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(chǎn)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(huì)占用越來越多的土地、污染環(huán)境、造成資源的浪費(fèi)、影響鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此有必要對(duì)鋼渣進(jìn)行減量化、資源化和高價(jià)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(duì)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(zhì)，具有水硬性，這為鋼渣在建材水泥業(yè)中的應(yīng)用提供了可能性。但另一方面由于鋼渣成分波動(dòng)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(yīng)用。因此，發(fā)展鋼渣與其它礦物摻合料的復(fù)合利用技術(shù)已成當(dāng)務(wù)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(xì)度，測(cè)定比較鋼渣、礦粉及粉煤灰按不同比例復(fù)合所配復(fù)合微粉的水泥性能，得出復(fù)合微粉的最佳配比，為鋼渣的充分利用提供理論基礎(chǔ)。
1.原材料
1. 1水泥
上海寶山水泥廠生產(chǎn)的42.5R型普硅水泥，水泥抗壓強(qiáng)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(xì)度（45μm篩余）1.0%，比表面積As=430m2/.kg，化學(xué)成分見表1。
1.3 粉煤灰
梅鋼公司原狀灰，細(xì)度（45μm篩余）36%，化學(xué)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(xué)成分見表1，原始鋼渣級(jí)配見表3。
2.試驗(yàn)方法
2.1 鋼渣粉磨試驗(yàn)
采用實(shí)驗(yàn)室Φ500mm×500mm的小磨進(jìn)行粉磨試驗(yàn)。
2.2 鋼渣的安定性試驗(yàn)
按GB1346-2001水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。
2.3 活性測(cè)定
按GB1596-2005“用于水泥和混凝土中的粉煤灰”標(biāo)準(zhǔn)中附錄D：活性指數(shù)測(cè)定方法測(cè)定。
2.4 流動(dòng)度測(cè)定
按GB2419-81水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。
2.5 顆粒級(jí)配測(cè)定
采用激光粒度分析儀測(cè)定。
3.試驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1粉磨試驗(yàn)
采用實(shí)驗(yàn)室Φ500mm×500mm的小磨，控制不同的粉磨時(shí)間對(duì)鋼渣和粉煤灰分別進(jìn)行了粉磨試驗(yàn)。
表3是鋼渣細(xì)度隨粉磨時(shí)間變化情況。由表3可以看出,在初始階段，隨著粉磨時(shí)間的延長，鋼渣的45μm篩篩余逐漸降低，而當(dāng)粉磨時(shí)間達(dá)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(duì)提高鋼渣的細(xì)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?yàn)殇撛写嬖谳^多的鐵，含鐵量高的鋼渣一般很耐磨。因此，經(jīng)過多次篩分試驗(yàn)后，選取0.315mm方孔篩對(duì)粉磨產(chǎn)品進(jìn)行了篩分分離，篩分后所得鋼渣粉產(chǎn)品細(xì)度隨粉磨時(shí)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(xué)成分變化情況見表4。
由表3及圖1可以看出,經(jīng)不同粉磨時(shí)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(chǎn)品細(xì)度隨粉磨時(shí)間變化趨勢(shì)與篩分前基本一致，即隨著粉磨時(shí)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(dāng)粉磨時(shí)間達(dá)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(shí)間延長對(duì)鋼渣細(xì)度的貢獻(xiàn)越來越小。
表4的化學(xué)成分變化情況表明，經(jīng)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(dá)32.1%，同時(shí)從燒失量數(shù)據(jù)也可看出，篩余粗鋼渣中鐵或氧化亞鐵含量較高，這進(jìn)一步解釋了鋼渣粉磨到一定程度很難被進(jìn)一步磨細(xì)的原因。
表5和圖2為不同細(xì)度鋼渣的顆粒級(jí)配分布情況。由表5和圖2可以看出，隨著粉磨時(shí)間的增加，鋼渣的平均粒徑逐漸下降，但當(dāng)鋼渣細(xì)度達(dá)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(jié)團(tuán)出現(xiàn)一定的下降。這說明鋼渣在粉磨到一定細(xì)度后，繼續(xù)粉磨將會(huì)出現(xiàn)過粉磨現(xiàn)象，對(duì)于研磨體級(jí)配一定的粉磨系統(tǒng)，鋼渣粉磨存在一個(gè)最佳粉磨細(xì)度。
