1、鋼渣在水泥混凝土中的應用研究-宏藝要點o 1、鋼渣的性質及應用現狀、鋼渣的性質及應用現狀o 2、水泥及混凝土技術傳統觀念的變革、水泥及混凝土技術傳統觀念的變革o 3、鋼渣作為輔助膠凝材料的試驗研究、鋼渣作為輔助膠凝材料的試驗研究o 4、結語、結語1 1、鋼渣的性質及應用現狀、鋼渣的性質及應用現狀過燒水泥熟料過燒水泥熟料熟料：熟料：1450鋼渣：鋼渣：1650 潛在活性（潛在活性（CaO、SiO2）高高C2S，低，低C3S早期強度低早期強度低后期強度高后期強度高鋼渣性質鋼渣性質1 1、鋼渣的性質及應用現狀、鋼渣的性質及應用現狀 目前鋼渣年產生量約目前鋼渣年產生量約1億噸，累積堆存億噸，累積堆存1

2、0億噸，綜合利億噸，綜合利用率僅用率僅30%。用作水泥混合材用作水泥混合材和混凝土摻合料和混凝土摻合料有利于節能減排有利于節能減排環境效益明顯環境效益明顯1 1、鋼渣的性質及應用現狀、鋼渣的性質及應用現狀 發達國家鋼渣總體利用率相當高，已接近發達國家鋼渣總體利用率相當高，已接近100%100%；但在水泥；但在水泥及混凝土方面的應用率還相當低。日本的鋼渣在水泥生產中的及混凝土方面的應用率還相當低。日本的鋼渣在水泥生產中的利用率不到利用率不到6%6%，美國在上世界，美國在上世界9090年代以前僅年代以前僅1%1%的水泥生產利的水泥生產利用了鋼渣，德國的鋼渣基本用作集料。用了鋼渣，德國的鋼渣基本用作

3、集料。我國利用情況：我國利用情況：2 2、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革2.1 應用技術中的常見誤區應用技術中的常見誤區a、為滿足快速施工的要求，過分追求水泥早強，忽視遠期強度。、為滿足快速施工的要求，過分追求水泥早強，忽視遠期強度。b、為熟料強度在、為熟料強度在28天內發揮到極致，水泥磨得細了又細。片面地認為：天內發揮到極致，水泥磨得細了又細。片面地認為：“強度越強度越高的水泥，才是優質水泥高的水泥，才是優質水泥”。c、圈流粉磨水泥、產品顆粒分布集中，使用性能較差。、圈流粉磨水泥、產品顆粒分布集中，使用性能較差。d、把水泥作為、把水泥作為“膠凝材料膠凝材料

4、”和和“混凝土強度混凝土強度”的唯一來源。的唯一來源。片面追求早強帶來的后果：片面追求早強帶來的后果：水泥早期強度高，水化放水泥早期強度高，水化放熱速度快且量多，導致混熱速度快且量多，導致混凝土內部溫升高；冷卻后，凝土內部溫升高；冷卻后，殘余的溫度應力較大，混殘余的溫度應力較大，混凝土的抗裂性能下降。凝土的抗裂性能下降。2 2、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革2.2 混凝土技術發展的新趨勢混凝土技術發展的新趨勢上個世紀六十年代，上個世紀六十年代，T.C.Powers基于自己對水泥石結構的假設及大量試驗結果，基于自己對水泥石結構的假設及大量試驗結果，提了反映水泥

5、石強度與其孔隙率關系的膠空比公式：提了反映水泥石強度與其孔隙率關系的膠空比公式： 式中：式中：R水泥石強度；水泥石強度； a0 水泥凝膠的固有強度，即凝膠體在孔隙率為水泥凝膠的固有強度，即凝膠體在孔隙率為O時的強度；時的強度；n實驗常數，約為實驗常數，約為2.5-3;X膠空比，即水泥凝膠在水泥石中的填充程度，大小為凝膠體體積膠空比，即水泥凝膠在水泥石中的填充程度，大小為凝膠體體積與凝體體積加毛細孔體積及氣孔體積之和的比值，主要與水灰比有關。與凝體體積加毛細孔體積及氣孔體積之和的比值，主要與水灰比有關。 nOXaR2 2、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革 水泥外

6、加劑的出現，使水泥生產與混凝土制備的傳統觀念悄然發生改水泥外加劑的出現，使水泥生產與混凝土制備的傳統觀念悄然發生改變。高效減水劑的普遍使用，水泥粒子得到充分的分散，用水量大大減變。高效減水劑的普遍使用，水泥粒子得到充分的分散，用水量大大減少，水泥潛能得到發揮，致使水泥石致密、孔結構和界面微結構得到很少，水泥潛能得到發揮，致使水泥石致密、孔結構和界面微結構得到很好的改善，從而使混凝土的物理力學性能有了很大的提高。配制高強混好的改善，從而使混凝土的物理力學性能有了很大的提高。配制高強混凝土不一定非得需要高強度的水泥，可以通過調整水灰比來達到需要的凝土不一定非得需要高強度的水泥，可以通過調整水灰比來

