Exploring the Mechanical Properties,Shrinkage and Compensation Mechanism of Cement Stabilized Macadam-Steel Slag from Multiple Perspectives

Steel slag is characterized by high strength,good wear resistance and micro-expansion.This study aims at exploring the potential of steel slag in cement stabilized aggregates,mainly including mechanical properties,shrinkage and compensation mechanisms.For this purpose,the compressive strength and compressive resilient modulus of cement stabilized aggregates with different steel slag contents(CSMS)were initially investigated.Subsequently,the effects of steel slag and cement on dry shrinkage,temperature shrinkage,and total shrinkage were analyzed through a series of shrinkage test designs.Additionally,in combination with X-ray diffraction(XRD)and Scanning electron microscope(SEM),the characteristic peaks and microscopic images of cement,steel slag and cement-steel slag at different hydration ages were analyzed to identify the chemical substances causing the expansion volume of steel slag and reveal the compensation mechanism of CSMS.The results show that the introduction of 20%steel slag improved the mechanical properties of CSMS by 16.7%,reduced dry shrinkage by 21%,increased temperature shrinkage by 5.8%and reduced its total shrinkage by 19.2%.Compared with the hydration reaction of cement alone,the composite hydration reaction of steel slag with cement does not produce new hydrates.Furthermore,it is noteworthy that the volume expansion of the f-CaO hydration reaction in steel slag can compensate for the volume shrinkage of cement-stabilized macadam.This research can provide a solid theoretical basis for the application and promotion of steel slag in cement-stabilized macadam and reduce the possibility of shrinkage cracking.

Wettability of Molten Steel/Na2O-Li2O-SiO2-B2O3 Slag System

The vacuum treatment for simultaneous desulphurization and dephosphorization of hot metal and molten steel with pre melted CaO based slag was carried out. For pre treatment of hot metal, both desulphurization and dephosphorization are improved with the increase of CaO in slag, but deteriorated with the increase of CaF 2 in slag. The average desulphurization and dephosphorization rate is 68 83 % and 78 46 %, respectively. For molten steel, the substitution of BaO for CaO in slag has minor effect on simultaneous desulphurization and dephosphorization. The desulphurization and dephosphorization rate is higher than 90 % and 50 % respectively with the lowest final sulfur and phosphorus mass percent being 0 001 2 % and 0 010 %, respectively. The overall effect of simultaneous desulphurization and dephosphorization of molten steel is better than that of hot metal.

钢渣细集料对水泥稳定砂岩基层路用性能影响研究

钢渣应用于路面基层时既能提高钢渣的综合利用,又有助于减少天然砂石材料的消耗。为了分析钢渣细集料对水泥稳定砂岩基层(CSSB)路用性能的影响,本文比较分析了不同钢渣细集料置换石灰岩细集料条件下CSSB的抗压强度、劈裂强度、收缩性能和水稳定性,并运用SEM结合能谱揭示了钢渣细集料对CSSB微观结构的影响。结果表明:钢渣细集料能够有效提高CSSB的后期强度,其中100%(质量分数)钢渣细集料置换率下CSSB的60 d强度相较于未掺钢渣试样提高了18.7%,但对CSSB的早期强度存在一定的负面影响;钢渣细集料能够改善CSSB的收缩性能,且掺量越高,改善性能越明显;尽管钢渣细集料能够提高CSSB的长期水稳定性,但会降低其短期的水稳定性。与未掺钢渣试样相比,28 d龄期时,100%钢渣细集料置换率下CSSB界面过渡区的m(Ca)/m(Si)质量比降低了62.95%,C-S-H凝胶明显增多,结构更密实。研究表明,通过控制合理的掺量,钢渣细集料可以作为传统砂石细集料的替代品,在路面基层中具有良好的应用前景。

