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公司動(dòng)態(tài)

• 鋼渣粉固化改良膨脹性黏土機(jī)理研究

  　　ITIBMI　　膨脹性黏土作為一種特殊的高塑性土，其含有大量裂隙和親水性礦物（伊利石、綠泥石和蒙脫石），遇水后裂隙易發(fā)育并擴(kuò)散，導(dǎo)致黏土顆粒吸水膨脹，失水收縮干裂。膨脹性黏土的變形具有復(fù)雜性、多發(fā)性、反復(fù)性和長(zhǎng)期潛在性，為了克服其膨脹收縮性和軟化崩解性，眾多科研人員采用石灰、水泥、粉煤灰、氯化鈣等添加劑對(duì)膨脹性土進(jìn)行化學(xué)改良。這些改良劑通過(guò)與顆粒間的膠結(jié)作用、離子交換、硬凝和碳化作用，有效抑制了土體的脹縮性和裂隙發(fā)展。然而，傳統(tǒng)改良劑的生產(chǎn)成本和二氧化碳排放量較高，為了適應(yīng)“碳達(dá)峰-碳中和”的綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，磷石膏、聚丙烯、堿礦渣和鋼渣粉（steel slag powder，SSP）等替代改性劑逐漸被應(yīng)用，其中鋼渣粉已廣泛應(yīng)用于膨脹性黏土改良、農(nóng)業(yè)肥料、道路建設(shè)等領(lǐng)域。鋼渣粉是粗鋼生產(chǎn)過(guò)程中的一種工業(yè)廢棄物。中國(guó)粗鋼總產(chǎn)量約占世界總量的1/2，其中鋼渣年產(chǎn)量高達(dá)1.1億噸。相比于日本、歐洲和澳大利亞等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)的鋼渣綜合利用率僅為29.5%。其主要用于土木工程（10.1%）、水泥生產(chǎn)（9.3%）、土壤改良和道路建設(shè)（7.5%）以及其它用途（2.6%）。我國(guó)SSP綜合利用率較低的主要原因包括生產(chǎn)制造工藝的滯后、科研水平的不足、法律政策的限制以及缺乏行之有效的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。如果我國(guó)不加快提高鋼渣的回收利用率，將會(huì)導(dǎo)致大量環(huán)境污染和土壤資源的浪費(fèi)。由于鋼渣粉中含有特殊的礦物和化學(xué)成分（如氧化鐵和氧化鈣等）它可以與土體中的水分和黏土顆粒發(fā)生離子交換及膠結(jié)反應(yīng)，從而形成穩(wěn)定的凝膠物質(zhì)，填充裂隙并有效地黏結(jié)土顆粒。這一過(guò)程能夠提高土體結(jié)構(gòu)的密實(shí)性和整體性，顯著改善膨脹土的塑性、自由膨脹率、未固化強(qiáng)度和排水性能等。利用鋼渣粉改良問(wèn)題土的工程性質(zhì)，不僅符合低碳和環(huán)保發(fā)展理念，還可以提高固廢資源的高附加值利用，并降低工程處理成本。本文從宏觀及微觀角度分析總結(jié)了鋼渣粉的性質(zhì)和組成、改良土的機(jī)理、工程效果以及應(yīng)用前景，旨在全面闡述鋼渣粉改良土的研究?jī)?yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)SSP改良土存在的不足及未來(lái)的發(fā)展方向提出幾點(diǎn)建議，以期為問(wèn)題土的改良提供新的思路和途徑。　　1鋼渣粉的特性　　1.1鋼渣粉的理化特性　　鋼渣粉是在高溫環(huán)境下，通過(guò)轉(zhuǎn)爐、電爐或平爐生產(chǎn)分離出的工業(yè)副產(chǎn)品，主要由礦石、石灰石（CaCO3）、焦炭和氧等原料組成。根據(jù)鋼渣粉的生產(chǎn)工藝及堿度值R=ω(CaO)/ω(SiO2+P2O5)（ω為質(zhì)量）的不同，可將其分為高爐渣（blast furnace slag，BFS）、電弧爐渣（electric arc furnace，EAF）、鋼包爐渣（ladle furnace slag，LFS）或堿性氧爐渣（basic oxygen furnace，BOF）。其中，當(dāng)鋼渣粉R＜1.8時(shí)，稱為低堿度鋼渣；R=1.8～2.5時(shí)，稱為中堿度鋼渣；R＞2.5稱為高堿度鋼渣，此時(shí)易形成C2S和C3S等礦物。Oluwasola等認(rèn)為轉(zhuǎn)爐鋼渣具有良好的壓實(shí)性好、吸水率低、良好的內(nèi)摩擦力及排水自由等優(yōu)點(diǎn)。由于煉鋼廠生產(chǎn)工藝（如：廢金屬和鐵水中存在的雜質(zhì)、溫度、氣體環(huán)境、鐵礦石成分以及鐵礦石與燒結(jié)礦的比例、冷卻速度、助熔劑摻量等）的差異性，容易導(dǎo)致鋼渣粉的礦物成分、電導(dǎo)率、表面積、化學(xué)組成、孔隙率和PH值等理化性質(zhì)的變化。綜上所述，SSP具有良好的吸水性、高密度、較大的比表面積、豐富的棱角、較高的硬度等一系列特定的性質(zhì)，適當(dāng)提高SSP堿度可增加其水化活性。但由于SSP體積安定性較差及生產(chǎn)工藝的影響，很大程度上限制其工程應(yīng)用領(lǐng)域。鋼渣粉主要的礦物成分包括橄欖石、FeAlO3(CaO)2、Ca2Fe2O5、C4AF、C2F、β-C2S或α-C2S、Ca2SiO4、鎂硅鈣石、FeO、MgO、C3S、惰性礦物（簡(jiǎn)稱為“RO相”）和CaO-FeO-MnO-MgO等組成。大量研究表明SSP屬于含鈣量較高的固體廢物，其中，C2S、C3S、C2F和C4AF構(gòu)成的SSP與硅酸鹽水泥礦物成分相似。雖SSP的衍射峰較為復(fù)雜，礦物晶體形狀不規(guī)則，但SSP中的固體可溶性成分含量較高，有利于水化溶解，形成膠凝狀物質(zhì)，進(jìn)而改良土壤的膠結(jié)性能。另外，SSP的冷卻速度、化學(xué)組成、熔劑類型、顆粒形狀、顆粒大小分布及性質(zhì)對(duì)土壤改良效果會(huì)產(chǎn)生重要影響。因此，對(duì)不同工藝條件下的SSP化學(xué)成分和含量進(jìn)行詳細(xì)分析對(duì)于土壤改良具有重要意義（表1）?！　”?國(guó)內(nèi)外鋼渣粉主要的化學(xué)成分與質(zhì)量分?jǐn)?shù)　　綜上分析，SSP化學(xué)組成主要包括氧化鐵（FeO/Fe2O3）、氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO2）、氧化鎂（MgO）和氧化鋁（Al2O3），質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8%～30%、35%～65%、10%～20%、3%～10%和1%～6%，其中還含少量的Na2O、MnO、SO3和五氧化二磷等。生產(chǎn)工藝主要是EAF和BOF，其中EAF生產(chǎn)的礦物成分有絲光石和克氏石礦等，這些惰性物質(zhì)在常溫下不發(fā)生水化反應(yīng)，結(jié)合能較差。而B(niǎo)OF生產(chǎn)的礦物成分主要為硅酸二鈣、鐵酸二鈣、硅酸三鈣、氫氧化鈣、氧化鈣等，其水硬活性主要來(lái)源于C3S和C2S含量，含量越高水化活性越高。然而，在不同生產(chǎn)工藝下，SSP的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)特性、礦物組成、粒度、含量及性能顯著變化。特別是SSP中高含量的游離氧化鈣和氧化鎂，會(huì)與孔隙中的水分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致SSP體積迅速膨脹，從而降低其體積穩(wěn)定性。因此，不同的生產(chǎn)工藝會(huì)直接影響SSP的化學(xué)活性及穩(wěn)定性，進(jìn)而對(duì)土體改良效果產(chǎn)生重要影響?！　?.2鋼渣粉的膠凝活性　　鋼渣粉的膠凝活性對(duì)其改良土體的效果具有重要影響。水化活性越高產(chǎn)生的水化產(chǎn)物，如C-AG和C-S-H凝膠、鈣礬石（AFt）和Ca(OH)2等就越多，與黏土礦物顆粒接觸面積就越大，包裹填充裂隙就越緊密，顆粒間黏結(jié)力和整體穩(wěn)定性就越好。當(dāng)SSP中ω(Al)/ω(Ca)比例高于ω(Ca)/ω(Si)時(shí)，改良土的膠凝特性和力學(xué)強(qiáng)度表現(xiàn)較好。然而，由于SSP中的硅鋁酸鹽礦物是在高溫下形成的玻璃體結(jié)構(gòu)，晶粒較大、結(jié)構(gòu)密度較高，并且含有Si-O和Al-O化學(xué)鍵，導(dǎo)致部分C3S和C2S晶體在常溫下水化活性低。Wang等認(rèn)為提高SSP顆粒細(xì)度、養(yǎng)護(hù)溫度或溶液堿度可加速其早期水化速率，其中堿激發(fā)劑的作用效果更加顯著。目前，常用的堿激發(fā)劑包括氫氧化鈉（NaOH）、石灰（CaO）、水泥（CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3）、水玻璃（Na2SiO3）、硫酸鈉（Na2SO4）、鋁酸鈉（NaAlO2）、硅灰（CaSiO3）、硫酸鋁（Al?(SO?)?）和石膏（CaSO4·2H2O）等。王強(qiáng)證明了在適宜的堿性環(huán)境下SSP中的四面體會(huì)發(fā)生解聚，導(dǎo)致Si-O和Al-O化學(xué)鍵斷裂，從而提高SSP的水化反應(yīng)速率。此外，王琴、邵雁等考察K2CO3、Na2CO3、NaOH、Na2SiO3、Na2SO4、NaAlO2等6種不同化學(xué)激發(fā)劑對(duì)SSP活性的影響，結(jié)果顯示3%～7%的Na2SO4是效果及穩(wěn)定性最好的化學(xué)激發(fā)劑。綜上研究表明，堿激發(fā)劑可以提高反應(yīng)體系的堿度，促進(jìn)SSP中的陽(yáng)離子交換，進(jìn)而破壞SSP中的玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，促使水化產(chǎn)物（C-SH）的轉(zhuǎn)化和鈣礬石（AFt）晶體的生成，形成更加穩(wěn)定的水化產(chǎn)物和結(jié)構(gòu)，從而提高SSP礦物組分的溶解和反應(yīng)?！　un等認(rèn)為堿活化SSP水化產(chǎn)物Ca(OH)2的含量較低，結(jié)晶性較差，單一激發(fā)劑很難提高鋼渣粉膠凝材料活性，而復(fù)合堿激發(fā)劑的改良效果更好。鑒于單一激發(fā)劑對(duì)SSP催化效果并不明顯，實(shí)踐中通常采用2種或以上的激發(fā)劑復(fù)合使用，以獲得更優(yōu)異的SSP性能。朱伶俐等指出氫氧化鈉、生石灰、水玻璃、石膏、明礬、高嶺土、水泥熟料、硫酸鈉、三乙醇胺、硫酸鋁鉀和硫酸鋁等作為復(fù)合激發(fā)劑可顯著提高SSP的水化活性，加快其水化膠凝速度。樊傳剛等發(fā)現(xiàn)采用5%石膏和堿激發(fā)劑作為復(fù)合激發(fā)劑可以有效催化SSP的活性，提高膠凝材料的抗壓強(qiáng)度。而范立瑛等的研究則發(fā)現(xiàn)高嶺土對(duì)SSP活性沒(méi)有催化作用，同時(shí)認(rèn)為復(fù)配激發(fā)劑（3%硫酸鋁+2%水泥熟料+0.2%水玻璃+0.8%三乙醇）具有良好的激發(fā)效果。程從密等認(rèn)為1%CaSO4·1/2H2O和0.4%NaOH復(fù)合改良SSP-水泥早強(qiáng)效果最佳。溫建[49]的研究表明Na2SiO3、Na2SO4和氯化鈣對(duì)鋼渣粉-水泥膠凝強(qiáng)度具有增強(qiáng)作用，當(dāng)氯化鈣摻量為4%時(shí)，激活效果最好。此外，魏瑞麗等指出鋁酸鈉、硅灰都能提高SSP的活性，但硫酸鈉對(duì)SSP的激發(fā)效果較差。而You等研究表明硅灰、NaOH2種激發(fā)劑的激發(fā)效果最為突出。邵俐等的研究結(jié)果顯示加入石膏和硫酸鈉能加快礦渣水化反應(yīng)，降低凍融循環(huán)對(duì)固化土的影響，并表示硫酸鈉的抵抗性更強(qiáng)。梅楊認(rèn)為激發(fā)劑類型對(duì)膠凝材料強(qiáng)度影響最為顯著，其中雙摻Ca(OH)2和Na2SiO3最佳比例為5:1，摻量為4%時(shí)對(duì)礦粉活性激發(fā)效果最好。綜上分析，復(fù)合激發(fā)劑對(duì)鋼渣粉膠凝活性和強(qiáng)度增強(qiáng)效果更加顯著，改良土體的力學(xué)特性也更加優(yōu)異。由于激發(fā)劑種類多樣性、摻量差異性，以及激發(fā)劑對(duì)SSP以及激發(fā)劑與激發(fā)劑之間的反應(yīng)機(jī)理尚未深入分析，導(dǎo)致復(fù)合改良效果也不盡相同。因此，盡管復(fù)合激發(fā)劑對(duì)SSP具有較好的激發(fā)效果，但仍需進(jìn)一步確定復(fù)合堿激發(fā)劑的最佳摻量、組合方式及應(yīng)用條件?！　?膨脹性黏土破壞機(jī)制　　膨脹性黏土具有失水收縮與吸水膨脹的特性，容易導(dǎo)致土體內(nèi)部和表面產(chǎn)生大量微裂隙，致使雨水滲入并降低土體的強(qiáng)度，從而引起土體的整體性破壞。這個(gè)過(guò)程主要包括物化作用、吸水膨脹和楔裂壓力等共同作用。2001年，譚羅榮提出膨脹性黏性土都會(huì)經(jīng)歷吸水-失水-泥化-崩解-破壞，并指出土體崩解破壞的前提是結(jié)構(gòu)擾動(dòng)破壞、失水產(chǎn)生收縮拉裂及吸水產(chǎn)生膨脹應(yīng)力破壞3個(gè)過(guò)程。膨脹性黏土崩解破壞機(jī)制包含黏土礦物遇水產(chǎn)生的膨脹力、孔隙中氣泡溢出產(chǎn)生的推力、水膜楔入力及浮重力等作用，這些作用打破了土體內(nèi)部聯(lián)結(jié)力與崩解力之間的平衡，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞。由于膨脹土含有蒙脫石和伊利石，水敏性較強(qiáng)，這是導(dǎo)致土體內(nèi)部膠結(jié)膨脹、結(jié)構(gòu)破壞、結(jié)構(gòu)衰變和強(qiáng)度衰減的主要原因。遇水后，膨脹土內(nèi)部會(huì)發(fā)生差異膨脹和變形，水壓力作用下，孔隙、裂隙擴(kuò)展引起膨脹崩解破壞。馬婧等指出在化-水-力協(xié)同作用下，顆粒間發(fā)生離子交換、化學(xué)反應(yīng)和水合斥力會(huì)影響蒙脫石層間膨脹、擴(kuò)散雙電層膨脹以及層疊體裂解，見(jiàn)圖1（a）。張凌凱等提出膨脹土在干濕-凍融循環(huán)作用下的破壞機(jī)制，即干濕循環(huán)會(huì)增加膨脹土裂隙，凍融循環(huán)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致黏土顆粒間的微裂隙被崩解破壞的細(xì)顆粒填充，從而減弱顆粒間的黏結(jié)力，見(jiàn)圖1（b）（c）?？傊?，吸水-失水-凍融作用會(huì)導(dǎo)致部分膠結(jié)物被稀釋、軟化或溶解，裂隙貫通形成非均勻的孔隙水壓力，使土體局部產(chǎn)生應(yīng)力集中。與此同時(shí)，顆粒間的黏聚力、內(nèi)摩擦力以及顆粒間咬合力也會(huì)減弱，土顆粒間基質(zhì)吸力小于膨脹力，進(jìn)而導(dǎo)致巖土顆粒碎裂、剝落和崩解。　?。╝）不同壓實(shí)度下膨脹變形與層疊體間離子交換　?。╞）壓縮變形破壞示意圖　　（c）干濕-凍融循環(huán)變形破壞示意圖　　黏土礦物的脹縮性易受溫度和水分影響，環(huán)境溫度的升高或降低均可導(dǎo)致土壤中礦物顆粒邊界的熱膨脹或冷縮，進(jìn)而引發(fā)黏土顆粒內(nèi)部產(chǎn)生拉壓應(yīng)力，從而使土體出現(xiàn)不均勻膨脹收縮應(yīng)力。在此過(guò)程中，團(tuán)聚體內(nèi)產(chǎn)生微裂紋并不斷擴(kuò)展，當(dāng)溫度升降速率較快時(shí)，此現(xiàn)象更為顯著。這是因?yàn)闇囟壬邓俾试酱?，土壤中礦物顆粒之間或顆粒內(nèi)部的不協(xié)調(diào)變形將更加顯著，從而使土壤中的微裂紋擴(kuò)展更為嚴(yán)重且數(shù)量更多。同時(shí)，土壤表面的水分蒸發(fā)速度較快，而內(nèi)部蒸發(fā)速度較慢，使得含水率分布不均勻形成水力梯度，產(chǎn)生內(nèi)外應(yīng)力差，導(dǎo)致裂紋形成。吳道祥等從黏性土的化學(xué)成分與細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征入手，發(fā)現(xiàn)黏土礦物中的蒙脫石結(jié)構(gòu)單元層間以O(shè)-O鍵相聯(lián)結(jié)，鍵力極弱，遇水后具有氧鍵的強(qiáng)極化水分子很容易楔入其中，使其分開(kāi)。