於林鋒，林茂松，王 瓊

(上海市建筑科學(xué)研究院，上海200032)

鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，產(chǎn)量約為粗鋼產(chǎn)量的15% ～20%［1］。其化學(xué)成分與水泥熟料類似，具有一定的水硬性。但由于鋼渣生成溫度更高，其中C3S和C2S等活性組分結(jié)晶致密，晶粒較大，水化活性偏低，鋼渣微粉單獨(dú)作為摻合料的資源化利用技術(shù)尚不成熟，目前大多采用鋼渣與礦渣復(fù)配鋼礦粉進(jìn)行生產(chǎn)與應(yīng)用。

選用合適的激發(fā)劑對鋼礦粉活性進(jìn)行活化處理，可提高鋼渣在鋼礦粉中的摻量及產(chǎn)品的性能，對鋼渣綜合利用的規(guī)?；茝V具有重要意義。已有的研究較多集中在鋼渣激發(fā)劑對其活性的影響方面，而對鋼礦粉復(fù)合摻合料激發(fā)劑的研究較少［2-5］。本文研究幾種激發(fā)劑對鋼礦粉活性的影響，為合理配制復(fù)合激發(fā)劑提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料

(1)鋼渣粉由上海海笠新型建材有限公司提供，S95礦粉由上海寶田新型建材有限公司提供，其化學(xué)組成見表1。(2)基準(zhǔn)水泥由曲阜中聯(lián)水泥有限公司提供。(3)氫氧化鈉、氧化鈣、半水石膏、二水石膏、硫酸鈉、明礬6種市售常用激發(fā)劑由上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

表1 鋼渣粉、礦渣粉的主要化學(xué)成分/%

1.2 試驗(yàn)方法

鋼渣粉與礦渣粉按3:7比例復(fù)配鋼礦粉，各激發(fā)劑按一定摻量以內(nèi)摻方式取代鋼礦粉，參照《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》(GB/T 18046-2008)測定試樣3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度，并與基準(zhǔn)水泥對比，采用活性指數(shù)表征激發(fā)劑的改性效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 氫氧化鈉對鋼礦粉的激發(fā)作用

圖1 氫氧化鈉對鋼礦粉的激發(fā)效果

由圖1可知，與不摻激發(fā)劑的鋼礦粉相比，隨著氫氧化鈉摻量的增加，其3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度活性指數(shù)均先提高再降低。氫氧化鈉的加入為鋼礦粉的水化提供堿性環(huán)境，直接破壞鋼渣中玻璃體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，釋放出硅(鋁)氧四面體等活性組分，加速水化反應(yīng)進(jìn)程。其中摻量在0.03%時(shí)，氫氧化鈉對鋼礦粉28d抗壓強(qiáng)度活性的激發(fā)效果最好，達(dá)到96%。但當(dāng)膠凝體系中堿含量過量時(shí)，多于的OH-將以氫氧化鈣等形式結(jié)晶富集，降低其力學(xué)性能，這對結(jié)構(gòu)早期強(qiáng)度的影響尤為明顯。氫氧化鈉的摻量不宜過大，當(dāng)摻量超過0.03%時(shí)，3d活性指數(shù)顯著降低，當(dāng)摻量超過0.18%時(shí)，試樣的28d活性指數(shù)也降至基準(zhǔn)組以下，氫氧化鈉作為鋼礦粉活性激發(fā)劑的最佳摻量是0.03%。

2.2 氧化鈣對鋼礦粉的激發(fā)作用

圖2 氧化鈣對鋼礦粉的激發(fā)效果

由圖2可知，當(dāng)氧化鈣摻量在0.15%時(shí)，7d活性指數(shù)從未加激發(fā)劑的86%提高到91%，28d活性指數(shù)從未加激發(fā)劑的93%提高到101%，達(dá)到最大值。氧化鈣對鋼礦粉的水化促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在氧化鈣水化為鋼礦粉提供堿性環(huán)境;鈣離子與鋼礦粉中的硅(鋁)氧四面體等反應(yīng)生成C-S-H凝膠;氧化鈣水化放熱提高膠凝體系溫度。當(dāng)氧化鈣摻量小于0.6%時(shí)，其對鋼礦粉3d、7d、28d活性指數(shù)均具有積極的激發(fā)作用。所以，氧化鈣的摻量應(yīng)控制在0.6%以內(nèi)，最優(yōu)摻量為0.15%。