7、達到需要的強度指標。強度指標。使用減水劑前使用減水劑前使用減水劑后使用減水劑后2 2、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革 現代混凝土在低水膠比條件下，混凝土的強度對膠凝材料現代混凝土在低水膠比條件下，混凝土的強度對膠凝材料強度的依賴性在降低，低活性摻和料得以廣泛應用。膠凝材料強度的依賴性在降低，低活性摻和料得以廣泛應用。膠凝材料不再是以水泥為唯一組分或絕對組分，而是由水泥和輔助膠凝不再是以水泥為唯一組分或絕對組分，而是由水泥和輔助膠凝材料（摻和料）組成。材料（摻和料）組成。 水泥及其混凝土的現代生產模式水泥及其混凝土的現代生產模式： 1 1. .在水泥廠實現膠凝

8、材料（熟料、石膏、活性與非活性混在水泥廠實現膠凝材料（熟料、石膏、活性與非活性混合材料）一體化生產，合材料）一體化生產， 2 2. .在混凝土攪拌站實現水泥與礦物摻和料的合理匹配。在混凝土攪拌站實現水泥與礦物摻和料的合理匹配。1、單方混凝土的熟料用量較少、單方混凝土的熟料用量較少2、與高效減水劑具有良好的相容性、與高效減水劑具有良好的相容性3、合理的早期強度、較高的后期和遠期強度、合理的早期強度、較高的后期和遠期強度4、顆粒組成合理，高堆積密度，孔隙率最低。、顆粒組成合理，高堆積密度，孔隙率最低。5、水化熱小，體積穩定性好，耐久性高。、水化熱小，體積穩定性好，耐久性高。優質混凝土的基本特征優質

9、混凝土的基本特征2 2、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革、水泥及其混凝土技術傳統觀念的變革 鋼渣粉鋼渣粉在拌制和施工階段只有少量的物理吸水，基本不在拌制和施工階段只有少量的物理吸水，基本不影響水泥或膠凝材料的需水性；對新拌混凝土的流動性影響影響水泥或膠凝材料的需水性；對新拌混凝土的流動性影響小；養護過程自干縮性低；對減水劑的相容性好，影響小；小；養護過程自干縮性低；對減水劑的相容性好，影響小；基本不影響水泥硬化體內的堿度；體積變化小。基本不影響水泥硬化體內的堿度；體積變化小。 鋼渣粉鋼渣粉作為水泥混合材料用，在水泥生產中可以節省熟作為水泥混合材料用，在水泥生產中可以節省熟料、實現優質水泥目標、

10、提高遠期強度，具有良好的使用性料、實現優質水泥目標、提高遠期強度，具有良好的使用性能及與混凝土外加劑的相容性；作為礦物摻合料應用于混凝能及與混凝土外加劑的相容性；作為礦物摻合料應用于混凝土中具有較好的填充效應、活性效應、微集料效應，能改善土中具有較好的填充效應、活性效應、微集料效應，能改善混凝土的性能，使得混凝土更加密實、孔隙率低、耐久性好。混凝土的性能，使得混凝土更加密實、孔隙率低、耐久性好。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究3.1鋼渣專用助磨增強劑的作用鋼渣專用助磨增強劑的作用序序號號標標準準號號標標準名準名稱稱1GB/T20491-2006用于水泥和混凝土中的用于水泥和混凝土中的鋼鋼渣粉渣粉

11、2GB/T28293-2012鋼鐵鋼鐵渣粉渣粉 分級標準需要參考的兩個重要指標為活性和細度，山東宏藝科分級標準需要參考的兩個重要指標為活性和細度，山東宏藝科技股份有限公司研制的鋼渣專用助磨增強劑可以提高鋼渣粉磨效技股份有限公司研制的鋼渣專用助磨增強劑可以提高鋼渣粉磨效率及活性指標。率及活性指標。鋼渣作為輔助膠凝材料使用，目前可參考的標準有鋼渣作為輔助膠凝材料使用，目前可參考的標準有：助磨機理助磨機理1、強度削弱理論、強度削弱理論2、顆粒分散理論、顆粒分散理論3、薄膜假說、薄膜假說4、顆粒流動性觀點、顆粒流動性觀點助磨組分助磨組分含胺基、羥基、羧基的表面活性物質如醇胺類物質、含胺基、羥基、羧基的

