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宁波铝酸盐水泥|杭州湾快干水泥|慈溪双快水泥厂家返利5元

收藏 2019-08-25

近年来，我国所排放的钢渣废弃物在基础设施工程、金属冶炼、农业等领域得到部分综合利用，但其综合利用率与德国、美国、日本等发达国家相比，仍处于一个较低的水平。截至 2014 年，全国钢渣累积堆存近 10 亿吨，而综合利用率还不到 20% [1] 。钢渣的大量闲置堆放不仅占用了土地，而

且也是造成环境污染的一个重要隐患；要解决钢渣弃置堆积问题，提高其综合利用率、使其变废为宝是解决该问题的当务之急。

磨和煅烧阶段需消耗大量化石能源，因此会直接或

响。即使是用钢渣矿渣复合掺合料，其*大混合掺

量也仅为 42 ％ [5] 。

超高韧性水泥基复合材料是近年来发展迅速的一种新型膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基材料，其主要特征是具有显著的应变硬化性能，极限拉应变值可达 3% 以上，且在荷

载作用下可有效地控制裂缝，可将裂缝控制在

100 μ m 以内 ( 工程上可视为无害裂缝 ) [6-10] 。一般超

粉、偏高岭土等其他辅助胶凝材料进行材料设计 [11- 16] 。同时，对于超高韧性水泥基复合材料的研究与

应用，其抗弯性能是其中体现韧性特征的一个重要方面，众多研究者也从评价方法、影响因素等多方

副产品 - 钢渣进行此类膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复合材料的设计，既

实现材料的高性能化，又达到节能减排的目标。

1 试验材料及方法

本试验在超高韧性膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复合材料典型配比的基础上，选用两组工程常用的水胶比，分别为 0.25 和 0.35 ，分梯度掺入不同掺量的钢渣粉 (0 ， 30% ， 60% 和 80% ，以总胶凝材料的质量为基准 ) 。通过

立方体抗压强度试验、薄板四点弯曲试验来研究聚乙烯醇 (PVA) 纤维增强钢渣粉 - 膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复合材料的基

本力学性能及裂缝控制能力，对其弯曲特性进行分析讨论，同时结合扫描电镜 (SEM) 观察结果分析 PVA 纤维增强钢渣粉 - 膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复合材料的水化产物

特性。

1.1 试验原材料及配合比

试验原材料主要包括普通硅酸盐水泥 (P·O 42.5) 、钢渣粉、硅粉、水、石英砂、高效聚羧酸减水剂、聚乙烯醇 (Polyvinyl alcohol, PVA) 纤维。水泥和钢渣粉的主要化学组成如表 1 和表 2 所示。从表 2 中可以看出，钢渣粉中主要化学组分与膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥较接近，但是 Fe 2 O 3 含量较高。同时，对钢渣粉的矿物相进行了分析，图 1 为钢渣粉的 XRD 图谱，从图中可以看出，钢渣粉中存在氢氧化钙 (CH) 、碳酸钙 (CaCO 3 ) 、以及较多的硅酸二钙 (C 2 S) 、部分硅酸三钙 (C 3 S) 、少量橄榄石等矿物相。因此，从化学

组成和矿物相组成上来看，钢渣粉的反应活性较低，一般常用作辅助胶凝材料使用。试验使用的硅

粉中活性 SiO 2 含量大于 85% ，所用纤维为 PVA 纤维，其基本物理力学性能指标如表 3 所示。试验材料配合比如表 4 所示。试样制作时按照胶凝材料 ( 包括水泥、钢渣粉和硅粉 ) 、砂、水、减水剂的顺序依次投放，搅拌 2min ，使物料状态达到流动性要求，然后撒入纤维，搅拌 2-3min ，进