低品质固废协同制备绿色充填胶凝材料

随着国家对环境保护要求日趋严苛,水泥价格逐年提高,以水泥作为充填胶凝材料的充填采矿成本不断提高,利用低品质固废开发低成本绿色充填胶凝材料替代水泥,对于提高矿山经济效益具有重要的现实意义。以邯邢地区某磁铁矿选矿全尾砂为骨料,利用周边固废资源进行矿渣基胶凝材料配比优化试验研究,获得矿渣基胶凝材料的配比:盐激发剂13%+碱激发剂11%+矿渣粉76%。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂矿渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.42 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.1倍和2.5倍,成本约为42.5水泥成本的70%。在此基础上,进一步利用钢渣固废,开展钢渣基全固废绿色充填胶凝材料的配比试验研究,获得钢渣基胶凝材料的配比:33%钢渣微粉+14%硫酸盐激发剂+53%矿渣微粉。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂钢渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.28 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.2倍和2.5倍,成本约为42.5水泥的60%。研究结果可为低成本绿色胶凝材料研发提供新思路。

钢渣石灰稳定土用于道路基层的性能研究

为了研究钢渣和石灰综合稳定土的路用性能,文章通过掺配不同比例的钢渣与石灰,对稳定后的土样进行了室内击实试验、无侧限抗压强度试验、渗水试验以及干缩试验。试验结果表明:当石灰掺量不变时,随着钢渣掺量的增加,钢渣石灰稳定土的最大干密度增大,最佳含水量减小;当钢渣掺量不变时,随着石灰掺量的增加,最大干密度减小,最佳含水量增大;当钢渣掺量为40%~60%,石灰掺量不超过8%时,随着石灰掺量的增加,无侧限抗压强度呈增长趋势,抗渗性能和干缩性能均明显改善,但当石灰掺量超过8%时,无侧限抗压强度出现下降趋势,抗渗性能和干缩性能改善均不明显,建议石灰掺量不宜超过8%;当石灰掺量一定时,随着钢渣掺量的增加,无侧限抗压强度增长趋势逐渐变慢,考虑到经济性和强度设计要求,建议合理选择钢渣的掺量。

醋酸改质钢渣制备高钙基吸附材料及动力学研究

为提高钢渣的资源综合利用并减少钢铁冶炼过程排放的CO_(2),采用浸出-高温烧结工艺对转炉钢渣进行改质。通过浸出过程,将含钙组分制备成钙基吸附材料,同时富集回收浸出渣含铁组分。考察了浸出参数对钙基吸附剂组成的影响,为探究钢渣颗粒中钙的浸出过程,采用收缩核模型对钢渣颗粒在弱酸性溶液中的浸出速率进行了分析。研究了浸出渣经高温改质物相结构变化,并分析铁元素转变规律。此外,通过使用XRD和SEM分析钙基材料的物相结构。最后,测算钙基材料的吸附性能。结果表明,浸出温度和醋酸浓度对钙基材料中CaO含量影响较大。在较大的粒径下,最佳的浸出参数为酸浓度1 mol/L、固液比1∶10、浸出温度70℃以及时间2 h,此条件下CaO含量最高达86.3%。动力学结果表明,在搅拌条件下,钙浸出过程由内扩散控制。在40~70℃内,钙浸出过程的速率控制步骤未发生变化,仍由内扩散控制。制备的钙基材料CaO纯度较高,且CO_(2)吸附量随着CaO含量增加而增大,在常压条件下最高可达60.6 mg/g。对浸出渣高温改质后,Ca_(2)Fe_(2)O_(5)相转变成了尖晶石相(Fe_(3)O_(4)、MgFe_(2)O_(4)),钙铁元素得到了很好的分离和富集回收。

水泥稳定钢渣-砾石混合料的路用性能研究

新疆公路建设飞速发展加速资源消耗,冶金炼钢产生的钢渣排放量增多。文章通过集料的级配设计、混合料掺量确定、抗折、抗压强度及劈裂强度等多项试验,配制钢渣掺量分别为60%、40%和30%的三组骨架密实型混合料,在水泥剂量分别为4%和5%时,通过测定试件强度,认为40%~60%掺量的钢渣和4%~5%剂量的水泥为合理区间。此后,通过干缩试验进一步验证上述结论,确定混合料最优设计为:50%~60%的钢渣、40%~50%的砾石和4%~5%的水泥。此类型骨架密实型混合料铺筑的半刚性基层,其强度、抗裂性等路用性能良好,满足高等级公路半刚性基层建设要求。

