马钢风碎渣制备干粉砂浆技术研究

摘要：采用马钢风碎工艺处理的钢渣，替代黄沙制备干粉砂浆。试验结果表明，在DM10的砌筑砂浆中，风碎渣替代黄沙的比例达到60%，同时可加入一定比例的钢渣微粉和粉煤灰，降低水泥用量。砂浆的稠度、分层度、凝结时间、28天抗压强度、干缩率以及安定性等性能指标均符合标准DBJ/T01-73-2003《干拌砂浆应用技术规程》的要求。

关键词：风碎渣 干混砂浆 砂浆性能 安定性

中图分类号：C35文献标识码： A

1 前言

现场拌制砂浆存在环境污染、生产效率低、计量困难、质量不稳定等缺点。随着资源日益短缺，河沙资源越来越少，且大量开采河沙影响河道安全性。因此，砂浆的生产方式以及原料选择的改革成为必然，新型环保型干粉砂浆的开发势在必行[1]。

马钢新区对流动性较好的转炉钢渣采取自主设计的风碎工艺处理，处理后的风碎钢渣粒度均在5mm以下，可以直接返回烧结，剩余部分可以作为建筑用沙的替代品用在干粉砂浆中。同时马钢有钢渣微粉生产线和自备电厂，其生产的钢渣微粉和粉煤灰等材料也可用作干粉砂浆的制备。利用钢渣制备干粉砂浆不仅可以降低干粉砂浆的成本，提高钢渣利用率，还能减轻环境负荷[2]。

2 原材料与实验方法

2.1 原材料

试验用原材料风碎渣、钢渣微粉、粉煤灰均来自马钢生产过程的副产品，黄沙取自马钢下属建设单位。材料的相关特性见下表1、2。

表1 试验用材料

原材料 备 注

普通硅酸盐水泥 42.5级P.O水泥

黄 砂 堆积密度1450 kg/m3、粒度

马钢风碎渣 堆积密度2120 kg/m3、粒度

钢渣微粉 比表面积400 m2/ kg

粉煤灰 粒度>45μm：≤25%

表2 化学成分

化学组分（%） CaO SiO2 Al2O3 P TFe S MnO MgO TiO2 FeO V2O5

风淬渣 41.58 11.68 1.37 0.91 20.18 0.10 2.53 5.20 0.94 16.28 0.87

粉煤灰 1.47 55.18 31.90 2.40 0.04 1.00

2.2 试验方法

按照JGJ98-2010《砌筑砂浆配合比设计规程》设计砂浆的配合比；按照JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》拌合成型试件，测定砂浆强度、稠度、分层度、干收缩等性能；按照GB/T1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定砂浆凝结时间，按照GB/T24175-2009《钢渣稳定性试验方法》测定砂浆的安定性。

3 试验结果及分析

3.1 干粉砂浆配合比设计

本文选取砌筑砂浆DM10为试验研究目标，砂浆的配合比按照JGJ98-2010《砌筑砂浆配合比设计规程》设计，试验过程中，用水量根据砂浆的稠度确定。砂浆的配合比及工作性能见下表3。

表3 砂浆配合比及工作性能

编

号 配合比 稠度

(mm) 分层度

(mm) 密度

(kg/m3) 28天抗压强度

(MPa)

水泥

(kg) 微粉

(kg) 黄沙

(kg) 钢渣

(kg) 水

(kg)

1 0.84 0 5.80 0 1.05 50 20 2321 8.1

2 0.84 0 2.90 2.90 0.75 40 6 2391 13.1

3 0.84 0 2.32 3.48 0.63 38 8 2495 16.3

4 0.76 0.084 2.32 3.48 0.57 68 14 2477 18.0

5 0.67 0.168 2.90 2.90 0.78 66 12 2404 16.9

试验结果表明，试配的对比砂浆（1号）、以风碎渣替代黄沙（2号和3号）及以钢渣微粉替代水泥（4号和5号）的砂浆，其稠度、分层度、密度等性能均满足现行砂浆指标。基准砂浆的28天抗压强度低于10MPa。而采用钢渣分别替代50%、60%黄沙2号和3号砂浆，其强度明显提高，大于10MPa，稠度和分层度下降。而随着钢渣微粉的掺入，4号和5号砂浆的强度较2号和3号又有了提高，同时期稠度和分层度有所上升。砂浆的密度随着钢渣比例的提高而增大。除1号强度偏低外，其它配比砂浆稠度、分层度、密度以及28天抗压强度均符合砂浆应用技术规程的要求。