行试样成型。每组配合比制作立方体抗压强度试验试样 3 个 ( 尺寸为 70.7mm×70.7mm×70.7mm) ，薄板弯曲试验试样 3 个 ( 尺寸为 350mm×100mm×15mm) ， 24h 后拆模，放入标准养护室进行养护，至 28d 龄期将试样取出擦干，进行

相应力学性能试验。 1.2 试验方法

本试验采用的主要试验方法包括立方体抗压强度试验和薄板四点弯曲试验，试验龄期均为 28d 。立方体抗压强度试验加载速率为 0.4MPa/s 。薄板四

点弯曲试验采用位移加载，控制加载速率为 0.5mm/min ，待试样出现主裂缝后停止加载，根据荷载 - 跨中位移关系得到试样四点弯曲时的应力 - 跨中位移曲线，以研究 PVA 纤维增强钢渣粉 - 膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基

复合材料的抗弯能力及其韧性特征。

面对其抗弯特性做了大量细致研究 [17-21] 。本文主要

从节能减排的目的出发，期望利用一类主要的工业

表 1 膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥化学组分（ % ）

Table 1 Chemical components of cement (%)

SiO 2 Al 2 O 3 CaO Fe 2 O 3 SO 3 K 2 O Na 2 O MgO P 2 O 5 TiO 2

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复合材料学报

20.28 5.407 62.42 3.708 3.68 0.905 0.145 1.72 0.108 0.328

表 2 钢渣粉化学组分（ % ）

Table 2 Chemical components of steel slag powder (%)

CaO SiO 2 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 MgO MnO SO 3 P 2 O 5 46.27 15.63 19.18 3.51 3.92 2.02 1.31 1.42

表 3 PVA 纤维主要物理性能

Table 3 Main physical properties of PVA fiber

Length/mm Diameter/ μ m Slenderness Tensile

12 40 300 1600 7 42 1.3

表 4 PVA 纤维增强钢渣粉 - 膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复合材料配合比

Table 4 Mixing design of PVA fiber reinforced cementitious materials containing steel slag powder

Group

M25SS0

water-

binder Cement Steel slag Silica Water Quartz Water Fiber (Volume

powder fume sand reducer ratio)

ratio

0.98 0 0.02 0.25 0.2 0.5wt% 2%

M25SS30 0.68 0.3 0.02 0.25 0.2 0.5 wt % 2%

0.25

M25SS60 0.38 0.6 0.02 0.25 0.2 0.5 wt % 2% M25SS80 0.18 0.8 0.02 0.25 0.2 0.5 wt % 2%

M35SS0

0.98 0 0.02 0.35 0.2 0.5 wt % 2%

M35SS30 0.68 0.3 0.02 0.35 0.2 0.5 wt % 2%

0.35

M35SS60 0.38 0.6 0.02 0.35 0.2 0.5 wt % 2% M35SS80 0.18 0.8 0.02 0.35 0.2 0.5 wt % 2%

120

100

a CaCO 3

b CH

c C 3 S d C 2 S

e CaFe 2 O 4

f CaAlSiO 4 (OH) j K 2 Al 2 O 4

m R(Ca/Al/Fe/Mg)O

dcd m

e a

b b f f a a

jb a

10 20 30 40 50 60

2 theta/(°)

图 1 钢渣的 XRD 图谱

Fig.1 XRD pattarns of steel slag

2 结果与讨论

2.1 立方体抗压试验

表 5 和图 2 为 PVA 纤维增强钢渣粉 - 膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复

合材料的抗压强度试验结果。可以看出，在同样的钢渣粉含量下，水胶比为 0.25 的立方体试样抗压强度大于水胶比为 0.35 的立方体试样，这表明即

使在低水胶比条件下，水胶比的大小仍是影响超高韧性膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复合材料抗压强度的一个重要参数。同时，可以发现在两组不同的水胶比下，立方