梅鋼公司原狀灰，細(xì)度（45μm篩余）達(dá)36%，性能較差。為此，對(duì)梅鋼原狀灰進(jìn)行了粉磨，粉磨產(chǎn)品細(xì)度（45μm篩余）為12%，密度為2.21g/cm3 ，比表面積478 m2/kg。
3.2不同細(xì)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(dá)5.62%，使用過程中應(yīng)用不當(dāng)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(yàn)方法測(cè)定了不同細(xì)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(dāng)鋼渣粉比表面積為439 m2/kg時(shí)，在摻量小于30%時(shí)所配水泥安定性均合格，超過40%時(shí)所配水泥安定性不合格；當(dāng)比表面積大于523 m2/kg時(shí)，鋼渣粉摻量不大于40%時(shí)所配水泥安定性也均合格，但當(dāng)鋼渣粉摻量大于50%時(shí)所配水泥安定性不合格。這表明，鋼渣經(jīng)粉磨增加細(xì)度后，可以提高鋼渣粉的安定性，從而提高鋼渣粉應(yīng)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(xì)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(xì)度的提高將進(jìn)一步增加粉磨電耗，提高粉磨成本，為進(jìn)一步平衡鋼渣活性和粉磨電耗的關(guān)系，按用于水泥和混凝土中的粉煤灰活性指數(shù)測(cè)定方法測(cè)定比較了不同細(xì)度鋼渣不同齡期的活性指數(shù)，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(nèi)，隨著鋼渣粉比表面積的增加，鋼渣粉各齡期活性指數(shù)明顯增加；當(dāng)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(shù)逐漸增加，但增加幅度明顯減小。這表明，從性價(jià)比看，鋼渣粉的比表面積過大并不合算，應(yīng)控制在550m2/kg之內(nèi)。
3.2.3流動(dòng)性
由表7同時(shí)可以看出，當(dāng)鋼渣比表面積在439-658m2/kg范圍內(nèi)，隨著鋼渣粉細(xì)度的增加，所配鋼渣粉水泥的流動(dòng)性略有增大，具有與普硅水泥相近的流動(dòng)性?？傮w來看，鋼渣細(xì)度對(duì)水泥流動(dòng)性的影響不大。
3.3不同摻合料復(fù)配試驗(yàn)
結(jié)合鋼渣的粉磨試驗(yàn)及不同細(xì)度鋼渣的系列性能試驗(yàn)結(jié)果，選擇鋼渣的最終粉磨細(xì)度為比表面積523 m2/kg。采用此細(xì)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(shù)接近，但鋼渣粉所配水泥流動(dòng)性明顯高于粉煤灰所配水泥，與基準(zhǔn)水泥流動(dòng)性接近；（2）礦粉早期（3、7天）活性指數(shù)略低于基準(zhǔn)水泥，但28天后齡期的活性指數(shù)明顯高于基準(zhǔn)水泥，同時(shí)礦粉的摻入可以改善水泥的流動(dòng)性；（3）采用鋼渣粉和礦粉復(fù)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(shù)變化不大，28天活性指數(shù)略有降低，所配水泥流動(dòng)性變化不大；（4）采用鋼渣粉、礦粉以及粉煤灰三組分復(fù)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(shù)變化不大，28天活性指數(shù)存在最佳配比，所配水泥流動(dòng)性變化不大。
綜合所配水泥不同齡期活性指數(shù)及流動(dòng)性指標(biāo)，結(jié)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(fù)合微粉，即礦粉：鋼渣粉：粉煤灰=65：25：10，鋼渣細(xì)度選定為比表面積523 m2/kg。
4.結(jié)論
1. 對(duì)于比表面積大于439 m2/kg的梅鋼鋼渣粉，在摻量小于30%時(shí)所配水泥安定性均合格；在比表面積大于523 m2/kg時(shí)，鋼渣粉摻量不大于40%時(shí)所配水泥安定性也均合格；對(duì)于比表面積523 m2/kg的鋼渣粉，鋼渣粉摻量大于50%時(shí)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(shù)接近，低于礦粉，但摻鋼渣粉水泥流動(dòng)性明顯高于粉煤灰，與礦渣粉相當(dāng)，在鋼渣細(xì)度為523 m2/kg時(shí)，摻鋼渣粉水泥流動(dòng)性與基準(zhǔn)水泥接近。
3. 結(jié)合鋼渣的粉磨曲線及不同細(xì)度鋼渣粉所配水泥性能情況，選擇鋼渣粉產(chǎn)品細(xì)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(shù)和流動(dòng)性，以及梅鋼礦渣、鋼渣和粉煤灰的排渣情況，確定最佳復(fù)合微粉配比為：礦粉：鋼渣粉：粉煤灰=65：25：10。該最佳復(fù)合微粉的活性指數(shù)及流動(dòng)性與礦渣粉相當(dāng)，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(dòng)性差的缺點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]張?jiān)粕?李啟令,陳志源.鋼渣作為水泥基材料摻合料的相關(guān)問題.機(jī)械工程材料，2004，（5）：38～40.
