admin
1 前言
干粉砂浆是指由专门的厂家生产的在施工现场使用的一种新型建筑砂浆品种, 其主要由胶凝材料、细骨料以及矿物掺合料和外加剂等经干燥、计量、混合系统混合均匀后袋装或散装运至施工现场加水搅拌直接使用的砂浆产品。但干粉砂浆所用的天然河砂细骨料, 属于不可再生资源, 将越来越短缺。冶金渣是钢铁企业炼铁和炼钢生产过程中排出的废弃物, 不仅占用了大量的土地, 还对空气、地下水等产生污染, 对周围的生态环境产生较大的危害,同时也是一种资源的浪费。但是由于钢渣等经高温熔融后自然冷却, 使其具有较高的机械强度, 加工处理后完全可以替代天然河砂; 冶金渣的化学组成近似于低饱和比的水泥熟料, 具有潜在的活性。因此,对冶金渣经加工后替代天然河砂和水泥生产干粉砂浆进行了研究试验, 取得了成功, 提高的冶金渣的综合利用水平和价值。
2 原材料
2.1 冶金渣
试验所用的钢渣和渣壳全部取自济南钢铁集团总公司( 简称济钢) 的钢渣和渣壳磁选处理厂处理以后的尾渣, 钢渣经热焖处理, 矿渣取自炼铁渣场, 其化学成分见表1。
钢渣是转炉炼钢过程中产生的、自然冷却的废弃物, 呈致密块状, 主要矿物组成有2CaOSiO3、CaOSiO2、Ca(VTiO7) 及RO 相体; 摩氏硬度达8.5, 容重1.5t/m3, 钢渣压碎值为15。渣壳是高炉炼铁过程中产生的、自然冷却的废弃物, 结构及硬度与钢渣近似。矿渣是高炉炼铁过程中产生的、由高压冷却水水淬形成的细小颗粒状物料, 结构空疏松, 主要矿物为玻璃相, 摩氏硬度在4.5, 容重1.28 t/m3, 压碎值达26,不适宜替代天然河砂, 但它具有比钢渣和渣壳高的活性。冶金渣全部进行破碎、筛分处理, 取粒度在0.6～2.5mm 的连续级配砂。
2.2 其它原材料的选择
采用炉料公司生产的“济钢牌”32.5 等级矿渣硅酸盐水泥。复合微粉采用本公司生产的矿渣微粉和钢渣微粉进行复合而成。外加剂采用本公司针对利用冶金渣生产干粉砂浆而开发的高效砂浆外加剂,其性能符合砂浆外加剂的各项性能指标。
3 影响冶金渣干粉砂浆性能的因素
根据各冶金渣的化学成分及相关资料和经验,结合济南市建筑市场对砂浆性能的要求, 以利用冶金渣生产抹灰干粉砂浆DP15 等级为主进行试验。实验标准参照JGJ98 《砌筑砂浆配合比设计规程》,并依据JGJ70《砂浆基本性能试验方法》。
3.1 钢渣砂对砂浆各项性能的影响
同样配比下, 利用钢渣替代天然河砂对砂浆各项性能的影响的试验结果见表2。
表2 钢渣砂替代天然砂对砂浆各项性能的影响
从表2 可以看出, 单纯利用钢渣砂替代天然河砂, 砂浆的需水量、分层度都有提高, 和易性变差。密度提高, 意味着单位面积使用砂浆的量增加, 对使用方来说是个不利的因素。
3.2 复合微粉替代水泥对砂浆和易性的影响
针对存在的问题, 根据相关资料的介绍, 采取了添加矿物外加剂的方法来改善砂浆的和易性。添加的矿物外加剂是矿渣微粉和钢渣微粉。国内的有关研究资料表明, 单掺矿渣微粉的干粉砂浆会出现泌水现象, 因此将矿渣微粉和钢渣微粉按不同的比例进行复合混掺, 随钢渣微粉混掺比例的增加, 制备A1、A2、A3、A4 四组样品, 以检测不同比例的复合微粉替代水泥对砂浆各项性能的影响, 并加入部分矿渣砂来降低砂浆的密度。试验配比见表3, 复合微粉替代水泥对砂浆性能影响见表4。