体试样的抗压强度都会随钢渣粉掺量的增加而降低。对于水胶比为 0.25 的体系而言，当钢渣粉掺量达到 80% 时，立方体抗压强度从 74.8MPa 降低到 34.2MPa ，降低幅度超过 50% ，说明钢渣粉在早期 (28d 以内 ) 的强度发展是较缓慢的，这与钢渣粉的活性相关 ( 如图 1 所示 ) ；但从试验结果来看，当钢渣掺量达到 80% 时，水胶比为 0.25 的立方体试件仍能基本满足一般工程仅需 30MPa 的抗压强度要求。对于水胶比为 0.35 的体系而言，当钢渣粉掺量达到 60% 时，基本能满足一般工程仅需

ratio strength/MPa Ductility/% Elastic tensile

modulus /GPa Density/(kg/m 3 )

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复合材料学报

30MPa 的抗压强度要求，因此对于水胶比为 0.35 的体系，钢渣粉掺量建议不宜超过 60% 。

表 5 PVA 纤维增强钢渣粉 - 膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复合材料

抗压强度试验结果

Table 5 Test results of compressive strength of PVA fiber rein- forced cementitious materials containing steel slag powder

Group Compressive strength/MPa

M25SS0 74.8±9.2 M25SS30 63.3±6.1 M25SS60 43.7±4.5 M25SS80 34.2±1.8 M35SS0 39.0±4.0 M35SS30 41.2±1.9

维承担拉应力的比例增加，出现多重裂缝开展现象。从图中还可以发现，掺 80 % 钢渣粉试样的弯曲应力 - 跨中位移曲线光滑平缓，无明显的荷载波

动产生的锯齿型现象。说明材料更加均匀，裂缝多且细小均匀，可以避免由于内部材料的不均匀导致局部缺陷的扩大及开裂的集中产生，从而保证了材料的超高韧性。因此，适当掺量的钢渣粉有利于水泥基材料韧性的提高。

(a) m water / m binder = 0.25

M25SS0

M35SS60 30.3±0.2 M35SS80 18.7±0.1

M25SS30

M25SS60

Water-binder ratio=0.25 Water-binder ratio=0.35

6 4

2 0

M25SS80

0 5 10 15 20 25

Mid-span displacement/mm

10 (b) m water / m binder = 0.35

0 20 40 60 80

Content of steel slag powder/%

M35SS30

M35SS0

图 2 PVA 纤维增强钢渣粉 - 水泥基复合材料

立方体抗压强度与钢渣粉掺量关系

Fig.2 Relationship between cubic compressive strength and slag powder content for PVA fiber reinforced cementitious materials

containing steel slag powder

2.2 薄板四点弯曲试验

图 3 为 PVA 纤维增强钢渣粉 - 膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥基复合材料

在不同钢渣粉掺量条件下典型弯曲应力与跨中位移关系曲线。

化产物的XRD谱图。

图5不同525.625硅酸盐无磁水泥|防藻水泥|抗菌水泥|防辐射水泥海螺厂家价格销售宁波台州绍兴慈溪施工石水化产物的XRD谱图

Fig.5TheXRDpatternsofcementstonewithorwithoutWZ

果如图6所示。

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韩长武等改善固井525.625硅酸盐无磁水泥|防藻水泥|抗菌水泥|防辐射水泥海螺厂家价格销售宁波台州绍兴慈溪施工石抗CO2腐蚀性能的无皂胶乳合成及性能评价7

膜状物质

腐蚀孔洞

Ca（OH）2

疏松状腐蚀层

Fig.6TheSEMphotographsofcementstonewithorwithoutWZ

痕迹明显，整体呈现多孔疏松状，主要表现为产生大量腐蚀孔隙及大尺寸腐蚀孔洞。而添加无皂胶乳

2.4.6无皂胶乳(WZ)的的作用机理

提高525.625硅酸盐无磁水泥|防藻水泥|抗菌水泥|防辐射水泥海螺厂家价格销售宁波台州绍兴慈溪施工石抗腐蚀性能的有效手段。

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自应力硫铝酸盐水泥