同時(shí)極化水分子變?yōu)樗?yáng)離子H3O+進(jìn)入結(jié)構(gòu)單元層間和水化膜之中，使層間間距及水化膜厚度增大，進(jìn)而造成顆粒體積膨脹。由于內(nèi)部體積膨脹的不均勻性，導(dǎo)致土體內(nèi)部出現(xiàn)不均勻應(yīng)力而使土顆粒碎裂破壞。綜上所述，化學(xué)-水-力的相互作用均會(huì)導(dǎo)致土體吸水膨脹，并在其內(nèi)部產(chǎn)生不均勻應(yīng)力以及溶解掉部分的膠結(jié)物。隨著膠結(jié)物稀釋、軟化、溶解和流失，導(dǎo)致顆粒間發(fā)生膨脹、收縮，甚至失去膠結(jié)力而崩解。同時(shí)，由于膨脹性黏土礦物的親水性和孔隙的連通性，使得孔隙的導(dǎo)水性和容水的能力增強(qiáng)，這會(huì)擴(kuò)大水和巖體的接觸面。當(dāng)化學(xué)溶液和水侵入孔隙、裂隙中時(shí)，多相界面的離子水化膜增厚，導(dǎo)致巖土體發(fā)生膨脹破壞。其中，影響土壤膨脹破壞的因素主要包括雨水侵蝕、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤擾動(dòng)情況、黏粒含量、礦物成分、成土過(guò)程、土壤脹縮性、pH以及土壤所受到的外部應(yīng)力等。　　3鋼渣粉改良土的微觀機(jī)理　　3.1物理改良　　鋼渣粉所含礦物主要是氧化鈣、氧化鐵和氧化硅，礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)80%。同時(shí)，由于SSP的孔隙率大、自身體積小、較為堅(jiān)硬、比表面積高，且具有很強(qiáng)的膠凝特性。石榮劍等發(fā)現(xiàn)鋼纖維能有效抑制水分入侵和冰透鏡體的生長(zhǎng)，從而減小土體的膨脹率。因此以SSP作為改良劑填充土壤顆粒之間的孔隙，可以提高土壤的密實(shí)度和水穩(wěn)定性，在這個(gè)過(guò)程中，土顆粒與SSP發(fā)生排列和組合。SSP作為一種新型的土壤改良材料，可以與土體發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)相互作用。但針對(duì)SSP改良問(wèn)題土方面的研究也相對(duì)較少，其微觀改良機(jī)理也尚未被系統(tǒng)論述。因此，本文擬從物理和化學(xué)2個(gè)方面分析其改良機(jī)制，探索SSP改良固化土壤的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而完善SSP改良土的相關(guān)研究理論。根據(jù)鋼渣粉粒徑的不同，其作用機(jī)制也會(huì)有一定差異。當(dāng)鋼渣粒徑較大時(shí)，主要起到骨料支撐土顆粒的作用，可以使土顆粒包裹在鋼渣孔隙之間，從而有效提高土體的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度。隨著鋼渣細(xì)度的增加，物體表面的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，晶格及鍵能減小，比表面積增大，與黏土顆粒表面的接觸面積增大，因此可以有效填充土壤裂隙或孔隙，增加土壤的密實(shí)度?！　【C上所述，物理改良機(jī)理主要包括細(xì)顆粒填充作用、摩擦作用及粗顆粒的骨架支撐作用?！　?）鋼渣粉顆粒具有一定的粒徑和形狀，當(dāng)SSP與膨脹性黏土混合時(shí)，鋼渣粉細(xì)顆?？梢蕴畛渫寥李w粒之間的孔隙，增加土壤的密實(shí)度和穩(wěn)定性?！　?）鋼渣粉細(xì)顆粒間具有一定的摩擦作用，提高團(tuán)粒間的摩擦力，進(jìn)而增加膨脹土的內(nèi)聚力和抗剪強(qiáng)度?！　?）大顆粒的鋼渣粉具有較高的強(qiáng)度和剛度，可以增加土壤的整體強(qiáng)度和剛度，提高土壤的承載能力和抗沉降性能，從而改善膨脹土的工程性質(zhì)?！　?.2化學(xué)改良　　指出激發(fā)劑作用下SSP改良土發(fā)生了陽(yáng)離子交換，即氧化鈣中電離出的Ca2+和土壤表面的Na+、K+發(fā)生吸附交換，從而減少了擴(kuò)散層厚度，縮小了黏土顆粒間距，提高顆粒間的黏結(jié)性能，使得黏土顆粒發(fā)生團(tuán)聚。同時(shí)，氧化鈣還會(huì)與土壤中的水和二氧化碳反應(yīng)生成鈣碳酸鹽，形成密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)，從而提高土壤的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能。吳子龍等探討了SSP、偏高嶺土摻入水泥改良土的微觀機(jī)制，他們發(fā)現(xiàn)由于SSP與水泥的組分含量存在差異，當(dāng)鋼渣粉中Al2O3含量較少時(shí)，礦物水化活性低，不利于形成C-A(S)-H膠凝物質(zhì)，因此不利于提高土體早期強(qiáng)度。另外，SSP中的玻璃體硅酸鈣早期水化程度低且緩慢，無(wú)法快速反應(yīng)形成膠體和鈣礬石填充土體孔隙。同時(shí)，由于SSP具有廣泛的礦物化學(xué)成分，碳化過(guò)程中會(huì)改變SSP的物理、化學(xué)、礦物學(xué)和力學(xué)性能。Yu等也驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)碳化處理的SSP可顯著提高土體的抗剪強(qiáng)度。但改良過(guò)程中生成的方解石易附著在黏土顆粒表面，由于方解石對(duì)高嶺石、蒙脫石的膠結(jié)作用弱于石英，導(dǎo)致片狀的高嶺石和蜂窩狀的蒙脫石在干濕循環(huán)后容易流失。綜上研究，SSP改良土的過(guò)程中，發(fā)生了離子交換、水化反應(yīng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化等化學(xué)反應(yīng)。從微觀角度分析，SSP易發(fā)生水化反應(yīng)生成無(wú)定形水化硅酸鈣（C-S-H）和水化鋁酸鈣（C-AH）、水化硅鋁酸鹽（C-A-F-H）和少量的鈣礬石（AFt）等凝膠物質(zhì)填充在孔隙中，并包裹顆粒表面形成穩(wěn)定的團(tuán)聚體。同時(shí)形成的板狀Ca(OH)2以結(jié)晶形式分布在顆粒表面，增強(qiáng)顆粒間的黏聚力?！　¤b于鋼渣粉表面分布大量的陽(yáng)離子（如Al3+、Ca2+和Mg2+等），能與黏土礦物可以發(fā)生離子交換和化學(xué)反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物C-S-H凝膠，進(jìn)而提高土體的密實(shí)性和膠結(jié)力。劉翼飛等指出，堿性環(huán)境下的Ca2+可以與Na+進(jìn)行離子交換反應(yīng)，導(dǎo)致孔隙中游離的Ca2+吸附在黏土顆粒表面，從而生成填充和黏結(jié)作用的膠結(jié)物質(zhì)，增強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。Tian等則利用脫硫碳化鋼渣粉（DS）改良土壤，并發(fā)現(xiàn)DS可以提供高濃度的Ca2+形成團(tuán)聚體，從而有效抑制干裂縫的發(fā)育和擴(kuò)展，降低裂縫面積密度和平均裂縫寬度。綜上所述，SSP中含有一定的活性礦物成分，與水接觸時(shí)會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物C-S-H、C-A-H和微量鈣礬石等。同時(shí)，SSP中的某些成分可以與黏土顆粒中的礦物質(zhì)發(fā)生離子交換及吸附反應(yīng)，形成凝膠和新的物質(zhì)。這些產(chǎn)物可以填充土壤顆粒之間的孔隙，增加土壤的密實(shí)度和穩(wěn)定性（圖2）。此外，為了提高鋼渣粉的物理、化學(xué)活性和早期強(qiáng)度，可以采用細(xì)度更高的鋼渣粉，增加其表面接觸面積。同時(shí)也可以添加化學(xué)激發(fā)劑（如水泥、石灰、水玻璃、粉煤灰、碳酸鈉、礦堿和NaOH等），在堿性環(huán)境中激發(fā)SSP的水化活性，提高其水化凝膠產(chǎn)物的形成速度，增加土體早期強(qiáng)度?！　。╝）未改良土粒間孔隙　　（b）水化膠結(jié)填充　?。╟）粒間離子吸附交換　?。╠）團(tuán)聚體間改良過(guò)程　　3.3復(fù)合改良　　凝物質(zhì)，增加土壤的密實(shí)度和穩(wěn)定性。吳子龍等、于佳麗發(fā)現(xiàn)在堿性（NaOH）環(huán)境中可以激鋼渣粉中的硅鋁酸鹽礦物是在高溫下形成的玻璃體結(jié)構(gòu)，主要以硅氧/鋁氧四面體的形式存在，晶格較大，結(jié)構(gòu)密度較高，化學(xué)活性和吸附性較弱，導(dǎo)致SSP中的C3S和C2S晶體在常溫下的水化速率和膠凝活性較低。因此，需要添加一定的激發(fā)劑提高其化學(xué)活性，促進(jìn)SSP水化反應(yīng)生成膠發(fā)SSP的水化活性，提高其水化產(chǎn)物的形成速度，增加土體固化強(qiáng)度。然而，由于固化過(guò)程中發(fā)生大量Na+交換，變?yōu)橐姿拟c型黏土，使其吸水膨脹能力增強(qiáng)。Gu等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)NaOH、NaCl和Na2SO4可以提高SSP反應(yīng)物的活性，當(dāng)NaCl和Na2SO4摻量為5%時(shí)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（unconfined compression strength，UCS）分別提高8.02 MPa和10.88 MPa，說(shuō)明催化劑可以有效提高改良土早期強(qiáng)度。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)堿激發(fā)劑的加入可以促進(jìn)改良劑發(fā)生水化反應(yīng)，生成更加穩(wěn)定的凝膠物質(zhì)，充分填充土體微裂隙，絮凝狀膠結(jié)物包裹顆粒形成密實(shí)結(jié)構(gòu)，減小水分入侵，增強(qiáng)土體黏結(jié)性和強(qiáng)度。因此干濕循環(huán)后土體顆粒排列仍保持密實(shí)，只是部分膠結(jié)物被溶解，使得裂隙有所提高。Zhang、王小龍等發(fā)現(xiàn)加入適量的堿激發(fā)劑可以提高微粉的活性，提高其早期固化強(qiáng)度（圖3）。并指出可以利用水玻璃加氫氧化鈉溶液作為激發(fā)劑，同時(shí)加入工業(yè)廢渣和偏高嶺土以調(diào)節(jié)土中的鐵、硅、鋁等氧化物比例，提高土體整體性、抗崩解性和強(qiáng)度。這是由于SSP中存在硅酸鈣類的水硬性膠凝材料，激發(fā)劑作用下會(huì)促進(jìn)SSP與黏土顆粒發(fā)生離子交換、膠結(jié)、固化和碳化等反應(yīng)。綜上所述，SSP水化活性較低，加入氯化鈣、氫氧化鈉等可提高其反應(yīng)活性。同時(shí)NaOH、CaCl2作為轉(zhuǎn)爐爐渣的活性催化劑，可以顯著改善其物理、化學(xué)性質(zhì)，提高SSP的水化反應(yīng)速率。堿激發(fā)SSP主要機(jī)理是：堿激發(fā)劑促進(jìn)了玻璃體結(jié)構(gòu)的解離并重新縮聚成新的C-S-H、C-A-H和Ca(OH)2凝膠物質(zhì)，將土顆粒膠結(jié)在一起形成密實(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，抑制裂隙擴(kuò)展。同時(shí)還生成鈣礬石（AFt）填充在團(tuán)聚體中起到支撐的框架作用，與凝膠物質(zhì)共同形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹填充土顆粒，提高土體的整體性和強(qiáng)度。　　圖3堿激發(fā)劑催化礦粉作用機(jī)理　　鋼渣粉本身具有較低的化學(xué)活性和膠結(jié)性。然而，通過(guò)添加堿激發(fā)劑（如石灰、水泥、粉煤灰和氫氧化鈉等）或調(diào)整其化學(xué)組分，可以提高其反應(yīng)速率，并激發(fā)其化學(xué)反應(yīng)活性，從而增強(qiáng)其膠結(jié)力和黏結(jié)強(qiáng)度（圖4）。項(xiàng)國(guó)圣等研究石灰-SSP改良土微觀機(jī)理，發(fā)現(xiàn)SSP中含有凝膠礦物，能夠與土體中低價(jià)離子發(fā)生交換生成絮凝物質(zhì)填充在孔隙間，同時(shí)石灰可以提供堿性環(huán)境，促進(jìn)并激發(fā)鋼渣粉水化反應(yīng)生成C-S-H凝膠物質(zhì)，填充在顆粒間，增強(qiáng)顆粒間的接觸面積和連接性。Wu等利用X射線衍射、掃描電鏡和壓汞孔隙度測(cè)定等方法，分析了SSP改良膨脹土的微觀機(jī)理，發(fā)現(xiàn)活性激發(fā)劑（NaOH）作用下，SiO32-、Al3+和Ca2+可以快速反應(yīng)生成硅酸鈣（C-S-H）、鋁酸鈣（C-A-H）和Ca(OH)2等水化產(chǎn)物填充、包裹土顆粒，固化前期，黏土礦物與水化產(chǎn)物發(fā)生吸附、離子交換、膠結(jié)等化學(xué)反應(yīng)，提高顆粒間的密實(shí)度和膠結(jié)力，使土顆粒團(tuán)聚在一起形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。吳燕開(kāi)等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究干濕循環(huán)作用下SSP-水泥改良膨脹土，發(fā)現(xiàn)在缺乏催化劑的情況下，SSP自身水化反應(yīng)慢，需要60d才能完全反應(yīng)。而摻入少量的NaOH可以提高其水化活性，使其在短時(shí)間內(nèi)可以完全水化生成鈣礬石（AFt)填充孔隙，AFt是一種不溶于水的結(jié)晶物質(zhì)，可以提高土體的整體性，從而使土體強(qiáng)度迅速增長(zhǎng)。韓天、柴石玉等人研究了堿激發(fā)SSP協(xié)同改良土微觀機(jī)制，發(fā)現(xiàn)NaOH加入提高SSP反應(yīng)活性，生成了針棒狀的水化硅酸鈣、碳酸鈣晶須和不定形狀的硅鋁酸鹽凝膠物質(zhì)填充裂隙，使孔隙率減小。此外，隨著時(shí)間的推移，凝膠物質(zhì)會(huì)逐漸增多，顆粒間黏結(jié)程度增強(qiáng)，逐漸形成團(tuán)聚體，增加土顆粒間的接觸面積。綜上所述，SSP改良劑與土體中離子發(fā)生交換生成硅酸二鈣（C2S)和硅酸三鈣（C3S)，降低土顆粒的雙電層厚度，同時(shí)石灰（CaO)與鋼渣粉中的活性氧化硅（SiO2)、氧化鋁（Al2O3)發(fā)生反應(yīng)，在石灰的催化下形成C-S-H、C-A-H和Ca(OH)2等物質(zhì)填充在裂隙中，增強(qiáng)顆粒間的接觸面積和吸力，從而有效提高土體的黏聚力、整體性和強(qiáng)度。需要注意的是，SSP改良膨脹土的物理機(jī)制和化學(xué)機(jī)制是相互作用的，物理機(jī)制主要通過(guò)填充和摩擦作用改善土壤的工程性質(zhì)，而化學(xué)機(jī)制則通過(guò)離子交換反應(yīng)、水化反應(yīng)、礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化等方式改善土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。這些機(jī)制共同作用，使得鋼渣粉能夠有效地改良膨脹土?！　D4堿液處理反應(yīng)機(jī)理　　4鋼渣粉改良土的力學(xué)特性　　4.1單獨(dú)改良土力學(xué)特性　　目前，許多學(xué)者進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，包括比重試驗(yàn)、粒度分析試驗(yàn)、自由膨脹率試驗(yàn)、Atterberg極限試驗(yàn)、壓實(shí)試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、加州承載比（California bearing ratio，CBR）、UCS和液塑限試驗(yàn)等。