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摘要：钢渣在水泥磨中磨细不同的时间，可以获得不同粒径范围的粉料；粉料经过合理组合，可以合成与硅酸盐水泥熟料相近的粒径组成。磨细钢渣粉等量取代硅酸盐水泥后，在不同的水胶比和石膏激发作用下，表现出不同的抗折抗压强度和亚微观孔结构组成。
关键词：硅酸盐水泥；磨细钢渣粉；强度；孔结构分析
Abstract: Steel slag in the cement mill grinding different time, powder can be obtained with different particle size range; powder can be synthesized through reasonable combination, similar to the grain size composition of Portland cement clinker. Steel slag powder replaced equivalent cement, in different water binder ratio and gypsum excitation, exhibit different flexural and compressive strength and pore structure.Key words: portland cement; steel slag powder; strength; pore structure analysis
中图分类号：U214.1+5 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02
O引言
目前，混凝土是用量最大的人工建筑材料之一，在国民基础建设各领域有着广泛的用途。十多年来，混凝土产业的研究与应用获得了显著进展，但仍处于发展阶段；诸如：尽可能多的使用绿色水泥，更多的采用工业废渣等理论和应用问题需要更深入的研究[1]。文章以磨细钢渣粉作为掺和料，通过将磨细钢渣粉与硅酸盐水泥按不同比例进行配制，得到以磨细钢渣粉为主要研究对象的复合型掺和料。
钢渣是炼钢过程排出的熔渣。钢渣主要是来自金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物，被侵蚀的炉衬料和炉材料，金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料（如：石灰石、白云石、铁矿石、硅石等）。
钢渣呈黑色，外观像结块的水泥熟料，其中夹带部分铁粒，硬度大。钢渣的主要化学成分有：CaO，SiO2，Fe2O3，Al2O3，MgO等，成分组成基本稳定。钢渣的主要矿物组成为橄榄石（SiO2·FeO），硅酸二钙（2CaO·SiO2），硅酸三钙（3CaO·SiO2），铁酸二钙（2CaO·Fe2O3）和游離氧化钙（f-CaO）等。
钢渣产生率约为粗钢量的15%～20%。2008年1月14日，国际钢铁协会(IISI)公布：“2007年中国以4.89亿吨再次成为全球第一大粗钢产量生产国。”在中国钢铁工业协会三届四次常务理事（扩大）会议上，据中国钢铁工业协会节能减排课题组介绍：“2008年我国钢产量预计可达5亿吨，钢渣产量约为0.7亿吨” 。
高碱度钢渣含有大量C3S,C2S等活性物质，有很好的水硬性，把它与一定量的高炉矿渣、煅烧水泥熟料及配合球磨，即可生产钢渣矿渣水泥。应用钢渣水泥可配比C30和C40混凝土，分别用于民用建筑的梁、板、楼梯、砌块等方面；也可用于工业建筑的设备基础，吊车梁等，这在国外具有悠久的历史[2]。20世纪80年代以来，我国在这方面发展速度也相当快，拥有50多个钢渣水泥厂，钢渣水泥生产已超过50万吨，本溪、安阳、邯郸等建有10万吨的钢渣水泥厂。目前有两种方式生产钢渣水泥：一种是以石膏作激发剂的无熟料钢渣矿渣水泥，其配比为钢渣 40％～45％、高炉渣40％～45％、石膏8％～12％，强度在27.5 MPa～32.5MPa，此种水泥早期强度较低；另一种是以水泥熟料为激发剂，其配比为钢渣35％～45％、高炉矿渣35％～45％、水泥熟料10％～15％、石膏3％～5％，强度达32.5 MPa以上。
