregate in concrete.Key w ords:steel slag ;concrete ;microstructure ;micro-hardness摘要:目前我國鋼鐵工業中鋼渣的排放量較大,但是鋼渣的利用率卻遠遠低于其它國家。為更好地利用鋼渣,必須充分了解鋼渣的顯微構造及特性。利用光學顯微鏡研究了鋼渣及鋼渣混凝土的顯微構造特征,借助顯微硬度測試儀研究了鋼渣自身及鋼渣混凝土的顯微硬度,為鋼渣代替砂石集料在混凝土中應用提供顯微構造方面的研究基礎。關鍵詞:鋼渣;混凝土;顯微構造;顯微硬度中圖分類號:TU528.041文獻標志碼:A 文章編號:1002-355

6、0-(200711-0077-03Microstructures &characteristics of steel slag and its application to concreteTU Wen-mao ,WEI Mao(Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China 鋼渣顯微構造和特性及其在混凝土中的應用研究收稿日期:2007-08-08從表2可以看出,鋼渣的主要化學成分是CaO 、SiO 2、Fe 2O 3、MgO ,還有少量的Al 2O 3、K 2O 、Na 2O 、MnO 、P 2O 5、SO 3、TiO 2。據其礦物組分及

7、堿度值的大小,MASON 將鋼渣分為四種不同類型的渣:堿度0.91.4為橄欖石渣;1.41.6為薔薇輝石渣;1.62.4為硅酸二鈣渣;2.4為硅酸三鈣渣3。按堿度值,該鄂鋼鋼渣為硅酸三鈣渣,即硅酸三鈣為鋼渣中的主要成分之一。1.3粉煤灰取自陽邏電廠I 級粉煤灰,用于調整鋼渣混凝土的工作性和長期耐久性。1.4減水劑減水劑選用德國BASF 公司的產品GLENIUM SP8CR-HC ,為帶側鏈的羧酸醚聚合物類。用于鋼渣混凝土中以提高了鋼渣混凝土的工作性。表2鋼渣的化學成分%樣品粗鋼渣細鋼渣原材料及輔助物料MATERIAL AND ADMINICLE772試驗方法2.1鋼渣巖相的分析利用德國Carl

8、 Zeiss 公司的Axioskop 40-Pol 偏光顯微鏡觀察鋼渣的顯微構造。試樣可在50、100、200、500的放大倍數下進行鋼渣礦物組成的觀測研究。2.2顯微硬度的測試本研究中采用上海尚光顯微鏡有限公司生產的HXS-1000型數字式智能顯微硬度儀。利用該儀器可測試鋼渣內部各礦物相的顯微硬度及鋼渣混凝土中鋼渣水泥砂漿界面薄弱區的顯微硬度。相鄰測試點的最小距離為10!m ,儀器附帶顯微鏡放大倍數為100及400,儀器數顯分辨率為0.03m 。在此運用維氏硬度來表征混凝土界面的顯微硬度。維氏硬度所用的載荷有l 、3、5、10、20、30、50、100和120kg 等。2.3鋼渣混凝土的制備

9、在配制混凝土之前,鋼渣通過壓蒸釜進行安定性處理,以使其游離氧化鈣和游離氧化鎂消解,以減少鋼渣混凝土安定性不良的問題。處理工藝是將鋼渣置于壓蒸釜,在2.0MPa ,216的條件下處理3h ,之后進行篩分。壓蒸后鋼渣的顆粒級配組成見表3。鋼渣混凝土的制備參照公路工程水泥混凝土試驗規程4進行,其混凝土配合比示于表4。表3鋼渣的顆粒級配%篩孔尺寸/mm粗鋼渣細鋼渣26.51001001991.71001674.1100按鋼渣混凝土配合比制備好試件,1d 后脫模。至7d 齡期時將混凝土試塊制成100mm 100mm 10mm 的光片,進行混凝土界面過渡區顯微硬度的測定。3試驗結果與分析3.1鋼渣顯微結構

10、特征分析從堆場中選取具有代表性的鋼渣塊,經過打磨、拋光等工藝制成光片,在偏光顯微鏡下觀察鋼渣自身的顯微構造。在顯微鏡下觀察得到鋼渣的巖相組成如圖1所示。由圖1可見,在正交偏光下鋼渣中含有大量C 2S 、C 3S 、C 2F 、鎂鋁尖晶石以及純鐵相等。在反光下觀察到黑色類圓形礦物為C 2S 、黑色板狀為C 3S 、富含鐵的淺色中間相(以晶態、非晶態共存,FeO 、鐵酸鹽和富鐵玻璃相居多和分布在淺色中間相中的深灰色點滴狀富含鎂鋁硅的深色中間相(晶態、非晶態共存,鎂鋁尖晶石和富硅玻璃相居多。在反光下,還可觀察到部分已經消解的粉化區及一定量的氣孔,鋼渣中孔隙分布不均勻,孔徑大多在1mm 以下。另據X

11、射線衍射分析表明,粉化區的礦物相以氫氧化鈣、碳酸鈣和FeO 為主。表4混凝土配合比混凝土配合比/(kg/m 3強度等級C50水膠比0.33減水劑SP8-CR4.90 由上述可知,鋼渣的礦物組分種類較多,分布很不均勻,通過某一個礦物相的顯微硬度值是無法反映鋼渣整體的顯微硬度特性,因此,我們針對不同的礦物相選區,分別測定其維氏硬度,以從整體上了解鋼渣的顯微特性。表5列出了不同選區的顯微硬度值,該硬度值為48個測定點的平均值。78從表5顯微硬度值可以看出,鋼渣的礦物相不同,顯微硬度值不同。含玻璃相的淺色和深色中間相的顯微硬度值最高,達300MPa 以上。硅酸二鈣和硅酸三鈣其次,分別達194.6MPa