并從SSP粒徑及摻量、初始含水率、壓實(shí)度、干濕-凍融循環(huán)等方面探索改良土的膨脹性能、滲透性能、抗凍性能、水分特性和力學(xué)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，SSP的摻入顯著改善了土體的脹縮性，并提高了土體的抗剪強(qiáng)度。左德元等首次提出將SSP作為路基材料固化劑，通過(guò)顆粒級(jí)配、比重、壓縮、滲透等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SSP填料具有較高的強(qiáng)度，壓縮性低，滲水性好。Akinwumi發(fā)現(xiàn)SSP的摻入增加了土體的干密度，改變了土體的壓實(shí)特性，提高了土體的比重、滲透性、CBR值和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。此外，隨著SSP摻量的增加，當(dāng)摻量為8%時(shí)能夠降低黏土的塑性和膨脹性，提高土體早期未固化的強(qiáng)度。袁明月等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究鋼渣微粉改良膨脹土的力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)鋼渣微粉改良膨脹土的塑限增加，液限降低；當(dāng)其摻量為5%時(shí)，試樣在干濕循環(huán)作用下的膨脹率降低，抗剪強(qiáng)度增加。吳燕開(kāi)等研究指出，當(dāng)SSP摻量為10%時(shí)土體抗膨脹性最優(yōu)。鑒于SSP粒徑和摻量對(duì)土體強(qiáng)度影響較大，因此建議SP粒徑小于0.5 nm，此時(shí)SSP可以和土體充分接觸并有效填充顆粒間隙。綜上所述，適當(dāng)?shù)腟SP摻量和合適的粒徑可以抑制土壤的自由膨脹率，降低土壤的液塑限，并提高土壤的抗剪強(qiáng)度和早期固化特性，有效抑制干濕循環(huán)下土壤強(qiáng)度的衰減速率。如圖5所示，不同SSP摻量下土壤的自由膨脹率和抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)不同的變化。鋼渣粉不僅可以改良膨脹土的塑性和膨脹性，還可以提高土體最優(yōu)含水率、干密度和抗剪強(qiáng)度。但不同SSP摻量比例下土體的膨脹率和強(qiáng)度改善效果各有不同。Aldeeky等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SSP摻量為20%時(shí)，土壤的自由膨脹率和塑性指數(shù)降低了58.3%和26.3%；同時(shí)最大干密度、抗壓強(qiáng)度和CBR值分別提高了6.9%、100%和154%。而Wang等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含水率為50%時(shí)，土體黏聚力隨SSP摻量的增加也隨之增加；而當(dāng)含水率介于70%～90%之間時(shí)，粘黏聚力隨SSP摻量增加而減小。這表明試樣含水率分別為50%和70%時(shí)土體抗剪強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)。此外，Yu等通過(guò)干濕循環(huán)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、X-射線衍射、熱重和掃描電鏡等試驗(yàn)研究了碳化鋼渣粉改良土的強(qiáng)度性能及微觀結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)碳化處理的鋼渣粉可顯著提高土體的抗剪強(qiáng)度。金明亮等利用鋼渣粉穩(wěn)定路基土，研究表明鋼渣粉粒徑為0～3 mm、最小摻量為15%時(shí)，穩(wěn)定土的強(qiáng)度隨摻量的增加而增強(qiáng)，浸水膨脹率減小，加州承載比（CBR）遠(yuǎn)超規(guī)范要求。然而，程光前提出，對(duì)于鋼渣粉改良膨脹土性能，較高力學(xué)特性的最佳摻量為15%，超出該值將會(huì)使土壤的強(qiáng)度和脹縮性減弱。Worku等分析鋼渣粉改良膨脹土物理、力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SSP摻量為25%時(shí)，膨脹土液限、塑限、塑性指數(shù)和自由膨脹率分別降低25.6%、17.8%、7.8%和46.4%，而無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度從94.3 kPa提高到260.6 kPa。綜上所述，15%～25%摻量下，鋼渣粉可以顯著改善土體的脹縮性和力學(xué)強(qiáng)度。然而，目前鋼渣粉的最佳摻量仍存在爭(zhēng)議。這一爭(zhēng)議可能是由于鋼渣粉的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)地不同，導(dǎo)致其力學(xué)性能和礦物化學(xué)性質(zhì)存在差異，進(jìn)而影響土壤的改良效果。因此，鋼渣粉在摻量上可能需要針對(duì)不同情況進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到更好的改良效果?！　。╝）SSP改良土自由膨脹率隨時(shí)間的變化規(guī)律　　（b）SSP改良土抗壓強(qiáng)度與應(yīng)變之間的關(guān)系　　4.2與其它材料復(fù)合改良土力學(xué)特性　　通過(guò)學(xué)者們持續(xù)的探索和研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)物理研磨法將材料結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷啵蛘卟捎没瘜W(xué)激發(fā)劑與其他材料進(jìn)行復(fù)合使用，可顯著提高改良土的力學(xué)性能?！　≡谙嚓P(guān)研究中，蔡曉飛等對(duì)石灰-SSP改良路基土力學(xué)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)石灰摻量為8%～12%，SSP摻量為25%時(shí)，土體強(qiáng)度顯著提高。崔偉研究了石灰-SSP改良土性能，從SSP摻量、養(yǎng)護(hù)期齡、配比等方面分析土體強(qiáng)度，結(jié)果表明SSP改良土的強(qiáng)度較高，水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性也較好。另外，Gu等研究了不同摻量下的SSP-石灰復(fù)合改良路基土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，當(dāng)SSP、石灰摻量分別為50%、5%，養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度由0.73 MPa增加到4.09 MPa，此時(shí)改良土的綜合性能最佳。袁明月等研究石灰、SSP改良膨脹土力學(xué)特性，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、干濕循環(huán)和自由膨脹率試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SSP可以延緩?fù)馏w裂隙發(fā)展，減小土體膨脹性，其土體強(qiáng)度優(yōu)于石灰。而厚榮斌通過(guò)三軸試驗(yàn)、CBR研究SSP/石灰/稻殼灰改良膨脹土性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SSP摻量為20%時(shí)，土體塑性降低66.2%、強(qiáng)度增加96%、CBR增加97.5%。Wang等研究SSP-堿渣共同改良軟黏土工程性能，發(fā)現(xiàn)鋼渣粉加入顯著改善土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。項(xiàng)國(guó)圣等研究石灰-SSP共同改良膨脹土的力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)隨摻量增加土體膨脹率、最優(yōu)含水率和界限含水量降低，最大干密度增加。Alemshet等利用粉煤灰-SSP作為膨脹土穩(wěn)定劑，發(fā)現(xiàn)鋼渣粉、粉煤灰摻量分別為20%和10%時(shí)，改良土抗剪強(qiáng)度和CBR值分別提高97.47%和84.82%?！　∩鲜鲅芯總?cè)重于探討石灰對(duì)SSP改良膨脹土的力學(xué)特性影響的方面。盡管研究表明石灰、粉煤灰等可以有效提高SSP改良土體的整體性和力學(xué)強(qiáng)度，然而，尚未對(duì)在不同材料復(fù)配下、不同養(yǎng)護(hù)溫度下、不同壓實(shí)度及干濕循環(huán)作用等因素對(duì)SSP改良土宏觀力學(xué)特性的影響進(jìn)行系統(tǒng)分析。物理及化學(xué)改良劑相互作用可有效改善黏性土的綜合性能，提高SSP的反應(yīng)速率。Wang等研究鋼渣粉-廢輪橡膠顆粒改良土強(qiáng)度特性，發(fā)現(xiàn)鋼渣粉摻入可以有效提高土體的抗剪強(qiáng)度和動(dòng)彈性模量，剪切模量隨鋼渣粉摻量、圍壓增大而增大，隨含水率增加而減?。恢饕窍鹉z顆?？梢越档屯馏w的密度，提高其內(nèi)摩擦角。而Shahbazi等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼渣粉摻量為14%時(shí)，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、膨脹率和膨脹壓力分別提高111%、89%和84%。隨后宋心斌研究鋼渣粉-水泥-石灰穩(wěn)定路基土性能，發(fā)現(xiàn)復(fù)合改良土強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性較好。吳燕開(kāi)等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究干濕循環(huán)作用下SSP-水泥改良膨脹土的體積變化率和膨脹率，發(fā)現(xiàn)改良土膨脹率減小95%以上，而體積變化率減小85%。而吳子龍等通過(guò)抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和擊實(shí)試驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)在SSP與水泥改良土中，最優(yōu)含水率顯著提高，而最大干密度和強(qiáng)度增幅較小；但當(dāng)SSP超過(guò)最佳摻量時(shí)，土體的強(qiáng)度逐漸減小。　　與此同時(shí)，黃祥、Wu等發(fā)現(xiàn)礦渣、石灰、偏高嶺土和Na2SO4摻量分別為28.6%、57.1%、9.5%、4.8%時(shí)，改良土養(yǎng)護(hù)28 d后的UCS為10.9 MPa。之后韓天、唐博等利用堿激發(fā)劑催化SSP-水泥復(fù)合改良膨脹土，發(fā)現(xiàn)其改良土體膨脹率最小，三軸抗剪強(qiáng)度和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度明顯提高，但是后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。主要原因是前期堿激發(fā)劑加快SSP水化反應(yīng)，強(qiáng)度已增長(zhǎng)較大，因此后期表現(xiàn)較為緩慢，說(shuō)明堿激發(fā)劑不能提高其后期強(qiáng)度?！　【C上所述，SSP中摻入水泥、石灰、激發(fā)劑及其它改良劑可有效提高土體的綜合性能，顯著增強(qiáng)SSP的水化活性，提高其化學(xué)反應(yīng)程度。然而，對(duì)于不同復(fù)合改良材料的適用性和效果尚未得到全面的了解，需要更多關(guān)于不同摻量與不同類型的復(fù)配材料改良土的力學(xué)性能。其次，目前對(duì)于SSP改良土體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和環(huán)境影響的研究相對(duì)較少，尤其是在實(shí)際工程應(yīng)用中的長(zhǎng)期性能表現(xiàn)和環(huán)境影響方面的研究還有待加強(qiáng)。此外，SSP改良材料的配比設(shè)計(jì)、施工工藝以及與土體的相互作用等方面也需要進(jìn)一步深入研究，以確保改良效果的可靠性和實(shí)用性?！　?結(jié)論與展望　　鋼渣粉作為一種新型土壤固化改良劑，在改良膨脹性黏土的脹縮性、抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和抗變形等方面具有突出優(yōu)勢(shì)。能夠與黏土顆粒發(fā)生陽(yáng)離子交換吸附在表面，反應(yīng)形成C-S-H凝膠和微量鈣釩石（AFt）填充并膠結(jié)團(tuán)粒，進(jìn)而改變黏土顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)，提高其工程性能。利用鋼渣粉改良膨脹性黏土的工程性質(zhì)，既符合低碳、綠色、環(huán)保發(fā)展理念，又可提高固廢資源的高附加值利用、降低工程處理成本。然而，當(dāng)前存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和解決：　?。?）鋼渣粉生產(chǎn)工藝的差異導(dǎo)致其化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、礦物組成、粒度、表面積、孔隙率及性能發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響其化學(xué)活性和改良效果。今后需進(jìn)一步完善和規(guī)范相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)，提高SSP的轉(zhuǎn)化效率和膠凝活性。因此，提高SSP活性及性能是未來(lái)研究的重點(diǎn)?！　。?）鋼渣粉中含有大量游離的氧化鈣（f-CaO）和氧化鎂（f-MgO），會(huì)與空氣中水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使SSP體積迅速膨脹，造成SSP穩(wěn)定性極差。雖可以考慮采用碳酸化工藝克服其安定性不良的因素，但SSP碳酸化應(yīng)用于土體改良整體性能的研究尚缺不足。　?。?）鋼渣粉改良膨脹性黏土的微觀機(jī)理及復(fù)合激發(fā)劑之間的反應(yīng)機(jī)制研究還相對(duì)不足，需要進(jìn)一步探索堿激發(fā)劑、SSP與黏土之間的相互作用機(jī)制，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段建立宏微觀力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，為SSP改良膨脹性黏土提供更加科學(xué)的理論基礎(chǔ)?！　。?）土體改良的效果受到改良劑類型、添加量、混合方式和使用環(huán)境等多種因素的影響和控制，未來(lái)應(yīng)考慮不同因素耦合下的化學(xué)-礦物成分及土體微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，從宏微觀角度建立土體在水-化-力作用下的力學(xué)特性及耐久性評(píng)價(jià)體系。進(jìn)而從更廣泛的實(shí)際應(yīng)用和環(huán)境影響出發(fā)，深入研究SSP改良土體的適用性、長(zhǎng)期性能和環(huán)境影響等方面的問(wèn)題?！　?lái)源：孫銀磊，余川（云南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院）　　編輯：冶金渣與尾礦　　聲明：本公眾號(hào)部分文章和素材來(lái)源網(wǎng)絡(luò)，僅供學(xué)習(xí)交流，如有冒犯請(qǐng)聯(lián)系我們刪除，感謝理解。