粉煤灰干粉砂浆具有良好的操作性，合理的强度等级、较高的产品性价比[3]。在上述配合比的设计基础上，掺入一定比例的马钢自备电厂产生的粉煤灰，掺入比例7%，砂浆的配合比和工作性能见下表4。

表4 砂浆配合比及工作性能

编

号 配合比 稠度

(mm) 分层度

(mm) 密度

(kg/m3) 28天抗压强度

(Mpa)

水泥

(kg) 微粉

(kg) 粉煤灰(kg) 黄沙

(kg) 钢渣

(kg) 水

(kg)

1 0.84 0 0.48 5.80 0 1.39 55 17 2026 8.1

2 0.84 0 0.48 2.90 2.90 1.00 55 17 2278 10.9

3 0.84 0 0.48 2.32 3.48 0.88 50 15 2356 12.2

4 0.76 0.084 0.48 2.90 2.90 0.96 54 11 2266 13.1

5 0.67 0.168 0.48 2.90 2.90 0.98 58 13 2260 10.9

6 0.76 0.084 0.48 2.32 3.48 0.85 46 8 2354 17.2

7 0.67 0.168 0.48 2.32 3.48 0.84 44 11 2374 14.7

上表中， 1号是用黄砂和水泥，粉煤灰一起配制的对比样；2号和3号是用风淬钢渣分别替代50%和60%的黄砂；4号和5号是在钢渣替代黄砂50%的前提下，用钢渣微粉分别替代10%和20%的水泥；6号和7号是在钢渣替代黄砂60%的前提下，用钢渣微粉分别替代10%和20%的水泥。

从试验情况来看，随着钢渣以及钢渣微粉等吸水性相对较差的原料的加入，同等质量的混合料在保持基本同一稠度水平的情况下，用水量明显在减少，而密度随之增大，分层度也在下降，但是上述7个配方的稠度，分层度和密度均满足砂浆技术规程的要求，稠度在30-70之间，分层度不大于30mm，密度不小于1800kg kg/m3。在钢渣微粉替代比例不超过20%，钢渣替代黄砂比例不超过60%的情况下，干粉砂浆的稠度，分层度和密度均能满足要求。通过表4与表3的对比，粉煤灰的加入对于改善砂浆的工作性能有明显作用，加入粉煤灰的砂浆，其稠度和分层度与对比样砂浆之间的差异较表3中的配比要明显缩小，但抗压强度有所下降，除了1号对比样，其它砂浆强度均满足DM10的要求。

3.2 凝结时间试验

凝结时间是砂浆的重要性能指标，通过砂浆凝结时间测定仪测定，按照表4中的7个配合比配置好砂浆，逐次装进设备配套容器中，通过记录时间和相应的灌入阻力值，绘制灌入阻力和时间的关系曲线，通过曲线求出灌入阻力位0.5MPa时所需要的时间，即为砂浆的凝结时间。

表4中7个配方的凝结时间测定值见下表5。

表5 凝结时间

配方 1 2 3 4 5 6 7

凝结时间（min） 210 200 162 150 180 165 135

随着钢渣以及钢渣微粉的加入，砂浆的凝结时间逐渐缩短（在稠度保持一定范围的前提下），说明钢渣以及钢渣微粉掺入对缩短砂浆的凝结时间有一定的帮助，凝结时间指标均符合标准要求。

3.3 干收缩率试验

干收缩率试验是测定砂浆试件在（20±3）℃，湿度60%以上的养护条件下，不受外力作用时不同龄期的试件长度与其成型7d后的试件初始长度比较的变化率。表4中7个配方的14天和28天干收缩率测定值见下表6。