Vacuum Treatment for Simultaneous Desulphurization and Dephosphorization of Hot Metal and Molten Steel

The vacuum treatment for simultaneous desulphurization and dephosphorization of hot metal and molten steel with pre-melted CaO-based slag was carried out.For pre-treatment of hot metal,both desulphurization and dephosphorization are improved with the increase of CaO in slag,but deteriorated with the increase of CaF2 in slag.The average desulphurization and dephosphorization rate is 68.83 % and 78.46 %,respectively.For molten steel,the substitution of BaO for CaO in slag has minor effect on simultaneous desulphurization and dephosphorization.The desulphurization and dephosphorization rate is higher than 90% and 50% respectively with the lowest final sulfur and phosphorus mass percent being 0.001 2% and 0.010%,respectively.The overall effect of simultaneous desulphurization and dephosphorization of molten steel is better than that of hot metal.

钢渣-矿渣复合水泥基材料3D打印性能

为了提高固体废弃物的资源化利用,探究利用钢渣制备3D打印水泥基材料的可行性,研究了钢渣、矿渣的质量比对复合水泥基材料流变特性、可打印性和力学性能的影响规律。结果表明,随着钢渣质量的增加,浆体的流动度和静态屈服应力增大,塑性粘度减小,可挤出性增强,变形率降低,同时抗压强度显著降低。通过Zeta电位测试发现,随着钢渣掺量的增加,Zeta电位绝对值变小,胶体颗粒间引力增大,导致静态屈服应力增大。而随着矿渣掺量的增加,浆体固含量增多,固体颗粒间摩擦加剧,产生了更多絮凝结构和网状结构,提高了浆体的塑性粘度。

超细全尾砂似膏体绿色胶凝充填关键技术研究

针对中关铁矿超细全尾砂存在脱水速度慢、溢流易跑浑、黏度大和充填体强度低等问题,开展了全尾砂粒度测试和化学成分分析、全尾砂自然沉降试验、絮凝沉降试验、选充工艺协同匹配衔接、钢渣基胶凝材料研发及超细全尾砂似膏体充填工艺配置等研究工作。经现场系统调试运行,该超细全尾砂似膏体绿色胶凝充填技术及工艺合理,充填体强度在2.8~2.9 MPa,满足井下充填体强度要求。

钢渣基功能填料的高附加值非建材领域应用研究进展

人类在面临一次资源日益枯竭的同时,又必须面对因一次资源消耗带来的固废难处理问题。因此,在充分考察钢渣性质基础上,利用钢渣特性,研发可以用于橡胶、涂料、塑料领域的钢渣基功能填料,有望实现钢渣跨产业生态链及高附加值利用,具有巨大经济价值与重要现实意义。钢渣基功能填料具有吸附性强、粒径小、与有机体系相容性好等特征,在橡胶输送带、钢结构防锈涂料、建筑外墙涂料、人造复合板材等领域具有广泛应用的潜力。本文首先对钢渣的特性、钢渣基功能填料的制备原理做了简要介绍;并就钢渣基功能填料作为橡胶填料、涂料颜填料与塑料填料的应用情况进行了具体分析。然后详细指出钢渣基功能填料用于橡胶复合材料、建筑外墙底漆、建筑外墙涂料、PVC微发泡板材的特点,并就目前钢渣基功能填料的局限性进行详细评述。在此基础上,指出优化钢渣基功能填料性能与开发多固废基协同复合功能填料,是钢渣基功能填料未来主要发展方向。