  2024-12-19 15:24:34查看詳情>>
• 材料介紹，建議認(rèn)真讀完‖硅灰，粉煤灰和礦粉的特性，作用，應(yīng)用以及標(biāo)準(zhǔn)

  　　硅灰、粉煤灰、礦粉均為混凝土中常用的礦物摻合料，以下對(duì)它們的特性、作用及應(yīng)用等進(jìn)行介紹：　　一，硅灰　　1.來(lái)源與成分：　　硅灰是在生產(chǎn)硅鐵、金屬硅等過(guò)程中產(chǎn)生的超細(xì)粉末，主要成分是無(wú)定形二氧化硅，其含量通常在85%至98%之間?！　?.特性：　　硅灰顆粒極細(xì)，平均粒徑在0.1至0.2μm之間，比表面積大，通常在15000至25000m2/kg之間。具有很高的火山灰活性。　　3.作用：　　在混凝土中，硅灰能填充水泥顆粒間的空隙，提高混凝土的密實(shí)度，從而顯著提高混凝土的強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度。同時(shí)，硅灰能改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土更加致密，提高其抗?jié)B性、抗凍性和抗化學(xué)侵蝕性。　　4.應(yīng)用：　　常用于配制高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土，如高層建筑、橋梁、港口等對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性要求較高的工程?！　《勖夯摇　?.來(lái)源與成分：　　粉煤灰是火力發(fā)電廠燃燒煤粉后排出的一種工業(yè)廢渣，主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵等?！　?.特性：　　粉煤灰顆粒呈球形，表面光滑，粒度較細(xì)，比表面積一般在2000至5000m2/kg之間。具有一定的火山灰活性，但其活性低于硅灰?！　?.作用：　　在混凝土中，粉煤灰可以改善混凝土的和易性，使混凝土更加易于施工。同時(shí)，粉煤灰的火山灰反應(yīng)可以提高混凝土的后期強(qiáng)度，降低混凝土的水化熱，減少混凝土因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。　　4.應(yīng)用：　　廣泛應(yīng)用于大體積混凝土工程，如大壩、基礎(chǔ)等，以及對(duì)耐久性要求較高的混凝土工程，如地下結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)等?！　∪V粉　　1.來(lái)源與成分：　　礦粉是由煉鐵高爐排出的水淬礦渣經(jīng)磨細(xì)而成，主要成分是鈣、硅、鋁、鎂等的氧化物。　　2.特性：　　礦粉顆粒較細(xì)，比表面積一般在4000至6000m2/kg之間。具有較高的潛在活性，其活性在一定條件下可以得到充分發(fā)揮?！　?.作用：　　在混凝土中，礦粉可以提高混凝土的后期強(qiáng)度，改善混凝土的耐久性，降低混凝土的氯離子滲透系數(shù)，提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。此外，礦粉還可以抑制堿-骨料反應(yīng)，提高混凝土的體積穩(wěn)定性?！　?.應(yīng)用：　　適用于配制高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土以及對(duì)耐久性要求較高的混凝土工程，如海洋工程、隧道工程等?！　」杌?、粉煤灰、礦粉的化學(xué)性質(zhì)主要在化學(xué)成分、活性、酸堿度等方面存在區(qū)別，具體如下：　　一，化學(xué)成分　　1.硅灰：　　主要成分是無(wú)定形二氧化硅（SiO?），含量通常在85%至98%之間，還含有少量的氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵等雜質(zhì)。　　2.粉煤灰：　　主要化學(xué)成分是二氧化硅（SiO?）、三氧化二鋁（Al?O?）和三氧化二鐵（Fe?O?），此外還含有少量的氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）、氧化鈉（Na?O）、氧化鉀（K?O）等。　　3.礦粉：　　主要成分是鈣、硅、鋁、鎂等的氧化物，如硅酸二鈣（2CaO·SiO?）、硅酸三鈣（3CaO·SiO?）、鋁酸三鈣（3CaO·Al?O?）等?！　《?，火山灰活性　　1.硅灰：　　具有極高的火山灰活性，其比表面積大，能與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣迅速反應(yīng)，生成更多的水化硅酸鈣凝膠，填充在水泥石的孔隙中，提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度?！　?.粉煤灰：　　具有一定的火山灰活性，但活性相對(duì)較低，在常溫下反應(yīng)速度較慢，其火山灰反應(yīng)主要在混凝土的后期進(jìn)行，對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)有一定貢獻(xiàn)?！　?.礦粉：　　具有較高的潛在活性，在堿性環(huán)境下，礦粉中的活性成分能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等凝膠體，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性?！　∪釅A度　　1.硅灰：　　通常呈酸性，pH值一般在4至6之間，這是由于硅灰中的二氧化硅在水中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，生成硅酸和氫離子，使溶液呈酸性?！　?.粉煤灰：　　其酸堿度因煤種、燃燒條件等因素而異，一般呈弱酸性至弱堿性，pH值在6至9之間。　　3.礦粉：　　通常呈堿性，pH值在10至12之間，這是因?yàn)榈V粉中含有較多的氧化鈣等堿性氧化物，在水中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化鈣，使溶液呈堿性?！　∫韵率枪杌摇⒎勖夯?、礦粉的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：　　一，硅灰　　國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：GSO ASTM C1240:2024規(guī)定了用于混凝土和其他含有水硬性水泥的系統(tǒng)中硅灰的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，涵蓋化學(xué)分析、水分含量和燒失量、體積密度、比表面積、砂漿的空氣夾帶、強(qiáng)度活性指數(shù)、與水泥堿的反應(yīng)性以及硅灰的抗硫酸鹽性等測(cè)試方法。　　一般要求：硅灰的主要成分二氧化硅含量通常在85%-98%之間；細(xì)度要求高，一般小于1μm，顆粒含量不低于85%；含水率一般應(yīng)小于3%；活性指數(shù)通常要求不小于90?！　《勖夯摇　?.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：　　GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》是我國(guó)現(xiàn)行的粉煤灰質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。　　2.等級(jí)劃分及指標(biāo)：　　分為I級(jí)、II級(jí)和III級(jí)。　　.細(xì)度：　　I級(jí)粉煤灰細(xì)度小于12%，II級(jí)小于25%，III級(jí)小于45%，均為45μm方孔篩篩余?！　Я浚篒級(jí)不大于5%，II級(jí)不大于8%，III級(jí)不大于15%?！　⌒杷勘龋骸　級(jí)不大于95%，II級(jí)不大于105%，III級(jí)不大于115%。　　.含水量：　　I級(jí)不大于1%，II級(jí)不大于2%，III級(jí)不大于3%。　　三氧化硫含量：　　I級(jí)、II級(jí)不大于3%，III級(jí)不大于5%?！　∪?，礦粉　　1.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：　　GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》將礦粉分為S105、S95、S75三個(gè)等級(jí)?！　?.等級(jí)指標(biāo)：　　活性指數(shù)：S105級(jí)28天活性指數(shù)不小于105%，S95級(jí)不小于95%，S75級(jí)不小于75%?！　”缺砻娣e：S105級(jí)比表面積不小于500m2/kg，S95級(jí)不小于400m2/kg，S75級(jí)不小于300m2/kg?！　『蛄浚旱V粉含硫量必須小于4%。　　硅灰、粉煤灰、礦粉的化學(xué)性質(zhì)不同，對(duì)混凝土性能的影響也各有特點(diǎn)，具體如下：　　一，對(duì)混凝土工作性的影響　　1.硅灰：由于其顆粒極細(xì)，比表面積大，需水量大，摻入混凝土中會(huì)使混凝土的流動(dòng)性降低。但在減水劑作用下，能改善混凝土的黏聚性和保水性，使混凝土不易離析和泌水。　　2.粉煤灰：顆粒呈球形，表面光滑，能起到滾珠軸承的作用，有效改善混凝土的流動(dòng)性，使其易于攪拌、運(yùn)輸和澆筑。同時(shí)，還能降低混凝土的用水量，提高混凝土的保水性和黏聚性?！　?.礦粉：對(duì)混凝土工作性的影響與粉煤灰類似，能改善混凝土的流動(dòng)性，提高其保水性和黏聚性。但礦粉的摻量不宜過(guò)大，否則會(huì)使混凝土的黏性增加，導(dǎo)致工作性變差。　　二，對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響　　1.硅灰：具有高火山灰活性，能與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)生成更多的水化硅酸鈣凝膠，填充孔隙，提高混凝土密實(shí)度，顯著提高混凝土早期和后期強(qiáng)度，尤其對(duì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度提升效果明顯。　　2.粉煤灰：早期火山灰活性低，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)小，甚至?xí)乖缙趶?qiáng)度略有降低。但后期其與氫氧化鈣反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物填充孔隙，提高混凝土后期強(qiáng)度，對(duì)長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)有利。　　3.礦粉：具有較高潛在活性，在混凝土中能與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)，生成凝膠體填充孔隙，提高混凝土后期強(qiáng)度。適量摻加礦粉可提高混凝土各齡期強(qiáng)度，且對(duì)長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)效果較好?！　∪瑢?duì)混凝土耐久性的影響　　1.硅灰：　　能改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使孔隙細(xì)化，提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性。同時(shí)，其反應(yīng)產(chǎn)物能填充孔隙，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，提高抗化學(xué)侵蝕能力，降低混凝土的碳化速度?！　?.粉煤灰：　　能降低混凝土的水化熱，減少溫度裂縫，提高混凝土的抗裂性。其火山灰反應(yīng)產(chǎn)物填充孔隙，提高混凝土的抗?jié)B性和抗硫酸鹽侵蝕能力，改善混凝土的耐久性?！　?.礦粉：　　可提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和抗硫酸鹽侵蝕能力。礦粉的摻入能抑制堿-骨料反應(yīng)，降低混凝土中堿離子的濃度，提高混凝土的體積穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)耐久性?！　」杌摇⒎勖夯?、礦粉的活性指數(shù)存在明顯區(qū)別，以下是具體情況：　　一，活性指數(shù)的定義　　活性指數(shù)是指在一定條件下，摻加礦物摻合料的水泥膠砂試件與基準(zhǔn)水泥膠砂試件在規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度之比，通常以百分?jǐn)?shù)表示，它反映了礦物摻合料與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的能力及對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)程度。　　二，活性指數(shù)的具體區(qū)別　　硅灰：具有極高的活性指數(shù)，其7天活性指數(shù)通?？蛇_(dá)100%以上，28天活性指數(shù)甚至可超過(guò)120%。這是因?yàn)楣杌抑械臒o(wú)定形二氧化硅含量高，比表面積大，能與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣迅速反應(yīng)，生成大量的水化硅酸鈣凝膠，從而顯著提高混凝土的強(qiáng)度。　　粉煤灰：活性指數(shù)相對(duì)較低，其7天活性指數(shù)一般在60%至80%之間，28天活性指數(shù)在70%至90%左右。粉煤灰的主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁和三氧化二鐵等，其火山灰反應(yīng)速度較慢，在常溫下早期反應(yīng)程度較低，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小，但隨著齡期的延長(zhǎng)，其活性逐漸發(fā)揮，對(duì)后期強(qiáng)度增長(zhǎng)有一定作用?！　〉V粉：活性指數(shù)處于中等水平，7天活性指數(shù)通常在70%至90%之間，28天活性指數(shù)在90%至105%左右。礦粉的主要成分是鈣、硅、鋁、鎂等的氧化物，具有較高的潛在活性，在堿性環(huán)境下，礦粉中的活性成分能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等凝膠體，提高混凝土的強(qiáng)度。

  2024-12-18 15:23:07查看詳情>>
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  　　1、做人不要太大方。這個(gè)世界上只有“傻大方”、“窮大方”，你聽(tīng)說(shuō)過(guò)“富大方”嗎？窮人都是小心翼翼的大方，而有錢人都是大大方方的小氣?！　?、任何一次選擇，都有它對(duì)應(yīng)的籌碼，愿賭服輸是一個(gè)成年人應(yīng)該具有的品質(zhì)。　　3、青春能掩蓋很多問(wèn)題：窮，丑，胖，脾氣差，毒舌，都可以接受，畢竟年齡還小。但是等“青春”這塊遮羞布拿開(kāi)之后，一切缺點(diǎn)都會(huì)被無(wú)限放大?！　?、不要?jiǎng)由蠈尤耸康睦?，你?dòng)了他們的利益，如同動(dòng)他的生命。不要?jiǎng)拥讓尤耸康挠^念，讓他自生自滅即可，你如果動(dòng)了他的觀念，如同挖他的祖墳，他會(huì)和你拼命?！　?、聰明的人都在悶聲發(fā)大財(cái)，靜悄悄的努力，當(dāng)你還沒(méi)緩過(guò)神來(lái)，他就已經(jīng)逃出原來(lái)的圈子，走向更遠(yuǎn)的道路?！　?、如果你和自己沒(méi)有什么深仇大恨的話，請(qǐng)整理一下你那臟亂的屋子，遠(yuǎn)離那些不思進(jìn)取的小群體，忘掉得不到的舊人，請(qǐng)你好好愛(ài)自己。　　7、男人當(dāng)然喜歡年輕漂亮的女子，但男人尊重的，永遠(yuǎn)是那些刻苦勤奮的女性。慕強(qiáng)，刻在每一個(gè)人的骨髓里?！　?、一定要和讓你越來(lái)越好的人在一起玩，你是有資格體會(huì)有趣世界的人，是配得上所有美好事物的人。　　9、人才過(guò)剩、學(xué)歷過(guò)剩的時(shí)代，你要做一個(gè)有特長(zhǎng)的人，你要學(xué)會(huì)在一個(gè)細(xì)分的領(lǐng)域無(wú)人能敵，哪怕只是牛肉湯+蔥油餅?！　?0、你見(jiàn)過(guò)排隊(duì)發(fā)財(cái)?shù)膯?？無(wú)論什么年代，都不會(huì)出現(xiàn)大面積的富翁，窮人永遠(yuǎn)占多數(shù)，這就是游戲規(guī)則。　　11、普通人被坑、被當(dāng)作韭菜收割，有的是因?yàn)樗嘈乓灰贡└唬械氖且驗(yàn)樗嘈庞H戚、朋友借的錢會(huì)還?！　?2、不要跟別人交心吐露太多。也許關(guān)系一淡，你交的心就成了別人的談資，一旦翻臉就成了攻擊你的黑材料?！　?3、有夢(mèng)想、有事業(yè)的人是不會(huì)老的，因?yàn)槌酵g人越多，越不會(huì)覺(jué)得自己老。只有當(dāng)一個(gè)人的境況平平，不如自己預(yù)期，甚至不如同齡人時(shí)，才會(huì)深深地感到歲月的無(wú)情?！　?4、任何時(shí)候都可以開(kāi)始做自己想做的事，希望你不要用年齡和其他東西來(lái)束縛自己。年齡從來(lái)都不是界限，除非你自己拿來(lái)為難自己?！　?5、破圈時(shí)要注意：遇到比自己能量強(qiáng)的高手，不要試圖成交他，從他那里賺錢。而要想著怎么能幫到他，甚至向他付費(fèi)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)得到的更多。　　16、真正的高手，他們的習(xí)慣就是付出，哪怕是看到一篇文章，他們?nèi)绻X(jué)得有價(jià)值，也會(huì)點(diǎn)贊轉(zhuǎn)發(fā)或者回復(fù)一下的，并且是很有價(jià)值的回復(fù)。

  2024-12-13 17:13:07查看詳情>>
• 新變化！GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn)變更對(duì)照表

  　　近日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式批準(zhǔn)并發(fā)布了涵蓋290項(xiàng)關(guān)鍵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及4項(xiàng)重要修改單的公告。其中，尤為值得關(guān)注的是GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的第1號(hào)修改單，該修改單已定于2025年6月1日正式生效?！　榇_保各行業(yè)同仁能夠順利過(guò)渡并精準(zhǔn)執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)，特附上標(biāo)準(zhǔn)變更對(duì)照表，以方便大家在擴(kuò)項(xiàng)和標(biāo)準(zhǔn)變更工作中進(jìn)行快速對(duì)照?！　?biāo)準(zhǔn)方法新增/變更對(duì)照表　　來(lái)源：硅酸鹽通報(bào)　　轉(zhuǎn)載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將及時(shí)更正

  2024-12-12 17:11:55查看詳情>>
• 鋼渣粉磨工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