表3 复合微粉替代水泥试验配比
表4 复合微粉替代水泥对砂浆性能的影响
从表4 数据分析可知: ( 1) 利用矿渣砂替代钢渣砂, 可以降低砂浆的密度, 对砂浆的性能基本没有影响; ( 2) 利用复合微粉替代水泥作为胶凝材料, 对砂浆和易性的改善是明显的, 但随着钢渣微粉在复合微粉中比例的增加, 砂浆的强度会有较大的降低。( 3) 在以上4 组试验中, A1 组是最佳的配方。
3.3 冶金渣干粉砂浆长期稳定性
由于钢渣是经过高温熔融后自然或喷水冷却形成的, 按照炼钢工艺的要求, 造渣的主要物质冶金石灰是过量加入的, 因此, 钢渣中含有大量的游离氧化钙, 冷却后所形成的矿物具有潜在的活性, 在长期与空气接触过程中, 会与空气中的水分等产生缓慢反应, 造成钢渣颗粒体积的膨胀, 钢渣综合利用的难点就在于它的长期不稳定性。利用钢渣砂替代天然河砂生产的干粉砂浆, 在使用凝固以后, 也会因钢渣砂颗粒的膨胀而造成空鼓、开裂、脱落等现象。在试验的过程中, 对砂浆的试体都分别进行了50、100℃和利用蒸压釜进行210℃、2MPa 高温高压养护试验。试验结果表明, 仅仅利用钢渣砂替代天然河砂的砂浆试体, 在100℃蒸气养护过程中就出现了体积变形, 中心有明显的膨胀, 造成试体开裂或溃散; 添加了矿渣的试体在高温高压条件下, 试体也出现了开裂。以上现象说明, 单纯利用钢渣替代天然河砂生产的干粉砂浆, 存在长期的体积稳定性问题, 而JGJ70《砂浆基本性能试验方法》是基于天然河砂为惰性物质的基础上制定的, 仅仅用这个方法对冶金渣干粉砂浆进行检测是不全面的。在解决这个问题的试验中, 引入了另外一种冶金废渣—渣壳。经过高温高压试验表明, 它的体积是稳定的。在A1 配比的基础上通过多次试验, 利用渣壳替代部分钢渣, 完全可以解决膨胀性的问题, 试验结果见表5。
4 第三方检测
为检验利用冶金渣生产的干粉砂浆的性能, 按照A1 配方, 并利用渣壳砂替代50%钢渣砂制备了样品, 送山东省建筑材料质量检验中心, 按照JGJ70《砂浆基本性能试验方法》和《北京市干粉砂浆应用技术规程》进行检验, 结果见表6。
表6 冶金渣干粉砂浆第三方检验报告
5 结语
从以上各项试验数据说明, 利用各种冶金渣制砂替代天然河砂、复合微粉替代水泥生产干粉砂浆是完全可行的。由于天然河砂是不可再生资源, 利用冶金渣砂生产干粉砂浆, 不但为钢铁企业实现循环经济提供了新的途径, 同时减少了天然河砂的开采,保护了环境; 复合微粉替代水泥, 减少了水泥用量,也是节能的有效途径。因此, 利用冶金矿渣生产干粉砂浆, 具有极高的经济效益和社会效益。在利用冶金渣生产干粉砂浆过程中要注意几方面的问题: ( 1) 对钢渣进行预处理或采用各种方法进行陈化, 试验采用的是热焖处理的钢渣, 在热焖过程中钢渣中的游离氧化钙和膨胀性都得到了不同程度的消解。( 2) 合理搭配各种冶金渣的比例。( 3) 控制好钢渣中游离氧化钙的含量。( 4) 产品检验要增加高温高压蒸养试验。( 5) 采用适合冶金渣性能的化学和矿物外加剂, 以保证干粉砂浆的各项性能。