表6 砂浆干缩率

编

号 配合比 干收缩率/%

水泥

(kg) 微粉

(kg) 粉煤灰

(kg) 黄沙

(kg) 钢渣

(kg) 水

(kg) 14天 28天

1 0.84 0 0.48 5.80 0 1.39 -0.068 -0.11

2 0.84 0 0.48 2.90 2.90 1.00 -0.032 -0.069

3 0.84 0 0.48 2.32 3.48 0.88 -0.025 -0.063

4 0.76 0.084 0.48 2.90 2.90 0.96 -0.023 -0.064

5 0.67 0.168 0.48 2.90 2.90 0.98 -0.028 -0.065

6 0.76 0.084 0.48 2.32 3.48 0.85 -0.041 -0.062

7 0.67 0.168 0.48 2.32 3.48 0.84 -0.039 -0.066

表6中，1号砂浆干收缩率较高，随着2号至7号砂浆中钢渣的掺入，14天和28天干收缩值明显减小，且28天干收率基本上趋于稳定，均不超过-0.1%，符合标准要求。钢渣的加入有助改善砂浆干收缩性能。

3.4 安定性试验

钢渣用作建筑材料制品，一般都能改善制品的强度性能，但其f-CaO的存在，导致潜在的制品体积不稳定，已成为制约钢渣工程应用的瓶颈[4]。钢渣安定性是衡量钢渣是否能代替砂用于水泥商品砂浆的最重要指标[5]。经过风碎工艺处理的钢渣，其粒度小，且一般风碎工艺都有水池接渣，经风碎和水解后，风碎渣的f-CaO消解比较充分，其f-CaO含量比滚筒工艺、热泼工艺以及热焖工艺要低。

本文按照GB/T24175-2009《钢渣稳定性试验方法》中压蒸法测定砂浆试件的安定性。将表6中掺入了钢渣的2号至7号6个干粉砂浆试件在2.0Mpa的饱和蒸汽条件下压蒸，测定其粉化率，来判断钢渣的稳定性。压蒸后试件的照片如下图1。

图1 蒸压试验后样品

试验结果表明，6个试件的粉化率均为0。同时参考GB/T1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》，测定6个试件压蒸前后线膨胀率值均为0，说明加入钢渣以及钢渣微粉后，干粉砂浆安定性合格。

4 结论

本文通过试验室试验研究，得出以下结论：

(1)在风碎渣掺入比例达到60%，钢渣微粉掺入量占水泥掺量20%，粉煤灰掺入量占砂浆配合比7%，砂浆的稠度、分层度、密度、28天抗压强度、凝结时间、28天干收缩率以及安定性等指标均满足DBJ/T01-73-2003《干拌砂浆应用技术规程》的要求。

(2)利用马钢风碎钢渣替代黄沙生产干粉砂浆，风碎渣不仅可以替代黄沙，节约资源，同时可以提高砂浆的强度，减少水泥用量。同时，风碎渣体积安定性较好，细度模数适宜，替代黄例可达60%，砂浆的各项指标均满足标准要求。

(3)掺入一定比例的粉煤灰，干粉砂浆的稠度、分层度指标得到改善和优化，可以提高砂浆的工作性能。

参考文献

[1]张太山，孙庆华.干混砂浆的生产及其发展前景[J].建筑机械化.2003,03:42～46.

[2]刘秀梅.利用钢渣制备干粉砂浆的研究[D].武汉理工大学硕士论文，2004.

[3]赵敏岗，樊均，赵立群.粉煤灰在干粉砂浆中的应用研究.粉煤灰.2004,05:3～7.

[4]伦云霞，周明凯，陈美祝.钢渣集料的体积稳定性及其工程应用前景.矿业快报.2006,4（4）:37～40.

[5]刘建生，顾文飞，徐莉，唐欧靖.转炉滚筒渣在商品干粉砂浆中的应用技术研究.新型建筑材料.2009,02:53～56.