  　　?鋼渣?　　鋼渣是轉(zhuǎn)爐煉鋼和電弧爐煉鋼產(chǎn)生的以硅酸鈣、鐵酸鈣等為主要成分的工業(yè)固廢，產(chǎn)率約為粗鋼產(chǎn)量的14%。2014年我國(guó)鋼渣產(chǎn)生量已超過(guò)1億噸。鋼渣主要可用作水泥混合材或混凝土摻合料、道路材料、回填材料等，目前我國(guó)鋼渣綜合利用率約33%，距德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家近100%利用率相差甚遠(yuǎn)。鋼渣中含有約50%的硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)等礦物，具有一定的水硬膠凝性，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)一直視鋼渣為一種輔助性膠凝材料，目前將鋼渣磨細(xì)作為水泥混合材或混凝土摻合料是實(shí)現(xiàn)鋼渣高附加值利用的重要途徑。但鋼渣由于含有鐵酸鈣、ＲO相、金屬鐵等難磨物相，在進(jìn)一步磨細(xì)至400 m2/kg以上時(shí)，采用傳統(tǒng)的球磨機(jī)使得粉磨能耗大幅增加，因此，國(guó)內(nèi)一直在嘗試采用更為節(jié)能的粉磨技術(shù)和裝備?！　?鋼渣的粉磨特性　　?　　鄒興芳認(rèn)為:鋼渣形成溫度較高(在1 580℃以上)，且在過(guò)高溫度下溶入較多的FeO、MgO等雜質(zhì)并形成完整粗大的晶體。巖相分析表明:鋼渣中的主要礦物成分為板狀硅酸三鈣和圓形及類圓形的硅酸二鈣，其次為鐵酸鈣和RO相。其中，硅酸三鈣最大尺寸可達(dá)到1998μm，硅酸三鈣包裹中的MgO顆粒粒徑為142~271μm;鋼渣中的金屬鐵主要呈球粒狀嵌布，粒度一般為100~300μm，最大可達(dá)3mm;硅酸二鈣粒徑也達(dá)到943μm?！　『钯F華等比較研究了鋼渣的難磨相組成及其膠凝性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了鋼渣中難磨組分為鐵鋁酸鈣和鎂鐵相固溶體，且它的水化反應(yīng)活性很低，而鋼渣中硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(C2S)具有較好的易磨性，比礦渣略好，但其水化反應(yīng)活性明顯比礦渣差，鋼渣中的C3S和C2S固溶了較多的異離子?！　∫虼艘l(fā)揮鋼渣中C3S和C2S的水硬膠凝性，必須將鋼渣磨細(xì)至較高細(xì)度，使鋼渣礦物結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變、結(jié)晶度下降，使鋼渣中礦物晶體的鍵合能減小，從而使活性提高，才能實(shí)現(xiàn)鋼渣在水泥和混凝土中的較高摻量。　　2鋼渣粉磨工藝技術(shù)　　近年來(lái)，鋼渣粉磨新工藝和新設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛，在傳統(tǒng)的球磨機(jī)基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)已相繼開(kāi)發(fā)出了技術(shù)指標(biāo)更先進(jìn)的輥壓機(jī)半終粉磨、輥壓機(jī)終粉磨、立式磨、臥式輥磨等，從不同的應(yīng)用角度和技術(shù)特點(diǎn)豐富和發(fā)展了鋼渣粉磨的技術(shù)內(nèi)涵?！　?.1球磨機(jī)為終粉磨設(shè)備的粉磨工藝　　球磨機(jī)是物料簡(jiǎn)單機(jī)械破碎之后，再進(jìn)行粉磨的傳統(tǒng)設(shè)備。隨著球磨機(jī)相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得球磨機(jī)也能粉磨硬度大的物質(zhì)，如鋼渣。球磨機(jī)在粉磨物料上的優(yōu)點(diǎn)主要有適應(yīng)性強(qiáng)、粉碎比大、粉磨和烘干可以同時(shí)進(jìn)行、結(jié)構(gòu)及維護(hù)管理簡(jiǎn)單，密封性好，運(yùn)行平穩(wěn)，操作可靠等，在物料的粉磨作業(yè)，尤其是水泥粉磨作業(yè)中一直備受青睞，這也使得球磨機(jī)與水泥行業(yè)的歷史幾乎一樣悠久。球磨機(jī)研磨體規(guī)格及材料能根據(jù)物料性能做出相應(yīng)調(diào)整，這使得球磨機(jī)也能粉磨硬度大的鋼渣，但粉磨400 m2/kg比表面積鋼渣粉的單位電耗為100 kW·h/t左右。但是，球磨機(jī)的缺點(diǎn)也同樣明顯，主要是配置昂貴、磨損嚴(yán)重、工作效率低、能量損耗大等，以生產(chǎn)水泥為例，每生產(chǎn)1t水泥的耗電量不低于70 kW·h，但只有約5%的電能用于物料表面積的增加，絕大部分電能被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎吐暷芏速M(fèi)掉。但球磨機(jī)能耗大，粉磨損耗嚴(yán)重等缺點(diǎn)，限制了球磨機(jī)在粉磨鋼渣領(lǐng)域的發(fā)展?！　≌?yàn)槿绱?，粉磨行業(yè)以提高粉磨效率、降低能耗和鋼耗為宗旨，進(jìn)行粉磨新裝備、新技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)一直都沒(méi)停止。近年來(lái)，在利用球磨機(jī)作為終粉磨的基礎(chǔ)上，杭鋼采用振動(dòng)磨作為預(yù)粉磨設(shè)備，馬鋼開(kāi)發(fā)出輥壓機(jī)為預(yù)粉磨設(shè)備，大大提高了鋼渣粉磨效率。　　2.2輥壓機(jī)+球磨機(jī)的聯(lián)合粉磨工藝技術(shù)　　輥壓機(jī)誕生于20世紀(jì)80年代中期，是一款基于“料床粉碎”原理的典型新型節(jié)能粉磨設(shè)備，與球磨機(jī)相比，具有增產(chǎn)節(jié)能、噪音小、鋼材損耗小等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)輥壓機(jī)擠壓后的物料顆粒易磨性大為改善，進(jìn)而大幅度降低了整個(gè)粉磨系統(tǒng)的能耗，既適用于新廠建設(shè)，也能用于老廠技術(shù)升級(jí)改造。　　輥壓機(jī)相比球磨機(jī)，主要優(yōu)點(diǎn)有粉磨效率高、能耗低、磨損小、噪音低、粉塵少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，操作維修方便等，但也存在不足之處:“邊緣效應(yīng)”、零部件尤其是輥?zhàn)虞S承以及輥面易磨損、存在選擇性粉碎等。天津院用輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)鋼渣粉的研究表明，用輥壓機(jī)處理鋼渣時(shí)，能大幅度改善其易磨性，從而降低球磨機(jī)電耗，輥壓機(jī)處理鋼渣的增效系數(shù)可達(dá)4.0以上，與粉磨水泥增效系數(shù)2.0相比，節(jié)能效果更加顯著，可大大改善后續(xù)磨機(jī)的粉磨狀況，使整個(gè)粉磨系統(tǒng)的單位電耗明顯下降;且可實(shí)現(xiàn)鋼渣中的鐵和渣能充分剝離，便于預(yù)粉磨系統(tǒng)進(jìn)行高效除鐵。因此采用帶輥壓機(jī)半終粉磨的鋼渣粉磨工藝，可以充分發(fā)揮和利用輥壓機(jī)的高效擠壓優(yōu)勢(shì)和球磨機(jī)的粉磨功能，達(dá)到顯著改善產(chǎn)品性能、增產(chǎn)節(jié)能和高效除鐵的效果?！　≡谳亯簷C(jī)與球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中，鋼渣經(jīng)輥壓機(jī)擠壓，通過(guò)兼烘干及選粉功能的選粉機(jī)，選出規(guī)定細(xì)度的微粉進(jìn)球磨機(jī)粉磨成成品，粗粉回輥壓機(jī)再次擠壓。鋼渣經(jīng)由輥壓機(jī)輥壓后，顆粒表面出現(xiàn)裂紋，有助于提高終粉磨設(shè)備的粉磨效率、降低能耗。鋼渣在煉鋼過(guò)程中內(nèi)部包裹有相當(dāng)數(shù)量的小顆粒金屬鐵，因此粉磨時(shí)除鐵是關(guān)鍵。首先要最大限度將金屬鐵從鋼渣中提取出來(lái)進(jìn)行回收利用，有效除鐵可減少粉磨過(guò)程鐵對(duì)設(shè)備的磨損并提高粉磨效率。在外循環(huán)系統(tǒng)中增加多個(gè)除鐵設(shè)備，可降低鋼渣粉中的含鐵量，保護(hù)粉磨設(shè)備?！　≥亯簷C(jī)與球磨機(jī)聯(lián)合粉磨能耗低于單獨(dú)使用球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)。粉磨400 m2/kg比表面積鋼渣粉的單位電耗為80 kW·h/t左右。該系統(tǒng)目前仍存在一些制約連續(xù)生產(chǎn)的問(wèn)題，如金屬鐵富集、烘干效率及選粉分級(jí)效率低，輥壓機(jī)喂料控制等問(wèn)題，但這也證明在鋼渣粉磨方面聯(lián)合粉磨技術(shù)較單一終粉磨技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)?！　?輥壓機(jī)為終粉磨的“線接觸式”粉磨工藝技術(shù)　　鞍鋼礦渣公司采用高壓輥壓機(jī)作為鋼渣粉終粉磨設(shè)備。高壓輥壓機(jī)的特點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高，易于維修和能耗低。與傳統(tǒng)的球磨機(jī)相比，高壓磨輥研磨過(guò)程中主要是利用兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的輥來(lái)擠壓料層，由于料層是由許多連結(jié)在一起的粒子組成，所施加的壓力造成顆粒間強(qiáng)烈的相互擠壓和破碎，顆粒間破碎粉磨，大大提高了研磨效率?！　「邏狠亯簷C(jī)節(jié)能主要體現(xiàn)在閉合回路研磨使原料直接成為合格成品。與普通球磨機(jī)系統(tǒng)相比，高壓輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)的節(jié)能效果達(dá)到50%以上。粉磨400 m2/kg比表面積鋼渣粉的單位電耗約為50 kW·h/t。但由于經(jīng)輥壓機(jī)擠壓粉磨的物料中細(xì)粉含量相對(duì)較少，因而循環(huán)負(fù)荷很大，一般在8倍喂料量以上，成品中微粉量不夠，成品質(zhì)量雖能滿足要求，但相同比表面積的產(chǎn)品質(zhì)量比球磨機(jī)粉磨的產(chǎn)品質(zhì)量差。此外，單機(jī)生產(chǎn)能力仍然較小。　　4立式磨的“面接觸式”粉磨工藝技術(shù)　　立式磨自20世紀(jì)20年代問(wèn)世以來(lái)，一直以粉磨效率高、能耗低著稱，尤其是可對(duì)含水量高達(dá)20%左右的物料同時(shí)進(jìn)行烘干粉磨，因此建材行業(yè)長(zhǎng)期多用于生料制備和礦渣粉磨。與球磨相比，立式磨的優(yōu)點(diǎn)主要有:入磨物料粒徑大、粉磨效率高、能耗低、烘干效率高、能力強(qiáng)、工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，控制方便、密封性好，運(yùn)轉(zhuǎn)率高、噪音小等，缺點(diǎn)主要有:不適宜粉磨磨蝕性大的物料，零部件(主要是磨輥上輥套和磨盤上襯板)材質(zhì)要求較高，零件磨損后維修工作量大，更換難度也大，對(duì)系統(tǒng)密封性及操作員的操作技術(shù)水平要求都較高等，立式磨維修費(fèi)用高，對(duì)材質(zhì)及生產(chǎn)管理的要求都比較高，一般認(rèn)為鋼渣中含鐵量高，產(chǎn)品要求細(xì)度高，不易使用立磨粉磨。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有成熟的生產(chǎn)線投入使用，但業(yè)內(nèi)一直沒(méi)有停止采用立式磨粉磨鋼渣的嘗試，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院通過(guò)研磨組件配合、新型耐磨材料使用、系統(tǒng)和磨內(nèi)除鐵、鋼渣粉分選方面創(chuàng)新［4］，在立式磨中分別針對(duì)未熱悶處理的鋼渣和熱悶處理后的鋼渣進(jìn)行了試生產(chǎn)，表明粉磨鋼渣產(chǎn)量比礦渣低29.85%，粉磨100%未經(jīng)熱悶鋼渣磨機(jī)產(chǎn)量比粉磨100%熱悶鋼渣降低19.98%，可見(jiàn)鋼渣的處理方式對(duì)易磨性影響也很大，另外鋼渣粉磨對(duì)除鐵的要求更嚴(yán)格，要求磨前設(shè)計(jì)3道除鐵措施，磨機(jī)排渣與外循環(huán)提升機(jī)之間設(shè)計(jì)二道除鐵，以便有效去除鋼渣中的鐵，保證系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定，從而降低設(shè)備的磨耗和系統(tǒng)的能耗?！　?臥輥磨的“面接觸式”粉磨工藝技術(shù)　　臥式輥磨，也稱筒輥磨，是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的節(jié)能粉磨設(shè)備。它以料層間擠壓為粉磨原理，采用中等壓力、多次擠壓方式，以近似于輥壓機(jī)的粉磨效率，近似球磨機(jī)的運(yùn)行可靠性，從一問(wèn)世就得到極大的關(guān)注?，F(xiàn)在全球大約有30余臺(tái)法國(guó)FCB公司的臥式輥磨投入運(yùn)行。最大臺(tái)時(shí)產(chǎn)量生料達(dá)225 t/h，水泥達(dá)130 t/h。我國(guó)牡丹江水泥廠、漢中水泥廠、日照京華新型建材有限公司、九江中冶環(huán)保資源開(kāi)發(fā)有限公司和新余中冶環(huán)保資源開(kāi)發(fā)有限公司也引進(jìn)該公司臥式輥磨用于粉磨水泥和鋼渣粉，國(guó)內(nèi)的部分設(shè)備制造企業(yè)也正在開(kāi)發(fā)這種新型節(jié)能粉磨設(shè)備?！　∨P式輥磨的主要優(yōu)點(diǎn)為咬入角較大、通道收縮率較小，臥式輥磨磨輥咬入角一般為17°，而立磨和輥壓機(jī)則分別不超過(guò)12°和6°，故物料在臥輥磨中具有較小的通道收縮率;壓力適中，速度高，運(yùn)行平穩(wěn)，基于“料床粉碎”3種典型粉磨設(shè)備中，工作壓力從小到大依次是立式磨＜臥輥磨＜輥壓機(jī);一次通過(guò)，多次擠壓，物料在臥輥磨內(nèi)的粉磨次數(shù)，可以根據(jù)工藝要求，通過(guò)控制機(jī)構(gòu)調(diào)整，以達(dá)到調(diào)節(jié)出磨物料粒徑的目的，也就是物料從進(jìn)料端到出料端運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，依靠磨輥的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以經(jīng)濟(jì)、方便地在筒體內(nèi)循環(huán)粉磨7～8次;能耗小，球磨機(jī)的能量利用率不足5%，輥壓機(jī)和臥輥磨均可達(dá)35%左右;加工成品活性大，臥式輥磨的成品顆粒形貌可以通過(guò)調(diào)整導(dǎo)料板傾斜角度來(lái)間接調(diào)節(jié)，物料在筒體內(nèi)“螺旋”前進(jìn)的過(guò)程中受到多次擠壓整形，其形貌逐漸向圓球形逼近，成品活性增大。粉磨鋼渣粉時(shí)粉磨至400 m2/kg主機(jī)電耗約45 kW·h/t。臥式輥磨系統(tǒng)與球磨機(jī)系統(tǒng)對(duì)比見(jiàn)表1。　　臥式輥磨機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、操作靈活、產(chǎn)量在線可調(diào)、可控性較強(qiáng)、磨耗及電耗較低的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在日照京華新型建材有限公司投產(chǎn)運(yùn)行2條80萬(wàn)噸/a的鋼渣粉生產(chǎn)線，并在新余中冶環(huán)保資源開(kāi)發(fā)有限公司和九江中冶環(huán)保資源開(kāi)發(fā)有限公司投產(chǎn)運(yùn)行40萬(wàn)噸/a鋼渣粉生產(chǎn)線。　　6各種鋼渣粉粉磨工藝比較　　目前已投入正式生產(chǎn)的各種鋼渣粉磨工藝技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。　　7結(jié)束語(yǔ)　　1)鋼渣中含有鐵鋁酸鈣、鎂鐵相固溶體、金屬鐵等難磨組分，使得鋼渣粉磨細(xì)至合適細(xì)度能耗居高不下?！　?)國(guó)內(nèi)探索了輥壓機(jī)+球磨機(jī)聯(lián)合粉磨、輥壓磨終粉磨、立式磨和臥式輥磨高效低耗制備鋼渣粉的適應(yīng)性，輥壓機(jī)+球磨機(jī)聯(lián)合粉磨聯(lián)合粉磨工藝優(yōu)于球磨機(jī)終粉磨工藝，“面接觸式”料床粉磨設(shè)備優(yōu)于“點(diǎn)接觸式”料床粉磨設(shè)備，采用聯(lián)合粉磨工藝技術(shù)及“面接觸式”料床粉磨設(shè)備可以顯著提高產(chǎn)量，降低系統(tǒng)電耗，可以作為未來(lái)鋼渣粉磨工藝技術(shù)的重要研究方向。而臥輥磨終粉磨技術(shù)將是未來(lái)鋼渣粉磨技術(shù)的發(fā)展方向?！　∽髡撸褐幸苯ㄖ芯靠傇河邢薰尽　?zhí)砣A　　編輯：冶金渣與尾礦　　此文章僅用于交流分享，版權(quán)歸原作者所有，如有冒犯請(qǐng)聯(lián)系我們刪除，感謝理解。