钢渣-杂填土基层材料的性能研究

将钢渣、矿渣微粉与废弃混凝土碎料混拌制备钢渣-杂填土基层,并对其性能开展研究。体积安定性试验表明,矿渣微粉具有明显抑胀作用,掺入50%(质量分数,下同)钢渣、50%杂填土以及外掺钢渣质量30%矿渣微粉的试件的10 d高温水浴膨胀率仅为1.32%,而未掺矿渣微粉的试件3~5 d膨胀率均超过2%限值。7 d无侧限抗压强度和28 d劈裂强度正交试验表明:7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度影响因素大小顺序为钢渣、水泥掺量、混凝土碎料占比、土壤固化剂;各组试件中7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度最大值分别为12.41 MPa、2.24 MPa;钢渣-杂填土基层最佳配比为50%钢渣、50%杂填土(m(混凝土碎料)∶m(素土)=6∶4),外掺钢渣质量40%的矿渣微粉、5%水泥、0.018%固化剂,此时试件具有良好的水稳定性。强度影响因素试验表明,矿渣微粉对试件强度的增幅影响最大。X射线衍射及扫描电子显微镜分析表明,在矿渣微粉和土壤固化剂的作用下,钢渣中f-CaO被有效消解,团聚体与混凝土碎料、钢渣颗粒的密实包裹阻止了内部水分的挥发和外部自由水的侵入,既保证了钢渣-杂填土基层的强度,又有效抑制了膨胀。

钢渣基膨胀剂对半柔性路面抗裂性能影响

针对半柔性路面(semi-flexible pavement,SFP)水泥基灌浆材料收缩开裂问题,采用钢渣粉、二水石膏和硫铝酸盐水泥(R.SAC)按1∶(0.8~1.3)∶(0.5~0.8)质量比混合得到一种钢渣基膨胀剂(steel slag-based expansion agent,SSBEA)。探究了钢渣基膨胀剂在SFP中的适用性,确定了钢渣粉最佳细度为0.8%,膨胀剂最佳掺量为15%~20%;在灌浆材料体系中分别掺入UEA膨胀剂和钢渣基膨胀剂,对灌浆材料工作性能进行了优化调控对比试验,并进行了SFP抗裂性能测试。结果表明,钢渣基膨胀剂在水泥基灌浆材料中的膨胀效果平稳持久,其水化后期的补偿收缩性能优于UEA膨胀剂,并且可以有效提升水泥基灌浆材料的施工适用性能;灌入掺钢渣基膨胀剂的灌浆材料的SFP低温抗裂性能更好,可以更好地起到抗裂作用。

煤矸石钢渣混合料耐久性能研究

将邯郸地区的煤矸石、钢渣和石灰按照一定配比制成混合料,采用均匀试验研究其用于路面基层的耐久性能,进行冻融循环和干湿循环室内试验,用Matlab对试验结果进行回归分析,最后分析钢渣对混合料膨胀的影响。结果表明:5次冻融循环后,6组试件均出现了脱落和强度损失。混合料中各材料掺量对其抗冻性能有一定影响,随石灰掺量的增加,冻融后抗压强度和BDR值先提高后降低;随钢渣掺量的增加,冻融后抗压强度提高,BDR值无明显变化;15次干湿循环后,6组试件强度均提高,干湿循环后抗压强度与冻融后抗压强度规律基本相同;通过与二灰稳定煤矸石混合料进行对比发现,水化反应速率和本身物理性质是影响耐久性能的主要原因;纯钢渣浸水膨胀率小于2%,混合料后期膨胀率几乎不再增长,该混合料的体积稳定性较好。

改性钢渣水泥基材料早强性能研究与应用

“实现碳达峰、碳中和”作为国家的重大战略决策,各行业都要为节能减排事业做出贡献,钢渣作为一种可再利用材料备受青睐。本文设计试验采用控制变量法和正交试验法,以改性钢渣粉末(以下称MSP)和普通硅酸盐水泥为主要原料,添加粉煤灰、硅灰、膨胀剂和减水剂等材料制备试样,并测量其1d力学性能。通过对试验结果进行对比分析,了解MSP掺入对水泥基材料早期和晚期强度发展的影响规律。试验结果表明,掺加MSP可以加快水泥基材料凝结速度,显著提高水泥基材料的早期强度。通过正交试验结果筛选出的最优早强水泥基材料,MSP最佳掺量为11%,粉煤灰最佳掺量为4%,减水剂最佳掺量为0.3%,最佳水灰比为0.20,1d抗折强度和抗压强度最大可以达到6.47 MPa和36.64 MPa。用于某钢结构支护体系中,可以满足早强性能要求和实际工程需要。