2.3 半水石膏對鋼礦粉的激發(fā)作用

圖3 半水石膏對鋼礦粉的激發(fā)效果

由圖3表明，不同摻量半水石膏對鋼礦粉3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度活性的影響曲線大致相同，都在摻量0.6%時(shí)達(dá)到最大值，強(qiáng)度活性分別為83%、95%、101%。半水石膏在體系中與水反應(yīng)生成具有一定膠凝性能的二水石膏，填充在水泥石中提高結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。另一方面，半水石膏水解為鈣離子與硫酸根，參與水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣等水化產(chǎn)物的形成，結(jié)構(gòu)中具有膠凝性能材料的總量增加，力學(xué)性能提高。半水石膏的最佳單摻摻量為0.6%。

2.4 二水石膏對鋼礦粉的激發(fā)作用

圖4 二水石膏對鋼礦粉的激發(fā)效果

由圖4可知，二水石膏對鋼礦粉的活性激發(fā)在摻量為0.2%時(shí)達(dá)到最大值，強(qiáng)度活性分別為81%、93%、98%。二水石膏對鋼礦粉的激發(fā)機(jī)理與半水石膏類似，主要通過鈣離子與硫酸根離子參與反應(yīng)促進(jìn)水化產(chǎn)物的生成。當(dāng)二水石膏摻量超過0.9%時(shí)，與基準(zhǔn)組相比，鋼礦粉的3d、7d、28d活性指數(shù)均開始下降，因此二水石膏作為激發(fā)劑的摻量應(yīng)控制在0.9%以內(nèi)，最優(yōu)摻量為0.2%。

2.5 硫酸鈉對鋼渣粉的激發(fā)作用

圖5 硫酸鈉對鋼礦粉的激發(fā)效果

由圖5可知，硫酸鈉對鋼礦粉的活性激發(fā)在摻量為0.15%時(shí)達(dá)到最大值，強(qiáng)度活性分別為76%、89%、97%。硫酸鈉作為激發(fā)劑主要參與水化硫鋁酸鈣等水化產(chǎn)物的生成，同時(shí)鈉離子通過在堿性環(huán)境中與原材料玻璃相中的鈣離子置換溶出，促進(jìn)鋼礦粉的分解水化。當(dāng)硫酸鈉摻量超過0.3%時(shí)，與基準(zhǔn)組相比，鋼礦粉的各齡期活性指數(shù)不再提高，硫酸鈉作為激發(fā)劑的最優(yōu)摻量為0.15%。

2.6 各激發(fā)劑對鋼礦粉最佳激發(fā)效果的比較分析

對比各激發(fā)劑在其最優(yōu)摻量下對鋼礦粉抗壓強(qiáng)度的激發(fā)效果，結(jié)果見圖6。由圖6可知，對鋼礦粉激發(fā)效果最好的半水石膏，3d、7d、28d各齡期活性指數(shù)分別增長了8%、9%、8%，這與半水石膏的硫酸鹽激發(fā)及其自身的膠凝性能有關(guān);其次是氧化鈣，28d活性指數(shù)增長了8%，但早期激發(fā)效果不明顯;二水石膏與硫酸鈉對鋼礦粉的28d強(qiáng)度活性激發(fā)作用接近，但對比其早期活性指數(shù)可知二水石膏激發(fā)效果優(yōu)于硫酸鈉;氫氧化鈉的激發(fā)作用做小，各齡期活性指數(shù)僅增長了3% 、5% 、3% 。

圖6 各激發(fā)劑對鋼礦粉激發(fā)效果對比

3 結(jié)論

(1)各激發(fā)劑單摻激發(fā)鋼礦粉的最佳摻量為氫氧化鈉0.03%、氧化鈣0.15%、半水石膏0.6%、二水石膏0.2%、硫酸鈉0.15%。

(2)比較激發(fā)劑對鋼礦粉活性指數(shù)的激發(fā)效果，對鋼礦粉激發(fā)效果較好的激發(fā)劑排序?yàn)?半水石膏、氧化鈣、二水石膏、硫酸鈉、氫氧化鈉，其中半水石膏可提高鋼礦粉各齡期活性指數(shù)8%以上。

［1］ 張同生，劉福田，李義凱，等.激發(fā)劑對鋼渣膠凝材料性能的影響［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2008(4):469-474.

［2］ 唐衛(wèi)軍，任中興，等.鋼渣-礦渣復(fù)合微粉的活性試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2007(12):65-68.

［3］ 蘇登成，唐興國，等.鋼渣活性激發(fā)技術(shù)研究進(jìn)展［J］.中國水泥，2009.4:57-60.

［4］ 李玉祥.不同激發(fā)劑對鋼渣活性影響的研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2013(31):280-284.

［5］ 董濤.幾種激發(fā)劑對鋼渣早期活性的影響［J］.建材技術(shù)與應(yīng)用，2014(4):8-10.