冶金渣制备生态型人工鱼礁混凝土的试验研究

资料大小：680KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-03

资料介绍

冶金渣制备生态型人工鱼礁混凝土的试验研究
倪文，李颖
(北京科技大学土木与环境工程学院；金属矿山
，陈德平，王中杰
高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083)
摘要：通过正交试验研究了矿渣一钢渣一熟料一石膏体系胶凝材料的强度。胶凝材料正交试验表明：
矿渣：钢渣的复合比为7：1，矿渣和钢渣的比表面积分别为480 m ·kg 和550 m。·kg～，并与
10 的水泥熟料和1O 的脱硫石膏复合的胶凝材料具有较高的强度。以优化后的胶凝材料代替水
泥，并以热闷法稳定化的钢渣颗粒为骨料，可以制备出抗压强度达到65 MPa以上的人工鱼礁混凝
土。利用XRD和SEM 方法分析胶凝材料的水化过程，结果表明，水化反应主要生成AFt相和
C—S—H凝胶，钢渣、水泥熟料和脱硫石膏的协同作用对矿渣的火山灰活性反应具有重要促进作用。
关键词：矿渣；钢渣；胶凝材料；混凝土；人工鱼礁
中图分类号：TU528．3 文献标志码：A 文章编号：1674—4764(2013)03—0145—06
A Prim ary Investigation on Concrete M ade from Iron and Steel
Slags for Building Ecological Artifical Reefs
Ni Wen，Li Ying，Chen Deping，Wang Zhongjie
(Civil and Environmental Engineering School；Key Laboratory of High—Efficient Mining and Safety of
Metal Mines(Ministry of Education of China)，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，P．R．China)
Abstract：A method of orthogonal test was used to optimize the strength of the cementitious material for
preparing the concrete of high—strength artifical reefs．The results show that with the ratio of iron slag：steel
slag一7：1，and when 1 0 cement clinker and 1 0 gypsum of Flue Gas Desulfurization W aste(FGDW )was
mixed with 8O iron and steel slags powder，the mixed cementitious material had an optimized strength．
The optimized specific surface area are 480 m。／kg and 550 m ／kg for iron slag and steel slag powder
respectively．The ordinary portland cement can be totally substituted by such a mixed cementitious material
with iron and steel slags as its major components in preparing the concrete for building high—strength
artificial reefs．A concrete with a compressive strengh over 65M Pa can be prepared by using such a mixture
as a cementitious material and steel slag grains as its fine and coarse aggregats which have been stubilized
by a hot—simmering method．Hydration processes of net slurry were analysized by XRD and SEM methods．
The results show that the hydration products in the system are mainly AFt and C—S—H ge1．The results also
show that the pozzolanic reaction of iron slags could be largely promoted by the coordinations of steel slags，
clinker and FGDW ．
Key words：iron slags；stel slags；cementitious material；concrete；artificial reefs
收稿日期：2012—11-25
基金项目：国家海洋局海洋公益性行业科研专项经费重点项目(200805030)
作者简介：倪文(1961一)，男，教授，博士，主要从事固体废弃物资源化研究，(E—mail)niwen@ces．ustb．edu．cno
学兔兔 www.xuetutu.com
146 土木建筑与环境工程第35卷
矿渣和钢渣作为冶金工业的主要废渣，一直以
来都是固体废弃物资源化研究的重点对象。近年
来，中国的高性能矿渣粉在生产规模和装备水平上
已处于国际前列，矿渣粉的生产也已经独立于传统
的水泥行业，成为1个全新的绿色建材行业_】]。伴
随钢铁产业的发展，钢渣的排放量也不断增加，但低
利用率造成钢渣大量堆积，占用良田，污染环境，而
且降低了钢铁企业的经济效益_2]，这就要求要利用
现有的钢渣矿渣作为二次资源再利用，开发出高附
加值的产品[3-4]。采用热闷法稳定化的钢渣颗粒作
为混凝土骨料，可以使混凝土中钢渣成分的总量达
到75 ～85 ，能将大量钢渣转化为工程材料[5 ]。
矿渣粉的胶凝性来源于玻璃体结构的解体，可
以与水泥水化释放的Ca(OH) 反应从而促进水化，
表现出很强的吸碱能力_7]，而钢渣中的f—CaO和RO
相遇水后生成Ca(OH) ，使得混凝土体系的液相碱
度提高，因此，适量掺入钢渣微粉的混凝土具有强度
高的特性。钢渣和矿渣双掺可以在保证混凝土优良
性能的同时，提高矿渣粉在混凝土中替代水泥的比
例。
人工鱼礁是以改善海域生态环境为目的，人为
在海中设置的构造物，为鱼类等提供繁殖、生长、索
饵和庇敌的场所，保护鱼类、促进鱼类增殖进而提高
渔获量l】。广泛开展了人工鱼礁的建设，进行近海
海洋生物栖息地和渔场的修复，取得了较好的效果。
日本、欧美等国的人工鱼礁起步早，近年来正在向大
体积、大孔洞率、结构复杂的方向发展。日本已经建
成多处钢结构高层鱼礁，结构高度超过7O m[1 。建
造人工鱼礁的材料多样，混凝土就是其中最重要的
一种。混凝土人工鱼礁易于进行结构设计，适合制
造出复杂的形状和孔洞结构，而且对鱼类的诱集性
能也很好_】。。开发出C60以上的高强混凝土，可
用于制备出大体积、大孔洞率和形状复杂的人工鱼
礁，对于进一步提高投礁地区的海洋生物多样性，扩
大海洋牧场范围和消纳大量钢渣都具有重要意义。
1 试验原料与方法
1．1 试验原料
1)胶凝材料原料
矿渣采用鞍钢集团矿渣开发公司的高炉矿渣
粉。钢渣采用鞍钢集团矿渣开发公司的转炉钢渣经
多段破碎和多段磁选后的尾渣，f—CaO 含量为
0．75 ，TFe含量为28．62 ，MFe含量为2．16 。
水泥熟料采用河北唐山冀东水泥厂提供的普通硅酸
盐水泥熟料，主要化学成分为CaO、SiO 和少量的
Al2o。和Fe O3。熟料中CaO、SiO2、A12o。和
Fe。O。不是以单独的氧化物存在的，而是2种或2
种以上的氧化物经高温化学反应生成的多种矿物的
集合体。主要矿物组成为硅酸三钙(3CaO ·SiO ，
C。S)、硅酸二钙(3CaO ·Si02，C2S)、铝酸三钙
(3CaO·A1 O。，C3A)和铁铝酸四钙(4CaO·A1 O。·
Fe2O。，C4AF)n 。脱硫石膏采用北京石景山热电厂提
供的脱硫石膏。主要矿物成分为二水石膏(CaSO4·
2H O)_】，含有少量其它杂质。
2)骨料
细骨料为鞍钢集团矿渣开发公司生产的钢渣砂，
细度模数为3．12，含泥量< 1．0％，密度
3．39 g·cm 。粗骨料为鞍钢集团矿渣开发公司生产
的钢渣颗粒，粒径为4．7～19 mm，含泥量d0．3 9／6，密
度3．62 g·cm 。
3)~fqJIJ剂
采用北京慕湖外加剂有限公司生产的聚羧酸高
效减水剂PC(粉状)。