硫铝酸钙复合钢渣水泥的强度性能

硫铝酸钙复合钢渣水泥的强度性能THECOMPRESSIVESTRENGTHOFSULPHOALUMINATESLAGCEMENTBLENDS内容摘要由于C4A3水泥具有优越的早期性能，目前工程和研究方面对C4A3复合水泥的涉入也不断深入。本文利用化学试剂实验室制备C4A3矿物，在普通硅酸盐水泥和钢渣水泥中掺入不同含量的C4A3，探究C4A3对水泥性能的影响。尽管C4A3对复合体系性能的提升效果并不如理论上的明显。但对于C4A3OPC复合体系而言，最佳掺量为5C4A3，水泥3天强度提升2MPA。较低的C4A3掺量（3）对强度提升不明显，而过高的C4A4（7）反而会降低水泥的后期强度。在钢渣水泥中，硫铝酸钙加入没有显示出明显的优越性能，但是5的C4A3依然能小幅提高钢渣水泥的强度。考虑C4A3复合体系中水泥的综合用量，C4A3、石膏和钢渣的掺入会大量减少水泥的用量，结合强度性能方面的因素，本文认为5的C4A3掺量（最大钢渣掺量时水泥用量为772）有利于水泥应用的节能减排。关键词硫铝酸钙，钢渣，强度ABSTRACTTHEREISANINCREASINGINTERESTFORBOTHRESEARCHANDPROJECTAPPLICATIONWORKOFC4A3WHICHPRESENTSEXTRODINARYEARLYPROPERTIESARANGEOFC4A3DOSAGES,PRODUCEDWITHCHEMICALPUREAGENTS,AREAPPLIEDTOTHEOPCANDSLAGBLENDEDCEMENTTOINVESTIGATETHECORRESPONDINGPROPERTIESOFTHEBLENDSNEVERTHELESSTHERESULTEDCOMPRESSIVESTRENGTHOFTHEBLENDSISNOTASGOODEXPECTEDBYINCOORPERATINGC4A3INTOTHEBLENDSTHEREEXISTSANOPTIMALC4A3DOSGE5FORTHEC4A3OPCBINARYSYSTEM,THESTRENGTHOFWHICHISINCREASEDBY2MPAAT3DAYSLOWERC4A3DOSAGESHOWSNOENHANCEMENTTOTHEOVERALLCOMPRESSIVESTRENGTH,WHILEOVEDOSAGEOFC4A3WOULDEVENDECREASETHECOMPRESSIVESTRENGTHFORTHEBLENDSFORTHESLAGBLENDEDCEMENT,THEADDITIONOFC4A3IMPACTNOTSOMUCHONTHESTRENGTH,BUTTHE5DOSAGEISSTILLTHEOPTIMALDOSAGEENHANCINGTHECOMPRESSIVESTRENGTHFORTHEBLENDSTHESLAGCEMENTWITH5C4A3ISCONSIDEREDASACEMENTBLENDSWITHLOWEREDCARBONEMISSIONTAKINGALLTHEFACTORSOFCOMPRESSIVESTRENGTHANDCEMENTRATIOTHELEASTUSAGEOFCEMENTIS772前言C4A3在石膏的作用下，水化生成钙矾石，在水泥的强度提高方面起到很好的作用。因此含C4A3矿物硅酸盐水泥，在提高水泥力学性能、降低水泥消耗方面取得了良好的社会经济收益。钢渣是炼钢过程中排出的废渣，数量约为钢产量的1520，随着钢铁工业的发展，钢渣的数量日益增多，尤其目前提倡可持续经济，因而钢渣的合理利用，也成了当前经济发展中必须考虑的问题。钢渣含有水泥熟料中的一些矿物，所以具有胶凝性。且其大部分为玻璃体形态，在碱性条件下，水化成胶凝性材料。而水泥水化过程产生的CAOH2促进钢渣的水化。从而对水泥的发展有推动作用。钢渣水泥也是我国大量使用的一个水泥品种。本研究旨在探讨含C4A3矿物在硅酸盐水泥中的最佳掺量，并探讨C4A3对钢渣水泥性能的影响。并综合水泥用量和水泥性能两方面的因素分析了该复合体系的节能减排效果。一实验部分11原料分析纯AL2O3，CACO3，CASO42H2O。钢渣来自某钢铁厂，经破碎机破碎，再用球磨机磨细，全部通过008MM方孔筛，比表面积为330M/KG。实验用于调节调节时间的石膏为分析纯二水石膏CASO42H2O。实验用水泥为小野田水泥厂生产的PII525水泥（OPC）。12实验方案制备C4A3单矿，研究掺入不同含量C4A3对普通硅酸盐水泥和钢渣水泥的性能影响。1350下烧制C4A3，含有4FCAO。