0. 序言
鋼渣是鋼鐵企業(yè)的主要廢渣之一，其排放量約為鋼產量的15%~20%，我國每年的鋼渣排放量在2000萬噸以上，利用率為36%，而且整體利用水平不高。若不處理和綜合利用，鋼渣會占用越來越多的土地、污染環(huán)境、造成資源的浪費、影響鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此有必要對鋼渣進行減量化、資源化和高價值綜合利用的研究。建材行業(yè)是鋼渣的主要利用部門，若增加鋼渣在建材水泥方面的利用效率，則可以減少對環(huán)境的污染，增加建材行業(yè)的綠色含量有十分重要的意義。
由于鋼渣含有硅酸三鈣、硅酸二鈣和鐵酸鈣等活性物質，具有水硬性，這為鋼渣在建材水泥業(yè)中的應用提供了可能性。但另一方面由于鋼渣成分波動大，活性差、易磨性差及安定性不好等原因，不可能像礦渣一樣得到大量的應用。因此，發(fā)展鋼渣與其它礦物摻合料的復合利用技術已成當務之急[1]。
本文主要從鋼渣的粉磨特性、安定性、活性等性能出發(fā)，尋找鋼渣的最佳粉磨細度，測定比較鋼渣、礦粉及粉煤灰按不同比例復合所配復合微粉的水泥性能，得出復合微粉的最佳配比，為鋼渣的充分利用提供理論基礎。
1.原材料
1. 1水泥
上海寶山水泥廠生產的42.5R型普硅水泥，水泥抗壓強度(按GB175-1992)R3=39.9MPa，R7=44.8MPa，R28=60.0MPa。
1.2 礦粉
梅鋼公司礦粉，密度2.90g/cm3，細度（45μm篩余）1.0%，比表面積As=430m2/.kg，化學成分見表1。
1.3 粉煤灰
梅鋼公司原狀灰，細度（45μm篩余）36%，化學成分見表1。
1.4 鋼渣
梅鋼公司鋼渣。鋼渣的密度3.39g/cm3，具體化學成分見表1，原始鋼渣級配見表3。
2.試驗方法
2.1 鋼渣粉磨試驗
采用實驗室Φ500mm×500mm的小磨進行粉磨試驗。
2.2 鋼渣的安定性試驗
按GB1346-2001水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法進行測定。
2.3 活性測定
按GB1596-2005“用于水泥和混凝土中的粉煤灰”標準中附錄D：活性指數測定方法測定。
2.4 流動度測定
按GB2419-81水泥膠砂流動度測定方法進行測定。
2.5 顆粒級配測定
采用激光粒度分析儀測定。
3.試驗結果及分析
3.1粉磨試驗
采用實驗室Φ500mm×500mm的小磨，控制不同的粉磨時間對鋼渣和粉煤灰分別進行了粉磨試驗。
表3是鋼渣細度隨粉磨時間變化情況。由表3可以看出,在初始階段，隨著粉磨時間的延長，鋼渣的45μm篩篩余逐漸降低，而當粉磨時間達到一定程度后，45μm篩篩余逐漸走平，基本維持在19%左右，即繼續(xù)粉磨對提高鋼渣的細度作用不明顯，但將顯著增加鋼渣的粉磨電耗。分析造成這一現(xiàn)象的主要原因，可能是因為鋼渣中存在較多的鐵，含鐵量高的鋼渣一般很耐磨。因此，經過多次篩分試驗后，選取0.315mm方孔篩對粉磨產品進行了篩分分離，篩分后所得鋼渣粉產品細度隨粉磨時間變化情況見表3和圖1，篩分后所得鋼渣粉以及篩余部分粗鋼渣化學成分變化情況見表4。
由表3及圖1可以看出,經不同粉磨時間粉磨后的鋼渣粉，通過0.315mm方孔篩篩分后，大于0.315mm的粗鋼渣顆粒含量基本保持不變，維持在14%左右，而篩下的產品細度隨粉磨時間變化趨勢與篩分前基本一致，即隨著粉磨時間的增加鋼渣粉的比表面積逐漸增加，45μm篩篩余百分比逐漸降低，當粉磨時間達到一定程度后，比表面積上升及45μm篩篩余百分比下降的幅度逐漸降低，粉磨時間延長對鋼渣細度的貢獻越來越小。
表4的化學成分變化情況表明，經0.315mm方孔篩篩分所得的鋼渣粗顆粒部分氧化鐵含量明顯高于鋼渣粉，達32.1%，同時從燒失量數據也可看出，篩余粗鋼渣中鐵或氧化亞鐵含量較高，這進一步解釋了鋼渣粉磨到一定程度很難被進一步磨細的原因。
表5和圖2為不同細度鋼渣的顆粒級配分布情況。由表5和圖2可以看出，隨著粉磨時間的增加，鋼渣的平均粒徑逐漸下降，但當鋼渣細度達到618 m2/kg后，繼續(xù)粉磨，盡管鋼渣的平均徑仍有一定程度的下降，但<5μm的微粉含量已基本不再增加，甚至因微粉結團出現(xiàn)一定的下降。這說明鋼渣在粉磨到一定細度后，繼續(xù)粉磨將會出現(xiàn)過粉磨現(xiàn)象，對于研磨體級配一定的粉磨系統(tǒng)，鋼渣粉磨存在一個最佳粉磨細度。