1原材料
1.1水泥水泥采用中国水泥厂生产的“金宁羊”牌P·Ⅱ型42.5级硅酸盐水泥；根据《通用硅酸盐水泥标准》（GB175-2007）和《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005），对水泥的主要技术性质进行了检验，细度、凝结时间和安定性符合规范要求[3][4]。该水泥样品胶砂强度如表1所示。
表1 水泥胶砂强度试验结果
1.2钢渣采用马鞍山钢铁集团分选、陈伏一年的钢渣，烘干、磨细后过0.16mm方孔筛；用激光粒度分析仪检测，各样品粒径分布见图1。
从图1可以看出，硅酸盐水泥与磨细1、2、4小时的钢渣粉的粒径，一部分重合一部分相交；说明三种磨细的钢渣粉只要通过合理的组合，即可与硅酸盐水泥粒径相近。为了获得
这种组合，订制了15µm，45µm和100µm的方孔筛；通过配比试验，取15µm以下磨细4小时的钢渣粉，取15µm～45µm之间磨细2和4小时的钢渣粉，取45µm～100µm之间磨细1和2小时的钢渣粉，质量比为5:1:4,掺和获得的钢渣粉的粒度分析与硅酸盐的粒度相接近，较好的解决了磨细钢渣粉与硅酸盐水泥粒度的匹配问题。
图1各样品粒度分析试验检测结果
注：s-硅酸盐水泥；g4-磨细4小时钢渣粉；g2-磨细2小时钢渣粉；g1-磨细1小时钢渣粉。
2 掺钢渣粉的水泥胶砂强度试验分析
2.1 正交试验及其结果
以磨细钢渣粉取代水泥的质量、磨细石膏粉的含量及水胶比为主要因素，设计成（L33 ）正交表，如表2所示；考察的强度指标为7天、28天和90天的胶砂抗折、抗压强度，结果如表3所示。
表2正交表设计
表3掺钢渣粉水泥强度试验结果
2.2 正交试验分析
选取28天的掺钢渣粉的水泥胶砂抗折抗压强度为研究对象，分析磨细钢渣粉、磨细石膏及水胶比，对掺钢渣粉掺和料强度的影响权重，分析结果如下：
28天抗折强度：
K1= 7.77, 8.07,7.3；
K2= 8.47,8.4,8.93；
K3= 8.37,8.13,8.37；
极差=0.7，0.33，1.63。
28天抗压强度：
K1= 60.3, 59.9,55.6；
K2= 62.4,61.7,65.4；
K3= 60.4,61.4,62.0；
极差=2.1，1.8，9.8。
由此可见：掺钢渣粉的水泥掺和料，以28天抗折抗压强度正交试验分析可知，其中影响因素是：水胶比>取代量>磨细石膏粉。
3 掺钢渣粉的水泥浆体孔结构分析
分别选取：取代量10%，35%，60%；磨细熟石膏粉5.5%，1.5%，5.5%；水胶比0.5，0.65，0.65三种情况及纯硅酸盐水泥（标准稠度用水量为29%），制作水泥浆，标准养护28天后，用压汞仪法分析孔径结构组成。
约定：A-纯硅酸盐水泥；B-取代量10%，磨细石膏粉5.5%，水胶比0.5；C-取代量35%，磨细石膏粉1.5%，水胶比0.65；D-取代量60%，磨细石膏粉5.5%，水胶比0.65。
其中A，B，C，D四个样品的进汞量与孔径关系图见图2；压汞试验结果见表4。
图2进汞量与孔径关系
表4 各样品压汞试验结果汇总表
4 小结
a 钢渣颗粒经过水泥试验磨的磨细，可以获得不同粒径范围的钢渣微粉；
b 合理组合后的钢渣微粉大量取代水泥后，在激发剂和较大水胶比的情况下，掺和料的胶砂抗折强度能够达到纯水泥的抗折强度，而抗压强度甚至比纯水泥更高。
c 通过压汞试验结果，掺钢渣粉掺和料的凝结硬化浆体的孔隙率比纯硅酸盐水泥小，说明了钢渣微粉能够起到微粉填充的效应，致使浆体更密实，提高了浆体的抗压强度[5]；但是最可几孔径关系来看，纯硅酸盐水泥比掺钢渣粉掺和料都小，说明硅酸盐水泥水化反应后的浆体孔径组成更合理。
d 掺钢渣粉的掺和料，诸如耐久性等性能需要进一步研究。
参考文献：
[1] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道出版社.1999.
[2] 施惠生.利用钢渣研制复合硅酸盐水泥的正交试验研究[J],水泥,2004年第5期.