一种新型钢渣筛分装置在炼钢厂的应用实践

针对钢渣筛分装置的翻转筛下料部位支撑底座频繁移位及筛孔易出现堵塞等问题,提出一种新型钢渣处理筛分装置。该装置的特点是:对于较大的钢渣,加快其从分流柱体表面的滑落速度;对小于分流柱体之间距离却大于筛分板上的筛孔距离的钢渣,通过筛分装置设置的角度滑移至下料部位。提高筛分装置对钢渣的筛分效率。

钢渣基尾砂胶结充填体强度与流变特性研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、矿渣及生石灰作为材料开展钢渣基胶结材料的研究工作,并对钢渣基充填体的强度及流变特性进行了详细分析。研究结果表明:矿渣含量对充填体7 d强度的影响程度高于钢渣含量,而钢渣含量对充填体28 d抗压强度的影响程度大于矿渣含量;钢渣基胶结充填体的抗压强度随着钢渣含量增大总体上表现出先增大后减小的趋势,钢渣含量为30%时,充填体的抗压强度基本达到最大值;在相同的胶结材料含量及料浆浓度下,钢渣基胶结充填体的7 d及28 d抗压强度均明显高于水泥基胶结充填体,充分体现出钢渣基胶结充填体具有更好的力学性能;随着料浆浓度增大,不同灰砂比下钢渣基充填料浆的流变参数均表现出明显增大趋势,但胶结材料的含量变化不会对钢渣基充填材料的屈服应力产生显著影响。结合流变试验可知,钢渣基充填体的料浆浓度可设计为62%~64%,在该浓度范围内的屈服应力未超过200 Pa,料浆体现出了良好的输送性能。

B_(2)O_(3)对无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣性能的影响

借助高温物性测试仪、黏度仪、原位热分析仪及傅里叶变换红外光谱仪等,研究了B_(2)O_(3)含量对无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣熔化温度、黏度和结晶性能的影响。结果表明,当B_(2)O_(3)含量为7%时,无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣熔化温度、黏度和结晶性能最佳。

道路钢渣基层应用研究进展

为推进钢渣在道路基层规模化应用,总结了钢渣基层标准体系建设历程,分析了钢渣体积膨胀和重金属浸出风险,探讨了不同钢渣基层混合料(水泥稳定钢渣碎石、水泥粉煤灰稳定钢渣碎石、石灰粉煤灰钢渣碎石)的路用性能,介绍了钢渣基层应用现状和存在的问题。研究结果表明:已固化钢渣通过添加掺合料的方式可提高体积安定性,熔融钢渣采用工艺法和调质法从源头控制活性物质含量;钢渣存在重金属浸出风险,应强化钢渣原材料检测,开展专项设计避免雨水渗入基层;钢渣掺入基层混合料,总体上可改善力学性能,显著降低干燥收缩,提高抗裂性能,对水泥稳定钢渣碎石的抗冲刷与抗疲劳性能有一定的提升;钢渣基层应用处于铺筑试验段的探索阶段,后期应开展钢渣基多源固废材料、钢渣基层成套技术和钢渣应用政策保障体系等研究。

掺钢渣水泥稳定碎石在道路基层中的应用

为了提高废弃钢渣的利用率,减少其对环境的污染,考虑在道路水泥稳定碎石基层中用钢渣替换部分碎石。拟定粗、中两种级配,3.5%、4%、4.5%,三种水泥掺量和30%、50%、70%,三种钢渣替换量,通过正交试验设计9个试验组进行无侧限抗压强度试验,研究不同因素对掺钢渣水泥稳定混合料强度影响。通过浸水膨胀率试验,研究硅灰对掺钢渣混合料膨胀的抑制作用。结果表明:水泥掺量对掺钢渣混合料强度影响最显著,其次是钢渣的替换量,级配类型对混合料强度的影响最小,强度随水泥掺量和钢渣替换量增多而变大;硅灰可以有效抑制钢渣混合料体积膨胀。采用粗级配、水泥掺量4%、钢渣替换量为50%,硅灰掺量为3%的掺钢渣水泥稳定碎石混合料具有较高的强度,体积膨胀性良好,可应用于各等级道路基层。