梅鋼公司原狀灰，細度（45μm篩余）達36%，性能較差。為此，對梅鋼原狀灰進行了粉磨，粉磨產品細度（45μm篩余）為12%，密度為2.21g/cm3 ，比表面積478 m2/kg。
3.2不同細度鋼渣粉的系列性能比較
3.2.1 安定性
由表1可以知道鋼渣自身含有較高的游離CaO（f-CaO），達5.62%，使用過程中應用不當將有可能影響水泥混凝土的安定性。為此，按水泥安定性檢驗方法測定了不同細度、不同摻量鋼渣粉的安定性，具體見表6。
由表6可以看出，當鋼渣粉比表面積為439 m2/kg時，在摻量小于30%時所配水泥安定性均合格，超過40%時所配水泥安定性不合格；當比表面積大于523 m2/kg時，鋼渣粉摻量不大于40%時所配水泥安定性也均合格，但當鋼渣粉摻量大于50%時所配水泥安定性不合格。這表明，鋼渣經粉磨增加細度后，可以提高鋼渣粉的安定性，從而提高鋼渣粉應用的摻量。
3.2.2. 活性
由于鋼渣在冷卻過程中，形成了與硅酸鹽水泥熟料相近的礦物，自身具有一定的水硬活性。隨著粉磨細度的提高鋼渣自身的活性將有一定幅度的增加，但鋼渣自身屬于易磨性較差的礦物，粉磨細度的提高將進一步增加粉磨電耗，提高粉磨成本，為進一步平衡鋼渣活性和粉磨電耗的關系，按用于水泥和混凝土中的粉煤灰活性指數測定方法測定比較了不同細度鋼渣不同齡期的活性指數，具體見表7和圖3。
由表7及圖3可以看出，在鋼渣粉比表面積小于523m2/kg范圍內，隨著鋼渣粉比表面積的增加，鋼渣粉各齡期活性指數明顯增加；當鋼渣粉比表面積大于523m2/kg后，隨著鋼渣粉比表面積的增加，鋼渣粉各齡期活性指數逐漸增加，但增加幅度明顯減小。這表明，從性價比看，鋼渣粉的比表面積過大并不合算，應控制在550m2/kg之內。
3.2.3流動性
由表7同時可以看出，當鋼渣比表面積在439-658m2/kg范圍內，隨著鋼渣粉細度的增加，所配鋼渣粉水泥的流動性略有增大，具有與普硅水泥相近的流動性。總體來看，鋼渣細度對水泥流動性的影響不大。
3.3不同摻合料復配試驗
結合鋼渣的粉磨試驗及不同細度鋼渣的系列性能試驗結果，選擇鋼渣的最終粉磨細度為比表面積523 m2/kg。采用此細度的鋼渣粉與礦粉兩組分以及與礦粉、粉煤灰三組分分別按不同的比例配制不同品種的摻合料，不同品種摻合料配制比例及所配摻合料水泥性能情況見表8。
由表8可以看出 ：（1）比表面積接近的鋼渣粉和粉煤灰所配水泥各齡期活性指數接近，但鋼渣粉所配水泥流動性明顯高于粉煤灰所配水泥，與基準水泥流動性接近；（2）礦粉早期（3、7天）活性指數略低于基準水泥，但28天后齡期的活性指數明顯高于基準水泥，同時礦粉的摻入可以改善水泥的流動性；（3）采用鋼渣粉和礦粉復配，隨著鋼渣粉摻量的增加，所配摻合料早期（3、7天）活性指數變化不大，28天活性指數略有降低，所配水泥流動性變化不大；（4）采用鋼渣粉、礦粉以及粉煤灰三組分復配，在粉煤灰比例一定的情況下，隨著鋼渣粉摻量的增加，所配摻合料早期（3、7天）活性指數變化不大，28天活性指數存在最佳配比，所配水泥流動性變化不大。
綜合所配水泥不同齡期活性指數及流動性指標，結合工廠礦渣、鋼渣和粉煤灰的排渣情況，選用CKG2F2配比來制備復合微粉，即礦粉：鋼渣粉：粉煤灰=65：25：10，鋼渣細度選定為比表面積523 m2/kg。
4.結論
1. 對于比表面積大于439 m2/kg的梅鋼鋼渣粉，在摻量小于30%時所配水泥安定性均合格；在比表面積大于523 m2/kg時，鋼渣粉摻量不大于40%時所配水泥安定性也均合格；對于比表面積523 m2/kg的鋼渣粉，鋼渣粉摻量大于50%時所配水泥安定性不合格。
2. 鋼渣粉與粉煤灰所配水泥各齡期活性指數接近，低于礦粉，但摻鋼渣粉水泥流動性明顯高于粉煤灰，與礦渣粉相當，在鋼渣細度為523 m2/kg時，摻鋼渣粉水泥流動性與基準水泥接近。
3. 結合鋼渣的粉磨曲線及不同細度鋼渣粉所配水泥性能情況，選擇鋼渣粉產品細度控制為45μm篩余小于10%，比表面積500~550 m2/kg；綜合不同摻合料所配水泥各齡期活性指數和流動性，以及梅鋼礦渣、鋼渣和粉煤灰的排渣情況，確定最佳復合微粉配比為：礦粉：鋼渣粉：粉煤灰=65：25：10。該最佳復合微粉的活性指數及流動性與礦渣粉相當，基本克服了鋼渣粉和粉煤灰早期活性低，以及粉煤灰需水量大、流動性差的缺點。
參考文獻
[1]張云蓮,李啟令,陳志源.鋼渣作為水泥基材料摻合料的相關問題.機械工程材料，2004，（5）：38～40.