12、表面活性物質如醇胺類物質、木質素磺酸鹽、聚乙二醇、復合多元醇等木質素磺酸鹽、聚乙二醇、復合多元醇等3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究摻摻量量/%比表面比表面積積/(m2/kg)45m篩篩余余/%顆顆粒分布（體粒分布（體積積百分比百分比/%）60m032033.49.750.6526.1713.480.0538614.615.6257.9419.197.250.140511.714.7660.4817.926.840.1541013.015.1156.4419.768.69助磨效果助磨效果摻加鋼渣專用助磨劑后，細度明顯下降。醇胺類物質加入到摻加鋼渣專用助磨劑后，細度明顯下降。醇胺類物質加入到粉體中時

13、，包覆在帶電顆粒表面，消除了顆粒間的靜電作用，粉體中時，包覆在帶電顆粒表面，消除了顆粒間的靜電作用，阻止帶電顆粒的相互結合，減少裂隙擴展所需應力，降低顆阻止帶電顆粒的相互結合，減少裂隙擴展所需應力，降低顆粒表面能，妨礙斷裂表面的重新結合，阻止顆粒團聚。粒表面能，妨礙斷裂表面的重新結合，阻止顆粒團聚。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究激發增強機理：激發增強機理：1 1、激發增強組份中、激發增強組份中“微量元素微量元素”能促使晶型表面造成缺陷能促使晶型表面造成缺陷或晶型結構發生改變，從而提高它們參與水泥水化反應能或晶型結構發生改變，從而提高它們參與水泥水化反應能力。力。2 2、根據、根據“缺什么補什么

14、缺什么補什么”原則，助磨劑組份中添加了鋼渣原則，助磨劑組份中添加了鋼渣不足的部分，彌補了某些混合材成分的缺失。不足的部分，彌補了某些混合材成分的缺失。激發增強組分激發增強組分水玻璃、氧化鈣、有機酸、表面活性劑、硫酸鹽、亞硝酸鹽水玻璃、氧化鈣、有機酸、表面活性劑、硫酸鹽、亞硝酸鹽等等3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究類別類別水泥水泥膠膠砂強度砂強度/7d/28d/MPa受受檢膠檢膠砂強度砂強度/MPa/7d/28d/MPa活性指活性指數數/%7d/28d活性增加活性增加值值/%7d/28d鋼鋼渣渣1+36.4/59.123.8/50.265/8515/10鋼鋼渣渣2+37.5/57.925.8/52

15、.167/9011/13鋼鋼渣渣3+37.7/58.124.9/48.766/8413/12活性增加效果活性增加效果3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究3.2 鋼渣微粉在混凝土緊密堆積中的填充作用鋼渣微粉在混凝土緊密堆積中的填充作用 上個世紀末上個世紀末STsivilis等學者明確提出，水泥中粒徑等學者明確提出，水泥中粒徑 3m的顆粒應的顆粒應該該 10，粒徑，粒徑330m的顆粒應該在的顆粒應該在65以上，粒徑以上，粒徑60m和和 1m的顆粒盡量減少。實際上這是從水泥的水化速率和水化程度角度提的顆粒盡量減少。實際上這是從水泥的水化速率和水化程度角度提出的對熟料粒度分布的要求。從混凝土構件結構的致密性

16、出發，最佳顆出的對熟料粒度分布的要求。從混凝土構件結構的致密性出發，最佳顆粒組成應符合緊密堆積狀態的粒組成應符合緊密堆積狀態的Fuller曲線。曲線。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究水泥粒水泥粒徑徑/m3310103233232RRSB曲曲線線11.1424.2342.8067.0321.83Fuller曲曲線線22.5013.9221.5735.4942.01不同理論下的水泥最佳顆粒組成不同理論下的水泥最佳顆粒組成3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究 空隙率空隙率對混凝土強度影響很大，所有能夠對混凝土強度影響很大，所有能夠降低空隙率的措施都可以提高強度。如果盡量降低空隙率的措施都可以提高強度。如果盡

17、量提高水化前水泥顆粒的堆積密度（減小堆積空提高水化前水泥顆粒的堆積密度（減小堆積空隙率）可以降低用水量，從而降低水泥石的空隙率）可以降低用水量，從而降低水泥石的空隙率。同樣可以減小空隙，提高混凝土的強度。隙率。同樣可以減小空隙，提高混凝土的強度。 輔助膠凝材料輔助膠凝材料（SCMSCM）就是以工業固體廢棄物（副產品）就是以工業固體廢棄物（副產品）或天然礦物為原材料，摻適合的助磨劑磨細加工后，制成不同或天然礦物為原材料，摻適合的助磨劑磨細加工后，制成不同粒徑分布范圍的水泥混合材料或混凝土礦物摻合料。它能夠使粒徑分布范圍的水泥混合材料或混凝土礦物摻合料。它能夠使膠凝材料顆粒的級配在一定程度上接近緊

