关键词:
钢渣微粉
碱激发
激发机理
胶凝材料
韧性改善
摘要:
在建材行业中水泥胶凝材料的制备碳排放量大,如何能很好地利用‘双碳’,特别是利用工业固废研制新型材料,从而替代传统水泥胶凝材料的使用,实现变废为宝是水泥行业实现高质量发展的关键。在工业固废中冶炼钢铁过程中产生的钢渣是存量最大的废弃物,其活性低、稳定性和韧性差等特点是难以利用主要原因,针对钢渣难利用问题本文通过单一组分试验、双组分试验以及多组分正交试验对硅酸盐水泥和工业固废激发钢渣进行了宏观性能研究,并通过微观XRD、SEM、EDS、FT-IR、核磁共振以及断层扫描X-CT对硬化浆体的物相和微结构进行定性和定量,最后在此基础上对钢渣基胶凝材料的韧性进行改善研究。结果如下:
(1)选用硅酸盐水泥对钢渣粉进行激发,以7d、14d和28d抗压强度为衡量指标,在其与钢渣粉的质量比为1:1、2:3、3:7、1:4、1:9和1:19以及水胶比为0.42的复合浆体激发结果表明:复合钢渣浆体的流动性会随着水泥比例提高而变差,抗压强度上会大幅提高,质量比为1:1时浆体流动度为160mm,28d抗压强度课达到34.4 MPa,试块表面较为平整。
(2)选用电石渣、碱渣、脱硫石膏和调节p H的氢氧化钙和氢氧化钠进行工业固废激发,以28 d抗压强度为衡量指标。试验中水胶比为0.42,在单组分激发试验中,电石渣、碱和脱硫石膏渣掺量分别为钢渣质量10%、20%和30%,氢氧化钙和氢氧化钠的掺量为钢渣质量5%、8%和10%,激发效果良好的依次是氢氧化钠,脱硫石膏,氢氧化钙,电石渣,碱渣;电石渣和碱渣双组分固废激发试验中,在电石渣与碱渣质量比为1:1、2:3和3:7配比下,掺量为80%、85%和90%情况下双组分固废对钢渣激发效果较差;在三组分激发钢渣中,氢氧化钠和脱硫石膏的掺量对钢渣的影响效果较大,钢渣质量的30%脱硫石膏和5%氢氧化钠28d抗压强度为28.0 Mpa,相较于单一组分和双组分有一定强度的提高;正交试验表明:激发剂最优配比为电石渣掺量为24%,碱渣为56%,脱硫石膏为15%以及氢氧化钠为5%;在激发剂与钢渣的质量比为1:1时,其28 d强度达到34.2MPa。
(3)通过对FT-IR以及核磁共振分析可知:在碱固废激发作用下,800cm-1~980cm-1处振动峰的变化说明钢渣内部的硅氧四面体和铝氧四面体中的Si-O键和Al-O键开始断裂重组,表明钢渣被激发;通过XRD和SEM-EDS分析表明:水化早期主要水化产物以AFt和CH为主,水化后期在XRD的17°、29°、32°和50°出现了馒头状的弥散性特征峰,结合SEM-EDS结果和文献结果,该峰值对应的产物是C-S-H凝胶和C-A-S-H凝胶;最后通过X-CT断层扫描分析可知随着水化时间的加长,钢渣激发后生成的水化产物改变了试件整体的孔隙分布,孔隙数量不断减少,7d孔隙率为5.97%,28d孔隙率为5.25%,下降了12.06%,试件整体密实度提高。
(4)复掺矿渣、有机物聚丙烯纤维和橡胶粉对钢渣胶凝材料的韧性改善结果表明:水胶比为0.5的胶砂试件中,水泥、矿渣和钢渣质量配比为150:150:150,外加各0.5%体积分数的聚丙烯纤维和橡胶粉韧性改善效果最优,其砂浆流动度为150mm,28d抗折荷载6.8k N,挠度约为1.6mm,抗压强度达到32.8MPa。通过SEM-EDS分析发现,矿渣复掺可以生成大量的C-S-H凝胶和C-A-S-H凝胶,改变水化产物从而提高试件的抗压强度和韧性。通过BET和压汞技术表明复掺矿渣以及聚丙烯纤维和橡胶粉可以减小硬化浆体的比表面积和平均孔直径,同时能够减少多害孔和有害孔,改善硬化浆体的内部结构,对提高复合浆体的韧性也有一定的贡献。