  2024-12-12 17:09:55查看詳情>>
• 粉煤灰地聚物膠凝材料的環(huán)保特性與固廢利用

  　　引言　　隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，固體廢棄物（固廢）的處理和利用成為全球性的環(huán)境問(wèn)題。固廢的有效利用不僅能夠減少環(huán)境污染，還能節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在眾多固廢中，粉煤灰作為一種量大面廣的工業(yè)副產(chǎn)品，其資源化利用對(duì)于環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約具有重要意義?！　》勖夯业鼐畚锬z凝材料的環(huán)保特性　　粉煤灰地聚物膠凝材料是一種新型的環(huán)保材料，它通過(guò)利用粉煤灰中的硅鋁酸鹽在堿性條件下發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)凝膠材料。這種材料具有高強(qiáng)度、高硬度、高抗化學(xué)侵蝕、高耐火性以及固化重金屬離子等特性。此外，粉煤灰地聚物膠凝材料在生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)水泥，有助于減少建筑行業(yè)的碳足跡?！　」虖U資源化利用策略：利用粉煤灰、礦渣等　　固廢資源化利用策略的核心在于將工業(yè)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的資源。粉煤灰、礦渣等固廢通過(guò)地聚物技術(shù)的應(yīng)用，可以轉(zhuǎn)化為性能優(yōu)異的膠凝材料，廣泛應(yīng)用于土木工程、耐火材料和吸附材料等領(lǐng)域。此外，粉煤灰的資源化利用還包括在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用和有價(jià)組分提取，以及生產(chǎn)新型墻體材料、裝飾裝修材料等綠色建材?！　》勖夯业鼐畚锬z凝材料對(duì)環(huán)境的好處　　1.資源再利用與循環(huán)經(jīng)濟(jì)：粉煤灰作為燃煤電廠的主要固體廢棄物，通過(guò)轉(zhuǎn)化為膠凝材料，實(shí)現(xiàn)了資源的再利用，減少了工業(yè)廢料的排放，降低了對(duì)自然資源的開(kāi)采，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念?！　?.減少碳排放與能源消耗：粉煤灰膠凝材料在制備和使用過(guò)程中，相比傳統(tǒng)膠凝材料（如水泥）能夠顯著降低碳排放和能源消耗。粉煤灰可以作為混凝土的摻合料，替代部分水泥，從而減少水泥的生產(chǎn)和使用量，有效降低混凝土生產(chǎn)的碳足跡。　　3.改善混凝土性能與減少?gòu)U物產(chǎn)生：粉煤灰膠凝材料能夠改善混凝土的性能，如提高混凝土的強(qiáng)度、耐久性和工作性能，延長(zhǎng)混凝土的使用壽命，減少因混凝土損壞而產(chǎn)生的建筑廢棄物。同時(shí)，還能降低混凝土中氧化物和硫化物的含量，進(jìn)一步降低其對(duì)環(huán)境的污染?！　?.減少工業(yè)廢料對(duì)環(huán)境的污染：粉煤灰作為工業(yè)廢料，如果不進(jìn)行妥善處理，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。通過(guò)將其轉(zhuǎn)化為膠凝材料，不僅可以減少工業(yè)廢料的排放，還可以降低對(duì)環(huán)境的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。　　5.推動(dòng)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展：粉煤灰膠凝材料的應(yīng)用有助于推動(dòng)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)減少工業(yè)廢料的排放和資源的再利用，粉煤灰膠凝材料為建筑行業(yè)提供了一種更加環(huán)保和可持續(xù)的建筑材料選擇?！　?.降低溫室氣體排放量：粉煤灰基地質(zhì)聚合物混凝土在堿激活劑的制備和后期高溫養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的溫室氣體約占總量的90%；與普通混凝土相比，粉煤灰地質(zhì)聚合物混凝土的溫室氣體排放量降低率為15%。　　7.優(yōu)異的耐火性和耐熱性：地聚物在高溫（1000～1200℃）也不會(huì)氧化和分解，甚至在680℃煅燒后，強(qiáng)度有一定的提升，這可能由于高溫煅燒會(huì)促進(jìn)晶體的形成，提高強(qiáng)度。　　8.良好的耐化學(xué)腐蝕性：一般情況下，除氫氟酸（HF）外，地聚物中鍵合的Si-O和Al-O很難與其他酸反應(yīng)，使其成為一種理想的海洋土木工程材料。　　9.與金屬離子結(jié)合性能強(qiáng)：地聚物具有類沸石結(jié)構(gòu)，金屬離子或者其他有毒物質(zhì)很容易被分割包圍在環(huán)狀分子所形成的密閉的空腔中。同時(shí)，地聚物中的堿金屬離子具有離子交換性能，很容易與金屬離子發(fā)生交換，從而固定有害的金屬離子?！　∵@些環(huán)保特性使得粉煤灰地聚物膠凝材料成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的環(huán)保材料?！　〗Y(jié)論　　粉煤灰地聚物膠凝材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，不僅為固廢處理提供了新的思路，也為環(huán)保材料的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新，粉煤灰地聚物膠凝材料能夠有效提升固廢的綜合利用率，減少環(huán)境污染，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)固廢的高附加值利用。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的支持，粉煤灰地聚物膠凝材料有望在未來(lái)的固廢利用和環(huán)保材料領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

  2024-12-11 17:09:07查看詳情>>
• 赤泥基堿激發(fā)膠凝材料的制備及機(jī)理研究

  　　摘要：系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外對(duì)赤泥基膠凝材料的研究成果，分析了赤泥種類、摻合料和激發(fā)活化措施對(duì)赤泥基堿激發(fā)膠凝材料力學(xué)性能的影響。研究表明燒結(jié)法赤泥活性較高，受熱活化和水玻璃激發(fā)效果較為顯著，抗壓強(qiáng)度普遍高于25 MPa；拜爾法赤泥較則難以被激發(fā)，而目前90%的鋁業(yè)公司使用拜耳法生產(chǎn)Al2O3。結(jié)合已有研究，利用工業(yè)固體廢棄物脫硫石油焦渣激發(fā)拜耳法赤泥，確定了赤泥基激發(fā)膠凝材料的基本配合比，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.6 MPa。利用XRD進(jìn)行的微觀分析發(fā)現(xiàn)，赤泥中的鋁硅酸鹽礦物可以在堿性激發(fā)劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過(guò)溶解-聚合反應(yīng)生成聚合物凝膠是赤泥受激發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)度的主要原因。研究將赤泥用于制備膠凝材料，可以實(shí)現(xiàn)赤泥大規(guī)模、高附加值的資源化再生利用。　　關(guān)鍵詞：赤泥；堿激發(fā)；活化；脫硫石油焦渣　　0引言　　在氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的紅色泥狀殘?jiān)Q為赤泥。組成和性質(zhì)復(fù)雜，隨鋁土礦成分、生產(chǎn)工藝及陳化程度有所變化。每生產(chǎn)1 t氧化鋁產(chǎn)生1.0~2.0 t赤泥。近年來(lái)，赤泥累計(jì)庫(kù)存量已超過(guò)40億t，并且每年繼續(xù)增長(zhǎng)1.2億t；國(guó)內(nèi)赤泥庫(kù)存已達(dá)3.5億t，而赤泥資源利用率不到15%。目前，赤泥尚無(wú)合適的利用方式，多以外排為主。其他國(guó)家多以排海為主，但排海赤泥對(duì)海洋污染嚴(yán)重，影響海洋生態(tài)環(huán)境長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)；而中國(guó)因?yàn)榈乩碓?，多以堆存為主。赤泥的堆存一般分為濕法和干法，其中以干法為主。無(wú)論是哪種堆存方式，都存在潛在的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，例如赤泥脫水風(fēng)化后造成粉塵污染；赤泥堿性高，侵蝕建筑物和土壤；赤泥含有重金屬元素，可污染水體；赤泥含有放射性物質(zhì)和有毒物質(zhì)，危害人類和動(dòng)物的生存發(fā)展。而現(xiàn)有的赤泥利用技術(shù)利用率較低，存在諸多不足。例如從赤泥中回收有效組分回收過(guò)程復(fù)雜，成本和能量消耗巨大，產(chǎn)品附加值較低。赤泥可用于生產(chǎn)建筑材料，但目前僅能利用制備低品質(zhì)，低附加值的產(chǎn)品。赤泥作為環(huán)境修復(fù)材料的應(yīng)用，工藝簡(jiǎn)單，成本低，但是存在引入新污染的風(fēng)險(xiǎn)，并且在施用后難以再循環(huán)。因此，對(duì)赤泥的高效利用已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)，而建材產(chǎn)品用量巨大，若將赤泥用于制備建筑材料，可以實(shí)現(xiàn)赤泥大規(guī)模、高附加值的資源化再生利用。　　1赤泥的構(gòu)成　　1.1赤泥的化學(xué)組成　　赤泥主要根據(jù)氧化鋁的不同生產(chǎn)工藝分為拜耳法赤泥和燒結(jié)法赤泥。一些鋁廠產(chǎn)生的赤泥的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1所示?！　谋?中可以看出，赤泥中含有的主要化學(xué)成分是相似的，主要為SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、TiO2、Na2O、K2O、MgO，但各種成分含量不同。燒結(jié)方法的赤泥組成相似，SiO2、Al2O3、CaO含量在60%以上，F(xiàn)e2O3含量在10%左右；拜耳法赤泥成分較為復(fù)雜，成分變化較大，SiO2、Al2O3、CaO含量小于50%，大部分赤泥中Fe2O3含量在30%左右。本研究對(duì)山西朔州鋁業(yè)燒結(jié)法和山東信發(fā)鋁業(yè)拜耳法赤泥進(jìn)行了熒光試驗(yàn)分析。燒結(jié)法赤泥中SiO2、Al2O3、CaO含量在60%以上，拜耳法赤泥中CaO含量較低，F(xiàn)e2O3含量在30%以上，與表1中赤泥相似?！　?.2赤泥的礦物組成　　分別對(duì)拜耳法赤泥（山東信發(fā)鋁業(yè)公司）和燒結(jié)法赤泥（山西朔州朔能鋁業(yè)公司）進(jìn)行X-衍射分析，圖譜如圖1、2?！　∮蓤D1中可以看出，拜耳法赤泥成分復(fù)雜，主要礦物是赤鐵礦，含有少量的鈦礦物、勃姆石、二氧化硅和硅鋁酸鈉水合物。這些礦物質(zhì)基本上沒(méi)有水化活性。拜耳法赤泥不經(jīng)過(guò)煅燒，直接用苛性堿浸出鋁，剩余含硅鋁礦物結(jié)構(gòu)未破壞更不會(huì)在堿性激發(fā)劑中溶解，硅鋁的溶解速率低，活性較低。由圖2中可以看出，燒結(jié)法赤泥的主要礦物是石榴石和鈣霞石，含有少量鈦礦物、坡縷石和無(wú)定形硅鋁酸鹽水合物。大量石榴石和鈣霞石主要用作骨架支撐，而無(wú)定形硅鋁酸鹽水合物則起膠結(jié)和填充作用。其中鈦礦物呈現(xiàn)惰性，可以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。燒結(jié)法的赤泥在高溫下煅燒，硅鋁和鈣離子易溶解形成CaO-Al2O3-SiO2三元體系，活性較高?！　【C上所述，燒結(jié)法赤泥活性較好，拜耳法赤泥活性較差。然而，超過(guò)90%的鋁業(yè)公司目前使用拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁，且拜耳法赤泥更難處理，因此，對(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行活化處理和資源化再生利用成為亟待解決的技術(shù)難題。　　2赤泥基堿激發(fā)膠凝材料制備研究　　堿激發(fā)材料是新開(kāi)發(fā)的基于鋁、硅、鈣質(zhì)礦物或廢棄物為原料，以堿金屬或堿土金屬鹽為激發(fā)劑，經(jīng)歷溶解-再聚合過(guò)程凝結(jié)硬化，綠色、低碳的膠凝材料。近幾年一些學(xué)者擴(kuò)展了激發(fā)劑的選擇，除堿性激發(fā)劑如水玻璃和苛性堿外，還選用磷酸等酸性激發(fā)劑及硫酸鹽、氟化物等鹽類激發(fā)劑，促進(jìn)了堿激發(fā)材料的發(fā)展。赤泥含大量的鋁、硅、鈣質(zhì)，可作為堿激發(fā)原料，結(jié)合其他輔助性材料，制備赤泥基堿激發(fā)膠凝材料。　　2.1摻合料　　赤泥中Si/Al比較低，Al不能全部用于聚合反應(yīng)而存于溶液中，所以形成的膠凝材料強(qiáng)度較低。當(dāng)提高Si/Al比后，Al全部進(jìn)入硅鋁框架中，微觀結(jié)構(gòu)更加致密，膠凝材料強(qiáng)度相對(duì)較高。因此，有必要加入一部分高活性硅鋁原料共同激發(fā)，如礦粉、粉煤灰及偏高嶺土等，可以有效地提高赤泥基膠凝材料的抗壓強(qiáng)度。制備綠色、低碳的赤泥地聚合物，要盡量提高赤泥占膠凝材料總量的比例（≥50%）或摻加其他硅鋁鈣質(zhì)廢料，降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?！　?.2活化方式　　赤泥中硅鋁的溶解速率低，形成的膠凝材料的強(qiáng)度較低。可以通過(guò)機(jī)械活化改變赤泥的性能，從而提高膠凝材料的強(qiáng)度。赤泥機(jī)械活化一般多選用球磨機(jī)和振動(dòng)磨進(jìn)行機(jī)械研磨，破壞顆粒的表面結(jié)構(gòu)提高顆粒的細(xì)度，但會(huì)增大用水量降低材料早期強(qiáng)度。另外赤泥持水量較高，機(jī)械研磨并不能磨成小顆粒，過(guò)度粉磨會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，易形成黏片狀結(jié)構(gòu)，膠凝材料力學(xué)性能提高幅度不顯著。熱活化通常在500~800℃的高溫下進(jìn)行。在鍛燒條件下，赤泥中穩(wěn)定鋁硅體的結(jié)構(gòu)被破壞，形成亞穩(wěn)硅鋁酸鹽結(jié)構(gòu)，膠凝材料的抗壓強(qiáng)度提高，但煅燒溫度高，成本較高?；瘜W(xué)活化多選用堿性激發(fā)劑激發(fā)，堿性激發(fā)劑使液相中的堿度提高，赤泥中硅鋁礦物在強(qiáng)堿溶液中結(jié)構(gòu)破壞，硅氧鍵與鋁氧鍵破壞溶出硅鋁單質(zhì)，然后形成硅鋁質(zhì)凝膠，最后聚合形成類沸石結(jié)構(gòu)。水玻璃是最常用的激發(fā)劑，激發(fā)效果最好，但商品級(jí)的堿硅酸鹽價(jià)格較為昂貴，制備成本提高?！　?.3制備工藝　　赤泥基堿激發(fā)膠凝材料制備過(guò)程如圖3所示。首先將原狀赤泥進(jìn)行烘干、研磨和篩分處理，可以通過(guò)機(jī)械研磨和高溫煅燒對(duì)赤泥進(jìn)行活化處理獲得高活性赤泥粉體。根據(jù)需要，添加硅鋁質(zhì)材料、外加劑或纖維等摻合料改善膠凝材料的性能。選擇合適的激發(fā)劑類型和用量，以及最佳的水膠比。最后是成型以及養(yǎng)護(hù)等工序?！　?力學(xué)性能　　目前，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)赤泥制備堿激發(fā)膠凝材料進(jìn)行研究，如表2所示?！　D片　　從表2可以看出，可以通過(guò)改變各種原料（赤泥種類、激發(fā)劑、摻合料、水的比例）、選擇合適的成型工藝和養(yǎng)護(hù)方法，以改善赤泥基膠凝材料的力學(xué)性能。現(xiàn)有研究利用燒結(jié)法赤泥激發(fā)制備膠凝材料抗壓強(qiáng)度一般在25 MPa以上，而利用拜爾法赤泥激發(fā)制備得到的膠凝材料抗壓強(qiáng)度較低。摻合料多選用活性較好的礦渣、粉煤灰和硅灰，少部分添加石灰和脫硫石膏提高赤泥粉體的活性。赤泥激發(fā)活化后膠凝材料抗壓強(qiáng)度有所提高，高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)有利于提高膠凝材料的力學(xué)性能?！　?激發(fā)機(jī)理　　在激發(fā)劑的作用下，赤泥中的礦物硅氧鍵和鋁氧鍵被破壞，硅鋁單體溶解；然后單體聚合為低聚物，形成凝膠，最后硅鋁結(jié)構(gòu)聚合形成高聚物硅鋁聚合凝膠。如果赤泥含鈣量較高，如燒結(jié)法赤泥，會(huì)溶解出鈣離子，最后生成C-S-H和C-A-S-H凝膠；拜耳法赤泥含鈣量較少，會(huì)生成N-A-S-H凝膠。圖4為華中科技大學(xué)葉楠博士利用堿熱活化激發(fā)拜爾法赤泥，加入硅灰和水后水化生成膠凝材料的過(guò)程?！　〖尤霘溲趸c，赤泥被堿活化，礦物結(jié)構(gòu)被破壞，硅氧四面體與硅氧四面體分解。部分Fe3+代替了Al3+生成鐵氧混合體；加入水和硅灰后，硅鋁單體在堿環(huán)境下生成低聚合物；硅灰溶出硅氧單體，最后形成穩(wěn)定的N-A-S-H凝膠，游離的Na+被包圍在凝膠中?！　?試驗(yàn)　　本試驗(yàn)選用山東信發(fā)鋁業(yè)公司提供的拜耳法赤泥。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)機(jī)械活化效果不顯著，熱活化消耗能量較高，對(duì)未高溫煅燒拜耳法赤泥進(jìn)行堿激發(fā)效果不理想。因此利用工業(yè)廢棄物脫硫石油焦渣作為主要激發(fā)劑，加入高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料雙重激發(fā)赤泥。通過(guò)正交試驗(yàn)確定赤泥/高貝利特水泥熟料質(zhì)量比為3/1，石油焦渣占粉體總量40%，水膠比為0.4，當(dāng)膠砂比為1∶3時(shí)，制備赤泥基堿激發(fā)膠凝材料，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.6 MPa?！　×蜾X酸鈣是普通硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物，具有良好的早期強(qiáng)度。鋁酸鹽和硫酸鈣是合成硫鋁酸鈣的主要成分。赤泥是一種高堿度的鋁硅酸鹽原料，石油焦渣含大量的氧化鈣和硫酸鈣。赤泥基膠凝材料的水化反應(yīng)產(chǎn)物如圖5?！　∮蓤D5中可以看出，水化產(chǎn)物的主要物相是鈣釩石、赤鐵礦、方解石、硬石膏和硫酸鈣鐵礦物。其中，赤鐵礦來(lái)源于拜耳法赤泥，硬石膏和方解石均來(lái)源于脫硫石油焦渣?！　「哓惱厮嗍炝纤?，溶液的溫度和堿度提高；脫硫石油焦渣中氧化鈣形成氫氧化鈣，消耗大量的水，溶液的pH值升高；赤泥中硅鋁酸鹽礦物解聚并與溶液中Ca2+和SO42-反應(yīng)形成鈣礬石和水合硅酸鈣。石油焦渣含大量的氧化鈣和硫酸鈣可代替石膏和石灰，對(duì)赤泥激發(fā)效果顯著，外加鈣源可以提高膠凝材料強(qiáng)度。水泥熟料水化產(chǎn)生氫氧化鈣有利于赤泥的激發(fā)。大量的消耗赤泥和石油焦渣，增加固體廢棄物的利用?！　」桎X酸鹽礦物溶解速率低，大部分不參與反應(yīng)，這是地聚合物抗壓強(qiáng)度不足的主要原因。因此，下一步要對(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行活化處理增加硅鋁溶出率，添加含硅鋁酸鹽固體廢棄物提高硅鋁含量和硅鋁比，提高膠凝材料的抗壓強(qiáng)度?！　?總結(jié)　　（1）目前的赤泥激發(fā)工藝中，燒結(jié)法赤泥更容易進(jìn)行激發(fā)，熱活化和水玻璃激發(fā)效果顯著，激發(fā)得到的膠凝材料抗壓強(qiáng)度高于25 MPa；由拜爾法赤泥激發(fā)制備的膠凝材料抗壓強(qiáng)度較低，針對(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行激發(fā)的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足?！　。?）赤泥/高貝利特水泥熟料質(zhì)量比為3/1，石油焦渣占粉體總量40%，水膠比為0.4，當(dāng)膠砂比為1∶3時(shí)，制備赤泥基堿激發(fā)膠凝材料，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.6 MPa?！　。?）赤泥中硅鋁酸鹽礦物在堿激發(fā)劑作用下，解聚為單體，單體再聚合為聚合物，最后生成C-S-H和C-A-S-H凝膠，是赤泥基堿激發(fā)材料產(chǎn)生強(qiáng)度的主要原因。