[3] 中华人民共和国国家标准.《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[4] 中华人民共和国国家标准.水泥胶砂强度检验标准(ISO法)(GB/T 17671-1999) [M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[5] 王强,阎培渝.大掺量钢渣复合胶凝材料早期水化性能和浆体结构[J],硅酸盐学报,第36卷第10期,2008年10月.
关键词：硅酸盐水泥；磨细钢渣粉；强度；孔结构分析
Abstract: Steel slag in the cement mill grinding different time, powder can be obtained with different particle size range; powder can be synthesized through reasonable combination, similar to the grain size composition of Portland cement clinker. Steel slag powder replaced equivalent cement, in different water binder ratio and gypsum excitation, exhibit different flexural and compressive strength and pore structure.Key words: portland cement; steel slag powder; strength; pore structure analysis
中图分类号：U214.1+5 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02
O引言
目前，混凝土是用量最大的人工建筑材料之一，在国民基础建设各领域有着广泛的用途。十多年来，混凝土产业的研究与应用获得了显著进展，但仍处于发展阶段；诸如：尽可能多的使用绿色水泥，更多的采用工业废渣等理论和应用问题需要更深入的研究[1]。文章以磨细钢渣粉作为掺和料，通过将磨细钢渣粉与硅酸盐水泥按不同比例进行配制，得到以磨细钢渣粉为主要研究对象的复合型掺和料。
钢渣是炼钢过程排出的熔渣。钢渣主要是来自金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物，被侵蚀的炉衬料和炉材料，金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料（如：石灰石、白云石、铁矿石、硅石等）。
钢渣呈黑色，外观像结块的水泥熟料，其中夹带部分铁粒，硬度大。钢渣的主要化学成分有：CaO，SiO2，Fe2O3，Al2O3，MgO等，成分组成基本稳定。钢渣的主要矿物组成为橄榄石（SiO2·FeO），硅酸二钙（2CaO·SiO2），硅酸三钙（3CaO·SiO2），铁酸二钙（2CaO·Fe2O3）和游離氧化钙（f-CaO）等。
钢渣产生率约为粗钢量的15%～20%。2008年1月14日，国际钢铁协会(IISI)公布：“2007年中国以4.89亿吨再次成为全球第一大粗钢产量生产国。”在中国钢铁工业协会三届四次常务理事（扩大）会议上，据中国钢铁工业协会节能减排课题组介绍：“2008年我国钢产量预计可达5亿吨，钢渣产量约为0.7亿吨” 。
高碱度钢渣含有大量C3S,C2S等活性物质，有很好的水硬性，把它与一定量的高炉矿渣、煅烧水泥熟料及配合球磨，即可生产钢渣矿渣水泥。应用钢渣水泥可配比C30和C40混凝土，分别用于民用建筑的梁、板、楼梯、砌块等方面；也可用于工业建筑的设备基础，吊车梁等，这在国外具有悠久的历史[2]。20世纪80年代以来，我国在这方面发展速度也相当快，拥有50多个钢渣水泥厂，钢渣水泥生产已超过50万吨，本溪、安阳、邯郸等建有10万吨的钢渣水泥厂。目前有两种方式生产钢渣水泥：一种是以石膏作激发剂的无熟料钢渣矿渣水泥，其配比为钢渣 40％～45％、高炉渣40％～45％、石膏8％～12％，强度在27.5 MPa～32.5MPa，此种水泥早期强度较低；另一种是以水泥熟料为激发剂，其配比为钢渣35％～45％、高炉矿渣35％～45％、水泥熟料10％～15％、石膏3％～5％，强度达32.5 MPa以上。
1原材料