18、密堆積狀態。膠凝材料顆粒的級配在一定程度上接近緊密堆積狀態。 3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究粒度粒度 (m)礦礦渣渣鋼鋼渣渣抗抗壓壓抗折抗折抗抗壓壓抗折抗折3 d28 d3 d28 d3 d28 d3 d28 d4191.3145146.8178.3136107.584.491.348129.2156.888.2109.9-57.843.2-100.7-8.72445-8.3143.9-57.2122.928.944.1-64.08.5458013.2133.3-16.9105.4-359.4-49.423.9鋼渣、礦渣相對于熟料的強度貢獻率（鋼渣、礦渣相對于熟料的強度貢獻率（%）3、鋼渣作為

19、輔助膠凝材料的研究 根據鋼渣粉不同的粒徑范圍，可以分別作為高活性或低活性的根據鋼渣粉不同的粒徑范圍，可以分別作為高活性或低活性的輔助膠凝材料，也可以作為混凝土緊密堆積的填充料，改善遠期強輔助膠凝材料，也可以作為混凝土緊密堆積的填充料，改善遠期強度。度。（1）細粒度區間鋼渣、礦渣的膠凝能力和強度貢獻均超過水泥熟）細粒度區間鋼渣、礦渣的膠凝能力和強度貢獻均超過水泥熟料的；但中、粗粒度區間料的；但中、粗粒度區間SCM的膠凝能力和強度貢獻率均較低。的膠凝能力和強度貢獻率均較低。（2）優化匹配原則：高活性）優化匹配原則：高活性SCM、水泥熟料及低活性、水泥熟料及低活性SCM應分別應分別置于復合水泥的細置

20、于復合水泥的細(24m)。 我們用我們用25%的摻石膏的熟料粉、的摻石膏的熟料粉、36%的摻助磨劑礦渣粉與的摻助磨劑礦渣粉與39%摻助磨劑摻助磨劑鋼渣粉，配制成鋼渣礦渣級配水泥，經檢驗，強度、凝結時間、需水性等接鋼渣粉，配制成鋼渣礦渣級配水泥，經檢驗，強度、凝結時間、需水性等接近近PO42.5級水泥；級水泥； 3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究試樣試樣標標準稠準稠度（度（%）凝凝結時間結時間（min）抗折強度（抗折強度（Mpa）抗抗壓壓強度（強度（Mpa）初凝初凝終終凝凝3天天28天天3天天28天天PO42.528.00 253 324 5.28.225.348.3試驗樣試驗樣27.90268 3

21、32 5.18.624.250.3采用沂東中聯采用沂東中聯PO42.5級普通硅酸鹽水泥，輔助膠凝材料（級普通硅酸鹽水泥，輔助膠凝材料（SCM）為礦渣粉：鋼）為礦渣粉：鋼渣粉渣粉=1:1復合而成。集料：細集料為天然河砂，表觀密度為復合而成。集料：細集料為天然河砂，表觀密度為2730kg/m3，堆積密，堆積密度為度為1500 kg/m3，吸水率，吸水率6.4%，細度模數，細度模數2.8。粗集料為臨沂碎石，表觀密度為。粗集料為臨沂碎石，表觀密度為2740kg/m3，堆積密度為，堆積密度為1600 kg/m3，525mm連續級配，做混凝土測試。連續級配，做混凝土測試。3、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究 并

22、委托省質監站，根據并委托省質監站，根據JGB/T193-2009混凝土耐久性檢驗評定標準混凝土耐久性檢驗評定標準進行了混凝土的抗凍性、抗水滲性、抗氯離子滲透性、抗碳化性、抗硫酸鹽進行了混凝土的抗凍性、抗水滲性、抗氯離子滲透性、抗碳化性、抗硫酸鹽性及抗裂性等性及抗裂性等6個耐久性項目檢測，結果均優于個耐久性項目檢測，結果均優于PO42.5級水泥；級水泥；試試件件編號編號混凝土配合比混凝土配合比/（kgm3）抗抗壓壓強度強度/MPa水泥水泥水水砂砂石石SCM外加外加劑劑7d28dS0490175770102004.941.550.9S13921727701020984.942.953.6S2245

23、17077010202454.940.648.7S3390170810101003.934.743.1S43121688101010783.936.546.9S519516581010101953.933.244.03、鋼渣作為輔助膠凝材料的研究3.3 鋼渣在混凝土中的應用前景鋼渣在混凝土中的應用前景 鋼渣是煉鋼產生的固體廢棄物，原料來源廣，目前市場價值有待進一步鋼渣是煉鋼產生的固體廢棄物，原料來源廣，目前市場價值有待進一步開發，因此利用普通混凝土攪拌站，開發附加值相對較高的輔助膠凝材料及開發，因此利用普通混凝土攪拌站，開發附加值相對較高的輔助膠凝材料及混凝土摻合料，具有較高的經濟價值和推廣價值。混凝土摻合料，具有