钢渣掺量限制在国家标准中钢渣水泥的掺量（20）范围内，选取5、10和15，有研究表明C4A3掺入量在5左右时性能最佳，故在该掺量范围附近取点，设计如表1的原材料配比,测量水泥胶砂强度、需水量。表1原材料配比C4A3STEELSLAGOPCCASO42H2O01005951090015850095359031085331580317092258721082251577228708894113实验步骤及方法131C4A3的制备C4A3单矿物用分析纯的CACO3、AL2O3、CASO42H2O合成。三种原料分别研细通过008MM方孔筛，按摩尔比331准确称量并混匀，加少量水压成方块，在45烘箱中烘干，放入高温电阻炉中，在1350煅烧135MIN并保温2H，冷却后，磨细全部通过008MM方孔筛。132物理性能测试本研究采用国家标准GB/T176711999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）制备测定水泥胶砂试体抗折和抗压强度。本实验按照国家标准GB/T13462001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法，测定水泥标准稠度度水量。二实验结果与分析表2为测得的复合水泥的标准稠度和抗压抗折强度。可见C4A3的掺入会显著提高水泥的标稠需水量，钢渣的掺入可以在一定程度上降低水泥的标稠需水量。复合水泥的抗压强度变化规律如图所示。表2复合水泥的需水量和强度C4A3STEEL标稠需水量抗折MPA抗压MPASLAG1D3D28D1D3D28D0【用厂里的数据】466389189369582525840608417833857210256356081152299541015254损坏20601292734880273426087179384582527136668214833054110268255980133303489315263185572101278492029739678918039259152873359771533395521028230568513630652551528227537510928150570298395984184363541图1单掺C4A3普通水泥强度如图1所示，水泥中单掺C4A3，对中后期强度有一定的提高作用。最佳掺量为5，3天强度为392MPA（提高23MPA），28天强度提高不明显。7C4A3掺量的水泥后期强度衰退，证明过高的C4A3掺量对水泥3、28天强度不利，相对于空白样品的水泥而言，强度下降，其中3天下降06MPA，而28天强度下降41MPA。图2C4A3掺量对5钢渣含量复合水泥强度的影响图3C4A3掺量对10钢渣含量复合水泥强度的影响图4C4A3掺量对15钢渣含量复合水泥强度的影响根据图2和3可知，对于5和10钢渣含量的钢渣水泥而言，C4A3的掺入会降低复合水泥的强度（05MPA）。相对而言，5掺量的C4A3对强度的削弱效果较小。对于较高掺量钢渣的复合水泥而言，C4A3的掺入能提高水泥的3和28天强度。对复合水泥的早期水化产物进行了XRD分析，结果见图5、6和7。水泥水化产物主要为氢氧化钙（CH）、钙矾石（AFT）和未反应的熟料矿物。掺有C4A3的复合水泥中的石膏大多在1小时前反应完全。C4A3在3天之内反应完全，主要生成产物为钙矾石（AFT）。而只掺有钢渣的水泥中，石膏在水化反应6小时后才反应完全，水化产物中钙矾石的含量相比于加入C4A3的复合水泥要少很多。CH在含有C4A3的复合体系中于水化6小时左右大量形成；在仅复合有钢渣的复合水泥中，CH的大量形成发生在约水化12小时。图5复合5C4A3的OPC水泥水化产物的XRD图谱图6复合15钢渣的OPC水泥水化产物的XRD图谱图7复合5C4A3和15钢渣的OPC水泥水化产物的XRD图谱综合考虑OPC水泥在复合体系中的用量及其性能，复合适量C4A3的钢渣水泥有利于水泥应用的节能减排。实验应用中C4A3可以用工业生产的硫铝酸钙水泥代替，其生产能耗要远低于OPC水泥熟料的生产。其中5掺量C4A3的钢渣复合水泥的相对能耗最小以28天强度为利，复合水泥中仅用772的OPC水泥，其实际强度（492MPA）高于当量强度（5820772449MPA）约5MPA。三实验结论（1）C4A3掺入对水泥的性能有一定的提高作用，砂浆强度增加23MPA，C4A3最优的掺量为5；（2）较低的C4A3掺量（3）对强度提升不明显，而过高的C4A4（7）反而会降低水泥的后期强度；（3）在钢渣水泥中，硫铝酸钙加入没有显示出明显的优越性能，但是5的C4A3依然能小幅提高钢渣水泥的强度。（4）本文认为5的C4A3掺量