1.1水泥水泥采用中国水泥厂生产的“金宁羊”牌P·Ⅱ型42.5级硅酸盐水泥；根据《通用硅酸盐水泥标准》（GB175-2007）和《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005），对水泥的主要技术性质进行了检验，细度、凝结时间和安定性符合规范要求[3][4]。该水泥样品胶砂强度如表1所示。
表1 水泥胶砂强度试验结果
1.2钢渣采用马鞍山钢铁集团分选、陈伏一年的钢渣，烘干、磨细后过0.16mm方孔筛；用激光粒度分析仪检测，各样品粒径分布见图1。
从图1可以看出，硅酸盐水泥与磨细1、2、4小时的钢渣粉的粒径，一部分重合一部分相交；说明三种磨细的钢渣粉只要通过合理的组合，即可与硅酸盐水泥粒径相近。为了获得
这种组合，订制了15µm，45µm和100µm的方孔筛；通过配比试验，取15µm以下磨细4小时的钢渣粉，取15µm～45µm之间磨细2和4小时的钢渣粉，取45µm～100µm之间磨细1和2小时的钢渣粉，质量比为5:1:4,掺和获得的钢渣粉的粒度分析与硅酸盐的粒度相接近，较好的解决了磨细钢渣粉与硅酸盐水泥粒度的匹配问题。
图1各样品粒度分析试验检测结果
注：s-硅酸盐水泥；g4-磨细4小时钢渣粉；g2-磨细2小时钢渣粉；g1-磨细1小时钢渣粉。
2 掺钢渣粉的水泥胶砂强度试验分析
2.1 正交试验及其结果
以磨细钢渣粉取代水泥的质量、磨细石膏粉的含量及水胶比为主要因素，设计成（L33 ）正交表，如表2所示；考察的强度指标为7天、28天和90天的胶砂抗折、抗压强度，结果如表3所示。
表2正交表设计
表3掺钢渣粉水泥强度试验结果
2.2 正交试验分析
选取28天的掺钢渣粉的水泥胶砂抗折抗压强度为研究对象，分析磨细钢渣粉、磨细石膏及水胶比，对掺钢渣粉掺和料强度的影响权重，分析结果如下：
28天抗折强度：
K1= 7.77, 8.07,7.3；
K2= 8.47,8.4,8.93；
K3= 8.37,8.13,8.37；
极差=0.7，0.33，1.63。
28天抗压强度：
K1= 60.3, 59.9,55.6；
K2= 62.4,61.7,65.4；
K3= 60.4,61.4,62.0；
极差=2.1，1.8，9.8。
由此可见：掺钢渣粉的水泥掺和料，以28天抗折抗压强度正交试验分析可知，其中影响因素是：水胶比>取代量>磨细石膏粉。
3 掺钢渣粉的水泥浆体孔结构分析
分别选取：取代量10%，35%，60%；磨细熟石膏粉5.5%，1.5%，5.5%；水胶比0.5，0.65，0.65三种情况及纯硅酸盐水泥（标准稠度用水量为29%），制作水泥浆，标准养护28天后，用压汞仪法分析孔径结构组成。
约定：A-纯硅酸盐水泥；B-取代量10%，磨细石膏粉5.5%，水胶比0.5；C-取代量35%，磨细石膏粉1.5%，水胶比0.65；D-取代量60%，磨细石膏粉5.5%，水胶比0.65。
其中A，B，C，D四个样品的进汞量与孔径关系图见图2；压汞试验结果见表4。
图2进汞量与孔径关系
表4 各样品压汞试验结果汇总表
4 小结
a 钢渣颗粒经过水泥试验磨的磨细，可以获得不同粒径范围的钢渣微粉；
b 合理组合后的钢渣微粉大量取代水泥后，在激发剂和较大水胶比的情况下，掺和料的胶砂抗折强度能够达到纯水泥的抗折强度，而抗压强度甚至比纯水泥更高。
c 通过压汞试验结果，掺钢渣粉掺和料的凝结硬化浆体的孔隙率比纯硅酸盐水泥小，说明了钢渣微粉能够起到微粉填充的效应，致使浆体更密实，提高了浆体的抗压强度[5]；但是最可几孔径关系来看，纯硅酸盐水泥比掺钢渣粉掺和料都小，说明硅酸盐水泥水化反应后的浆体孔径组成更合理。
d 掺钢渣粉的掺和料，诸如耐久性等性能需要进一步研究。
参考文献：
[1] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道出版社.1999.
[2] 施惠生.利用钢渣研制复合硅酸盐水泥的正交试验研究[J],水泥,2004年第5期.
[3] 中华人民共和国国家标准.《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[4] 中华人民共和国国家标准.水泥胶砂强度检验标准(ISO法)(GB/T 17671-1999) [M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[5] 王强,阎培渝.大掺量钢渣复合胶凝材料早期水化性能和浆体结构[J],硅酸盐学报,第36卷第10期,2008年10月.