  2024-12-11 17:06:21查看詳情>>
• 高爐礦渣特性對(duì)其活性和立磨生產(chǎn)的影響

  　　高爐礦渣是高爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3和MgO，其中含有Ti、S等微量元素，經(jīng)研究，Ti含量的變化會(huì)影響高爐礦渣沖制過(guò)程中泡沫渣的含量。高爐不同的沖渣方式，導(dǎo)致高爐渣在高溫冷卻的速度不同，產(chǎn)生的高爐礦渣的結(jié)構(gòu)也不同。同時(shí)高爐礦渣本身化學(xué)成分的波動(dòng)，對(duì)高爐礦渣的排水、礦渣立磨的煤耗和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量以及礦渣粉的活性有密切的影響?！　?試驗(yàn)　　1.1原料　　我公司高爐產(chǎn)生的高爐礦渣，以及利用該高爐礦渣生產(chǎn)的礦渣粉，化學(xué)成分見(jiàn)表1?！　?.2高爐沖渣和立磨工藝布局　　我公司采用印巴法和明特法沖制高爐礦渣，經(jīng)皮帶運(yùn)輸至高爐礦渣料場(chǎng)，經(jīng)自然堆放和晾曬72h后，作為礦渣立磨原料。礦渣立磨型號(hào)為德國(guó)萊歇生產(chǎn)的LM56.3+3，配套140GJ供熱能力的熱風(fēng)爐?！　?.3試驗(yàn)方法　?。?）采用德國(guó)Bruke D8 Advance型X射線衍射儀分析不同沖渣制度下的高爐礦渣礦物結(jié)構(gòu)。　?。?）使用實(shí)驗(yàn)室小磨，將烘干好的3kg高爐礦渣，粉磨40min后，測(cè)定比表面積，表征高爐礦渣易磨性?！　。?）按照GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》中的膠砂強(qiáng)度比法測(cè)定礦渣粉活性指數(shù)?！　?結(jié)果與討論　　2.1不同沖渣方式對(duì)高爐礦渣礦物結(jié)構(gòu)、易磨性和活性的影響　　測(cè)試了明特法與印巴法沖制的高爐礦渣的礦物組成，見(jiàn)圖1，可知明特法沖制的高爐礦渣含有大量的鈣鋁黃長(zhǎng)石（Ca2Al2SiO7）晶體，以及小部分的鎂薔薇輝石（Ca3MgSi2O8）晶體，通過(guò)定性分析，玻璃體的含量遠(yuǎn)小于鈣鋁黃長(zhǎng)石晶體的含量，而鈣鋁黃長(zhǎng)石晶體抑制礦渣粉的水化活性，其活性主要是玻璃體在堿性環(huán)境下的解聚產(chǎn)生的，通過(guò)對(duì)比可知，印巴法的熱水沖渣制度下的礦渣，鈣鋁黃長(zhǎng)石的晶體含量極少，且晶體形式主要以微晶狀態(tài)存在，玻璃體含量高?！　y(cè)試了明特法與印巴法沖制的高爐礦渣的易磨性和活性指數(shù)，見(jiàn)表2，結(jié)合上述圖1的XRD圖譜可知：印巴法冷卻液態(tài)渣速度較快，礦物結(jié)構(gòu)以玻璃體為主，包含較高的能量，其機(jī)械粉磨做功較小，導(dǎo)致其易磨性（比表面積）較明特法沖制的高爐礦渣高30m2/kg，7d和28d活性指數(shù)分別高13%和12%。下文所討論高爐礦渣和礦渣粉都采用印巴法沖制。　　圖1明特法與印巴法兩種沖渣制度下的礦渣粉的XRD圖　　2.2高爐礦渣化學(xué)成分對(duì)活性的影響　　礦渣粉主要的結(jié)構(gòu)為玻璃體結(jié)構(gòu)，其水化活性的來(lái)源為高溫的液態(tài)渣經(jīng)急冷保存下來(lái)的能量，主要是其中的Al2O3經(jīng)水化環(huán)境中的Ca(OH)2激活，反應(yīng)生成具有膠凝特性的絮狀結(jié)構(gòu)的C-A-H（鋁膠結(jié)構(gòu)），C-A-H又與水化體系中的SO3反應(yīng)，生成具有針棒狀的AFt（鈣礬石），在水泥硬化漿體中起骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)水泥體系強(qiáng)度，宏觀表征為礦渣粉具有活性。因此綜合上述分析，影響礦渣粉活性的主要因素包含礦渣粉的Al2O3、SiO2和玻璃體含量?！　⊥ㄟ^(guò)圖2可知，Al2O3和SiO2含量的波動(dòng)對(duì)礦渣粉的7d活性指數(shù)有較顯著的影響，這是因?yàn)楫?dāng)?shù)V渣中Al2O3含量高時(shí)，液態(tài)高爐渣的黏度較高，不易形成鈣鋁黃長(zhǎng)石微晶，同時(shí)礦渣中玻璃體中的主要水化活性物質(zhì)Al2O3較高。而礦渣中SiO2含量高時(shí)，礦渣的活性會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。因此需對(duì)兩者綜合考慮?！　D2礦渣中Al2O3和SiO2的含量變化與其7d活性指數(shù)的關(guān)系　　2.3高爐礦渣化學(xué)成分對(duì)易磨性的影響　　礦渣的易磨性不僅受到其沖渣方式的影響，也受到其化學(xué)成分的影響，分析了高爐礦渣中的化學(xué)成分對(duì)礦渣的易磨性和對(duì)立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的影響，見(jiàn)圖3，可見(jiàn)：在相同沖渣方式下，隨著高爐礦渣中SiO2含量由32%上升至34%，高爐礦渣比表面積由420m2/kg降至400m2/kg?！　?.4高爐礦渣堆積密度對(duì)水分、立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和煤耗的影響　　統(tǒng)計(jì)了2018年5月至6月時(shí)間段的高爐礦渣堆積密度和水分的數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖4，可知：從2018年5月下旬至6月，高爐礦渣堆積密度呈不斷下降趨勢(shì)，同時(shí)，高爐礦渣水分呈不斷上升的趨勢(shì)，表明了高爐礦渣堆積密度與水分有直接關(guān)系?！　“凑杖肽ジ郀t礦渣的水分≤8.5%的要求，從圖5中可以得出，對(duì)應(yīng)的高爐礦渣堆積密度臨界點(diǎn)為1060kg/m3，因此要求高爐礦渣的堆積密度不小于1060kg/m3，否則將嚴(yán)重影響礦渣粉的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、煤耗等。圖6為2018年5月份和6月份高爐礦渣水分對(duì)礦渣磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量曲線圖，可以看出，隨著礦渣水分增加，磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量下降，主要原因?yàn)?，高爐礦渣水分提高，磨機(jī)運(yùn)行工況不穩(wěn)定?！　⊥瑫r(shí)，因高爐礦渣水分的提高，礦渣磨機(jī)的煤耗也呈上升趨勢(shì)，通過(guò)測(cè)算可知，高爐礦渣水分每上升1%，礦渣立磨煤耗上升約0.5kg/t?！　D3高爐礦渣化學(xué)成分與易磨性變化對(duì)應(yīng)關(guān)系　　圖4 2018年5月份和6月份高爐礦渣堆積密度和水分的變化趨勢(shì)　　圖5高爐礦渣堆積密度和水分的關(guān)系　　圖6高爐礦渣水分對(duì)立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的影響　　3結(jié)論　?。?）印巴法沖制的高爐礦渣結(jié)構(gòu)主要為活性高的玻璃體結(jié)構(gòu)，明特法沖制的高爐礦渣主要為活性低的鈣鋁黃長(zhǎng)石（Ca2Al2SiO7）晶體結(jié)構(gòu)，且印巴法沖制的高爐礦渣易磨性要高于明特法沖制的。　?。?）高爐礦渣堆積密度≥1060kg/m3時(shí)，經(jīng)堆放72h自然排水后，高爐礦渣水分可以控制在8.5%，有利于立磨煤耗的降低和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的提高。　?。?）高爐礦渣中SiO2化學(xué)成分的升高會(huì)降低礦渣磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。　?。?）高爐礦渣中對(duì)活性指數(shù)有益的化學(xué)成分為Al2O3，其對(duì)活性不利的成分為SiO2。　　作者：日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司梁曉杰　　編輯：冶金渣與尾礦　　文章僅用于技術(shù)交流分享，如有冒犯請(qǐng)聯(lián)系我們刪除，感謝理解。

  2024-12-09 14:43:03查看詳情>>
• 鋼渣礦渣基全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)機(jī)理