12、 和181.0MPa 。純鐵的維氏硬度亦很高,達100MPa 以上。但在鋼渣粉化區內維氏硬度值極低,僅約50MPa 。這也表明粉化區是影響鋼渣整體強度的薄弱點。該粉化區的出現是由于游離氧化鈣遇水水化形成氫氧化鈣,進而碳化為碳酸鈣的過程中造成體積膨脹,從而使得鋼渣粉化而形成的。3.3鋼渣混凝土界面過渡區顯微硬度在拋光后的試樣表面,隨機選取界面過渡區清晰的鋼渣(見圖2,每個鋼渣選取6個不同的礦物相界面處,從骨料開始依次每20!m 測一次顯微硬度。測試點的走向應與界面垂直,各點顯微硬度測試結果如圖3所示。圖3中橫坐標的0距離點是靠近界面過渡區的骨料上的一點,依次向漿體延伸。由圖3結果表明,隨著顯微硬

13、度曲線從界面附近的0距離點逐步延伸至漿體,各測點的顯微硬度變化均呈現明顯的凹字形,鋼渣混凝土在20m 處出現顯微硬度最低值(平均值為22.3MPa ,該區域即為鋼渣混凝土中鋼渣和水泥砂漿的界面過渡區。之后在6080#m 處趨于平緩(維氏硬度為3040MPa ,即表明該處為砂漿區。因此,對鋼渣混凝土,其界面過渡區仍然是制約鋼渣混凝土整體強度的重要因素,因此如何提高鋼渣和水泥砂漿的界面區強度是配制鋼渣混凝土應該密切關注的問題。4結論(1鄂城鋼鐵有限公司轉爐鋼渣的主要礦物為C 2S 、C 3S 、FeO 、C 2F 及玻璃相,還有部分含氫氧化鈣和碳酸鈣等。鋼渣的構造特征為不同晶體大小的類圓形C 2S

14、 和板狀C 3S 較均勻地分布在深色和淺色中間相中,同時深灰色點滴狀富含鎂鋁硅的深色中間相不均勻地分布在富含鐵的淺色中間相中。(2鋼渣的礦物相不同,顯微硬度值不同。按其維氏硬度值由大到小依次為:深色中間相淺色中間相硅酸二鈣硅酸三鈣純鐵粉化區。故粉化區是影響鋼渣整體強度的薄弱點。(3雖然鋼渣自身顯微硬度值較高,但鋼渣混凝土界面過渡區顯微硬度值與之相比卻很低,如何提高鋼渣混凝土的界面過渡區強度將為今后關注的問題。參考文獻:1Motz H ,Geiseler J.Products of steel slags an opportunity to save natu-ral resourcesJ.In

15、 :Waste Management ,2001,21:285-293.2Zhao Q ,Stark J ,Freyburg E.Charakterisierung des mikrogef ges von LD-Granulat und seine wirkung hinsichtlich der reduzierung deralkali-kiesels #ure-reaktionJ.Zement-Kalk-Gips(International ,2005,58(9:74-79.3趙青林.冶金渣堿活性及其抑制堿集料反應的研究D.武漢:武漢理工大學,2006.4中華人民共和國交通部.JTJ

16、053-94,公路工程試驗規程S.北京:人民交通出版社,2000.作者簡介:涂文懋(1971-,男,博士研究生。單位地址:湖北省武漢市洪山區珞獅路122號武漢理工大學資源與環境學院(430070聯系電話:139*表5鋼渣的維氏硬度鐵相112.3選區HV/MPa C 2S 194.6深色中間相336.9C 3S 181.0行業資訊10月17日,第九屆北京國際工程機械展覽與技術交流會開展之際,三一重工66米世界最長臂架泵車抵達北京。此臺創造了吉尼斯世界紀錄的最長臂的架泵車于當天下午在北京某工地現場施工。此泵車完全由中國企業自主研發制造。生產企業三一重工提交的世界第一臂架吉尼斯世界紀錄申請報告已通過

17、確認,66米泵車創造了吉尼斯世界紀錄。這讓中國工程機械業首次站到了世界泵車制造領域的最前沿,令“中國制造”在混凝土機械方面也成為世界標桿。泵車是現代化的建筑機械,它可以借助核心部分臂架,將建筑用混凝土輸送至任意施工點,臂架越長,輸送的范圍就越廣,對高層、寬廣范圍的現代化建筑建設來說更是不可或缺。66米不僅是一個數字或一個產品,而是整個混凝土機械行業高技術的體現,66米泵車的誕生,標志著泵車制造達到了一個新的高度,必將帶動整個泵車技術的全面提升。工程機械領域有句行話“臂長增一米,難于上青天”,即說明了泵車臂架增長的艱辛。泵車對平衡和穩定性要求非常高,加長臂架絕不僅僅是長度的簡單增加,臂架加長后,泵車負載隨之增大,所有細微的增加都會影響到整個泵車的抗擺動性和平穩性,所謂“牽一發而動全身”,必須對其結構進行全面調整、優化。臂架技術是混凝土泵車的一項關鍵技術,以前一直掌握在德國人、美國人手中。目前,世界上能夠生產56米臂架泵車的也只有德國的普茨邁斯特、施維英、中國的三一等少數幾個工程機械企業。而66米泵車的