  　　為了促進(jìn)鋼鐵冶金渣的高附加值應(yīng)用，以鋼渣、礦渣和脫硫石膏為原料制備膠凝材料，研究了不同摻量CaO或Na2SO4對(duì)膠凝材料的化學(xué)活化作用，并利用XRD、SEM對(duì)摻入激發(fā)劑膠凝材料的水化產(chǎn)物進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，摻入少量CaO或者Na2SO4的膠凝材料凈漿試塊早期抗壓強(qiáng)度會(huì)有一定的提高，后期強(qiáng)度變化不大；但當(dāng)Na2SO4摻量超過(guò)2%時(shí)，凈漿試塊的抗壓強(qiáng)度會(huì)降低。摻入激發(fā)劑對(duì)膠凝材料的水化產(chǎn)物種類不會(huì)造成影響，其水化產(chǎn)物主要包括鈣礬石(AFt)、水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠和氫氧化鈣(CH)?！　?引言　　2013年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)冶煉廢渣產(chǎn)生量約4.13億噸，但是鋼渣的綜合利用率還相對(duì)較低。付衛(wèi)華等開(kāi)展了鋼渣的膠凝性能研究，結(jié)果表明：純鋼渣與水拌合后可緩慢硬化，但鋼渣的膠凝性能很弱。Yan等等研究了鋼渣膠凝材料的高溫激發(fā)特性，結(jié)果表明，高溫能夠促進(jìn)鋼渣的水化反應(yīng)，加速水化產(chǎn)物的生成。Takashima在800～1450℃將鋼渣高溫激發(fā)，可使鋼渣中的γ-C2S(低膠凝性能)轉(zhuǎn)變成為α型或α’型C2S(高膠凝性能)，再急冷后，得到的鋼渣中含α型或α’型C2S較多，然后將這種被改性后的鋼渣被作為高活性的摻合料使用在建筑工程水泥混凝土中，但是高溫激發(fā)難以控制。采用化學(xué)激發(fā)法提高膠凝材料反應(yīng)活性，系統(tǒng)的研究它們的激發(fā)規(guī)律，并分析它們的水化反應(yīng)產(chǎn)物激發(fā)機(jī)理，這對(duì)全固廢膠凝材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用有重要意義。徐彬等的研究結(jié)果表明堿激發(fā)劑硅酸鈉能夠提高鋼渣水泥的力學(xué)性能，摻硅酸鈉的鋼渣水泥28 d強(qiáng)度達(dá)到56.4 MPa。胡曙光等以水玻璃為激發(fā)劑激發(fā)鋼渣水泥活性，當(dāng)外加劑摻量不超過(guò)3%時(shí)，鋼渣水泥的強(qiáng)度較快增長(zhǎng)，當(dāng)外加劑摻量超過(guò)3%時(shí)，28 d強(qiáng)度甚至有一定的下降。Tian等研究結(jié)果表明，摻入硫酸鈉的鋼渣-礦粉膠凝材料水化反應(yīng)主要生成C-S-H凝膠、AFt晶體及少量的Ca(OH)2晶體。Cengiz等利用氫氧化鈉、水玻璃和碳酸鈉對(duì)鋼渣進(jìn)行活性激發(fā)，結(jié)果表明不同的激發(fā)劑均能對(duì)鋼渣活性起到一定的激發(fā)作用。所以本課題選用CaO和Na2SO4作為激發(fā)劑，研究這兩種激發(fā)劑對(duì)膠凝材料的化學(xué)活化規(guī)律，為促進(jìn)鋼鐵冶金渣的高附加值應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。　　2試驗(yàn)　　2.1試驗(yàn)原料　　圖1鋼渣的XRD圖譜　　Fig.1 XRD pattern of steel slag　　鋼渣：由河北省武安市裕華鋼鐵有限公司提供，其XRD圖譜如圖1，鋼渣中含有較多的玻璃相，其主要礦物相為RO相(MgO、FeO和MnO的固溶體)、C3S、C2S、C2F、和少量CaO。礦渣采用河北金泰成建材股份有限公司提供的高爐水淬礦渣。脫硫石膏采用北京石景山熱電廠提供的脫硫石膏。原料的化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1?！　「鶕?jù)Mason B提出的評(píng)價(jià)鋼渣的堿度值(M)的計(jì)算辦法，本課題所用鋼渣的堿度為：M=w(CaO)/[w(SiO2)+w(P2O5)]=2.07，屬于中堿度渣?！　”?主要原料化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)　　Tab.1 Chemical composition of raw materials(mass fraction，%)　　2.2試驗(yàn)方法　　將破碎后的鋼渣采用球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，試驗(yàn)中所用的球磨機(jī)為SMφ500×500試驗(yàn)?zāi)?。將鋼渣、礦渣、石膏分別粉磨至比表面積為560 m2/kg、580 m2/kg和640 m2/kg，按鋼渣、礦渣、石膏的質(zhì)量比為20∶68∶12比例混合制備膠凝材料，分別外摻入膠凝材料不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CaO或者Na2SO4，水膠比0.20，PC減水劑采用外摻法，摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.4%，制備30 mm×30 mm×50 mm的凈漿試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(溫度(20±1)℃、相對(duì)濕度不低于90%)，1 d后拆模，繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》分別測(cè)試試塊的強(qiáng)度，利用XRD對(duì)膠凝材料水化產(chǎn)物進(jìn)行分析，研究?jī)煞N激發(fā)劑對(duì)全固廢膠凝材料的化學(xué)活化作用。試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。　　表2激發(fā)劑對(duì)全固廢膠凝材料活化作用試驗(yàn)方案　　Tab.2 Test plan of activation on cementitious materials by exciting agent/%　　續(xù)表　　3結(jié)果與討論　　3.1 CaO摻量對(duì)膠凝材料性能的影響　　3.1.1 CaO摻量對(duì)膠凝材料凈漿試塊力學(xué)性能的影響　　不同摻量CaO對(duì)凈漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響結(jié)果見(jiàn)圖2所示。　　圖2 CaO摻量對(duì)膠凝材料凈漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響　　Fig.2 Effect of different CaO content on compressive strength of cementitious materials paste　　從圖2中可以看出，CaO的摻入能夠在一定程度上激發(fā)全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)活性，凈漿試塊的早期抗壓強(qiáng)度會(huì)有一定的提高。在3 d齡期時(shí)，隨著CaO摻量的增加，凈漿試塊的抗壓強(qiáng)度略有提高，但當(dāng)CaO摻量達(dá)到3%以后，抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)不大。主要是由于CaO摻入以后，在反應(yīng)初期能夠迅速與水發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)Ca(OH)2，使得體系的pH值迅速提高，OH-不斷和鋼渣、礦渣顆粒表面接觸，使鋼渣和礦渣的表面遭到“破壞”，促進(jìn)鋼渣和礦渣的水化，縮短反應(yīng)周期，同時(shí)還能夠提供較多的Ca2+，促進(jìn)水化產(chǎn)物的形成。但當(dāng)養(yǎng)護(hù)至7 d和28 d齡期時(shí)，摻入CaO的試樣抗壓強(qiáng)度和未摻入CaO的試樣抗壓強(qiáng)度差別不大，主要是由于在水化反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間之后，體系的pH值和離子濃度趨于平衡狀態(tài)，水化產(chǎn)物的生成主要靠鋼渣和礦渣的水化反應(yīng)來(lái)生成，CaO的激發(fā)作用有限?！　?.1.2不同CaO摻量膠凝材料XRD分析　　不同摻量CaO膠凝材料在3 d、28 d齡期時(shí)的XRD圖譜見(jiàn)圖3和圖4所示。　　圖3不同CaO摻量膠凝材料3 d齡期XRD圖譜　　Fig.3 XRD patterns of cementitious materials with different CaO content at 3 d curing age　　圖4不同CaO摻量膠凝材料28 d時(shí)XRD圖譜　　Fig.4 XRD patterns of cementitious materials with different CaO content at 28 d curing age　　從圖3中可以看出，CaO摻入以后對(duì)全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)產(chǎn)物種類不會(huì)造成影響。摻CaO的膠凝材料的早期水化產(chǎn)物物相中主要包括鈣礬石(AFt)、氫氧化鈣(CH)，以及未參與水化反應(yīng)的硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、RO相和石膏。在3 d齡期時(shí)鈣礬石的波峰有增強(qiáng)的趨勢(shì)，表明CaO摻入以后促進(jìn)了鈣礬石的生成。主要是由于CaO摻入之后，在水化反應(yīng)早期，體系的pH值和Ca2+濃度迅速提升，在脫硫石膏和堿性環(huán)境的激發(fā)作用下，礦渣中硅(鋁)氧四面體發(fā)生解離，溶出部分可溶硅(鋁)，與體系中的Ca2+形成C-S-H凝膠和AFt等水化產(chǎn)物。隨著水化產(chǎn)物的逐漸形成，礦渣表面與溶液之間偏鋁酸根溶解平衡被不斷打破，促進(jìn)鋁氧四面體從礦渣玻璃表遷移出來(lái)，破壞了硅氧四面體與鋁連接使礦渣玻璃體表面的硅(鋁)氧四面體聚合度快速下降，剩余的硅(鋁)氧四面體的活性又再次被激發(fā)，而發(fā)生解離的礦渣溶出的低聚硅酸根離子和鋁酸根離子又可以吸收一定量的Ca(OH)2生成C-S-H凝膠和AFt等水化產(chǎn)物。這也是膠凝材料強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)的原因。對(duì)比M3、M4和M5可以發(fā)現(xiàn)，鈣礬石的波峰差別不大，這表明當(dāng)CaO摻量超過(guò)3%時(shí)，體系的Ca2+濃度近于飽和狀態(tài)，再繼續(xù)增加對(duì)于鈣礬石的生成貢獻(xiàn)值降低。從圖4可以看出，在28 d齡期時(shí)，各組膠凝材料的水化產(chǎn)物中石膏的波峰逐漸消失，其它各組各水化產(chǎn)物的波峰形狀非常接近，表明CaO的摻量對(duì)全固廢膠凝材料28 d水化產(chǎn)物影響不大?！　?.1.3不同摻量CaO膠凝材料凈漿試塊SEM分析　　按照表2所示方案，制備M1和M3組膠凝材料，即膠凝材料中CaO摻量分別為0%和3%，分別外摻0.4%的PC高效減水劑，水膠比0.20，制備凈漿試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，在規(guī)定齡期取樣，利用SEM對(duì)膠凝材料的微觀形貌進(jìn)行分析。圖5和圖6分別為M1和M3組膠凝材料在3 d和28 d齡期時(shí)的SEM照片。　　圖5不同摻量CaO膠凝材料3 d齡期時(shí)的SEM照片　　Fig.5 SEM images of cementitious materials with different CaO content at 3 d curing age　　圖6不同摻量CaO膠凝材料28 d齡期時(shí)的SEM照片　　Fig.6 SEM images of cementitious materials with different CaO content at 28 d curing age　　從圖5中可以看出，在3 d齡期時(shí)，摻入3%CaO的膠凝材料水化產(chǎn)物(M3)中AFt的生成量要明顯多于未摻入CaO的膠凝材料(M1)。而且還可以發(fā)現(xiàn)，M3組膠凝材料水化產(chǎn)物中的AFt明顯要比M1組的粗壯一些，表明適量CaO摻入以后，在反應(yīng)初期能夠迅速與水發(fā)生反應(yīng)，生成Ca(OH)2，使得溶液中的Ca2+和OH-顯著增多，體系pH值快速升高，OH-和鋼渣、礦渣顆粒表面接觸，使鋼渣和礦渣表面遭到“破壞”，促進(jìn)鋼渣和礦渣的水化，整個(gè)體系的Ca/Si快速升高，促進(jìn)體系中AFt晶體的生成和長(zhǎng)大，導(dǎo)致膠凝材料的水化反應(yīng)誘導(dǎo)期提前，早期抗壓強(qiáng)度升高?！　膱D6中可以看出，水化反應(yīng)至28 d齡期時(shí)，M1和M3組膠凝材料水化產(chǎn)物的微觀形貌沒(méi)有太大的區(qū)別。主要是在水化反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間之后，體系的pH值和離子濃度趨于平衡狀態(tài)，水化產(chǎn)物的生成主要靠鋼渣和礦渣的水化反應(yīng)來(lái)生成，反應(yīng)所生成的C-S-H凝膠和AFt的總量主要由鋼渣和礦渣的水化程度來(lái)決定，這也驗(yàn)證了CaO的摻入，對(duì)于膠凝材料后期強(qiáng)度影響不大的結(jié)論，同時(shí)這與3.1.1和3.1.2節(jié)所得結(jié)論相一致。隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，C-S-H凝膠和AFt已經(jīng)緊密的結(jié)合在一起，相互交織，整個(gè)體系形成了較為致密的結(jié)構(gòu)?！　?.2 Na2SO4摻量對(duì)膠凝材料性能的影響　　3.2.1 Na2SO4摻量對(duì)凈漿試塊力學(xué)性能的影響　　不同摻量Na2SO4對(duì)凈漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響結(jié)果見(jiàn)圖7所示?！　D7 Na2SO4摻量對(duì)膠凝材料凈漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響　　Fig.7 Effect of different Na2SO4 content on compressive strength of cementitious materials paste　　從圖7中可以看出，Na2SO4的摻入對(duì)全固廢膠凝材料的力學(xué)性能有較大影響，膠凝材料各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)摻量為1%時(shí)，抗壓強(qiáng)度值最大。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因主要是，少量Na2SO4摻入以后，圖片會(huì)與體系中的Ca2+相結(jié)合，Na2SO4的溶解平衡被打破，體系堿性提高，使得鋼渣、礦渣等的水化反應(yīng)速度加快，水化程度加深，體系強(qiáng)度增加。但是當(dāng)Na2SO4摻入量超過(guò)2%時(shí)，膠凝材料的抗壓強(qiáng)度顯著下降，主要是由于體系中水化產(chǎn)物生成速度過(guò)快，并且相互交織在一起，迅速形成具有一定結(jié)構(gòu)的硬化漿體，而這部分硬化漿體由于水化產(chǎn)物分布不均勻，鑲嵌不均造成局部大孔較多，新生成的水化產(chǎn)物不能及時(shí)填充，呈現(xiàn)出孔隙較大的不良結(jié)構(gòu)，造成抗壓強(qiáng)度較低。當(dāng)Na2SO4摻量達(dá)到4%時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)較為明顯的泛霜現(xiàn)象。因此，全固廢膠凝材料中Na2SO4的較合適摻量為1%?！　?.2.2不同摻量Na2SO4膠凝材料XRD分析　　不同摻量Na2SO4的膠凝材料在3 d、28 d齡期時(shí)的XRD圖譜見(jiàn)圖8和圖9所示?！　D8不同Na2SO4摻量膠凝材料3 d時(shí)XRD圖譜　　Fig.8 XRD patterns of cementitious materials with different Na2SO4 content at 3 d curing age　　圖9不同Na2SO4摻量膠凝材料28 d時(shí)XRD圖譜　　Fig.9 XRD patterns of cementitious materials with different Na2SO4 content at 28 d curing age　　從圖8和圖9中可以看出，Na2SO4的摻入對(duì)全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)產(chǎn)物種類不會(huì)造成影響。3 d齡期時(shí)，摻Na2SO4的膠凝材料的水化產(chǎn)物物相中主要包括鈣礬石(AFt)、氫氧化鈣(CH)，以及未參與水化反應(yīng)的硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、RO相和石膏。對(duì)比圖6中的譜線可以看出，隨著Na2SO4的摻入，鈣礬石的波峰有增強(qiáng)的趨勢(shì)，衍射峰在25°～35°之間的“凸包”現(xiàn)象也愈發(fā)明顯，表明Na2SO4摻入以后促進(jìn)了水化產(chǎn)物鈣礬石和C-S-H凝膠的生成。主要是由于Na2SO4可以為水化反應(yīng)體系提供更多的圖片，使得水化反應(yīng)向著有利于生成膠凝物質(zhì)的方向移動(dòng)。鋼渣中的硅酸鹽、鋁酸鹽礦物成鍵結(jié)構(gòu)主要是硅氧鍵和鋁氧鍵，多以[SiO4]和[AlO4]或[AlO6]的形式存在，其中活性較高的顆粒在堿性環(huán)境條件下迅速溶解，并釋放出大量的OH-、Ca2+、硅(鋁)溶解物等，Na+可以在堿性環(huán)境中能夠?qū)撛械腃a2+置換出來(lái)，形成了富含Ca2+、[Al(OH)6]3-、圖片、[H3SiO4]-、OH-等離子的液相，這些離子又可以重新結(jié)合，使得鋼渣中的硅氧鍵和鋁氧鍵不斷斷裂，鋼渣也隨之源源不斷地溶解，針棒狀的AFt晶體穿插于C-S-H凝膠之中，使得硬化漿體的結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)，抗壓強(qiáng)度也隨之增大。AFt晶體生成的同時(shí)也促使礦渣中硅氧四面體的Si-O鍵持續(xù)不斷的斷裂，進(jìn)而在堿性溶液中與Ca2+反應(yīng)生成C-S-H凝膠。隨著水化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，鋼渣也不斷水化并生成Ca(OH)2，而礦渣持續(xù)水化吸收體系中的Ca2+，反過(guò)來(lái)又促進(jìn)鋼渣水化程度的加深。到28 d齡期時(shí)各水化產(chǎn)物的波峰形狀非常接近，表明Na2SO4的摻量對(duì)全固廢膠凝材料28 d水化產(chǎn)物影響不大?！　?.2.3不同摻量Na2SO4膠凝材料凈漿試塊SEM分析　　按照表2所示方案，制備N1和N2組膠凝材料，分別外摻0.4%的PC高效減水劑，水膠比0.20，制備凈漿試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，在規(guī)定齡期取樣，利用SEM對(duì)膠凝材料的微觀形貌進(jìn)行分析。圖10和圖11分別為N1和N2組膠凝材料3 d和28 d齡期時(shí)的SEM照片?！　D10不同摻量Na2SO4膠凝材料3 d時(shí)SEM照片　　Fig.10 SEM images of cementitious materials with different Na2SO4 content at 3 d curing age　　圖11不同摻量Na2SO4膠凝材料28 d時(shí)SEM照片　　Fig.11 SEM images of cementitious materials with different Na2SO4 content at 28 d curing age　　從圖10中可以看出，在3 d齡期時(shí)，摻入1%Na2SO4的膠凝材料水化產(chǎn)物(N2)中AFt的生成量要明顯多于未摻入Na2SO4的膠凝材料(N1)。而且還可以發(fā)現(xiàn)，N2組膠凝材料水化產(chǎn)物中的AFt明顯要比N1組的粗壯一些，表明適量Na2SO4摻入以后，使得體系中圖片離子濃度增大，使得水化反應(yīng)向著水化產(chǎn)物增加的方向移動(dòng)，同時(shí)還能在一定程度上提高體系中液相的pH值，增強(qiáng)堿性環(huán)境，為AFt的生成創(chuàng)造環(huán)境，促進(jìn)體系中AFt晶體的生成和長(zhǎng)大。另一方面，Na2SO4的加入能夠有效促進(jìn)鋼渣和礦渣中的網(wǎng)格狀玻璃體結(jié)構(gòu)的破壞，并解離出[SiO4]4-和[AlO4]5-，進(jìn)而與Ca2+、OH-相結(jié)合，生成水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣凝膠。水化鋁酸鈣凝膠進(jìn)一步和圖片結(jié)合可以生成水化硫鋁酸鈣。體系中所生成的凝膠和AFt相互交織在一起，隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，水化產(chǎn)物不斷由低聚合度向高聚合度轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了強(qiáng)度的進(jìn)一步增長(zhǎng)。加入Na2SO4后，Na+也能夠有效促進(jìn)鋼渣和礦渣中網(wǎng)格玻璃體解聚和分離，生成陰離子團(tuán)，進(jìn)而促進(jìn)水化反應(yīng)的進(jìn)行。體系中，Ca2+、Na+、圖片相互依存，共同促進(jìn)了水化反應(yīng)的進(jìn)行，試塊的強(qiáng)度也逐漸提高。　　從圖11中可以看出，水化反應(yīng)至28 d齡期時(shí)，N1和N2組膠凝材料水化產(chǎn)物的微觀形貌沒(méi)有太大的區(qū)別。主要是在水化反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間之后，體系的pH值和離子濃度趨于平衡狀態(tài)，水化產(chǎn)物的生成主要靠鋼渣和礦渣的水化反應(yīng)來(lái)生成，適量Na2SO4的摻入，對(duì)于膠凝材料后期強(qiáng)度影響不大。反應(yīng)所生成的C-S-H凝膠和AFt晶體已經(jīng)緊密的結(jié)合在一起，相互交織，整個(gè)體系形成了較為致密的結(jié)構(gòu)，這與3.2.1和3.2.2節(jié)所得結(jié)論相一致?！　⊥ㄟ^(guò)3.1節(jié)和3.2節(jié)的研究結(jié)果可以看出，在鋼渣礦渣基膠凝材料體系中摻入適量的CaO或者Na2SO4，能夠促進(jìn)早期水化反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而提高早期強(qiáng)度。同時(shí)，激發(fā)劑的摻入對(duì)于試塊后期強(qiáng)度和水化產(chǎn)物影響不大。研究結(jié)果表明，在鋼渣礦渣基膠凝材料體系中，當(dāng)鋼渣摻量達(dá)到40%時(shí)，試塊兒的早期強(qiáng)度會(huì)明顯降低，鋼渣的大摻量和早期強(qiáng)度相互矛盾，因此如果需要盡可能使用較多的鋼渣，同時(shí)還要求較高的早期強(qiáng)度，即可考慮在體系中摻入合適比例的CaO或者Na2SO4。　　4結(jié)論　　(1)CaO或Na2SO4作為激發(fā)劑摻入以后對(duì)全固廢膠凝材料的活性影響較為明顯。CaO較為適宜的摻量為3%，而Na2SO4較為適宜的摻量則為1%。相比較而言，CaO對(duì)于膠凝材料試塊早期強(qiáng)度的提高作用大于Na2SO4，因此，如果要盡提高鋼渣礦渣基全固廢膠凝材料試塊的水化反應(yīng)早期強(qiáng)度，摻入3%的CaO可能更為適宜;　　(2)CaO或Na2SO4的摻入對(duì)全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)產(chǎn)物種類不會(huì)造成影響。主要包括鈣礬石(AFt)、水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)和氫氧化鈣(CH)，以及未參與水化反應(yīng)的硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、RO相和石膏。合適摻量的激發(fā)劑能夠在一定程度上促進(jìn)膠凝材料水化反應(yīng)的進(jìn)行。　　作者：崔孝煒  狄燕清  倪文　　編輯：固廢利用與低碳建材　　轉(zhuǎn)載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將及時(shí)更正。

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