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GB/T 12957—2005《用作水泥混合材料的的工業廢渣活性試驗方法》標準介紹

類別:技術|水泥標準   日期:2011-11-2        點擊率:126492        

 

王 昕1,白顯明1,江麗珍1,劉 晨1,黃小樓1,霍春明1,張大康2
(1.中國建筑材料科學研究院 水泥科學與新型建筑材料研究所,北京 100024;
            2.淺野水泥有限公司,河北 秦皇島 066000) 
中圖分類號:TQ172.44  文獻標識碼:B  文章編號:1002-9877(2005)10-0050-05

0 引言
  用于水泥混合材料的工業廢渣活性,對水泥及混凝土性能有很大影響,因而工業廢渣活性評定試驗方法對水泥的生產和使用至關重要。目前國際上評定用于水泥中的工業廢渣活性尚無統一檢測方法,當前英、法等國均采用國際標準ISO 863:1990 (E)《用于火山灰質水泥的火山灰活性試驗方法》,而德國采用DIN51043—79 《凝灰巖檢驗要求》,美國和日本則采用28d抗壓強度活性指數評定工業廢渣活性,且目前日本標準JIS A 6201:1999《用于混凝土中的粉煤灰》中水泥強度試驗方法已改用國際標準ISO679:1989。
  我國對工業廢渣活性評定方法的研究,早在80年代就已開始。80年代末由于當時礦渣、粉煤灰等資源缺乏,為了新開辟工業廢渣資源(如化鐵爐渣、鉻鐵渣等)并統一其活性評定方法,中國建筑材料科學研究院水泥所提出并制定了用于水泥混合材料的工業廢渣活性試驗方法GB 12957—91。但由于我國水泥強度檢驗方法已與國際接軌,該標準中所涉及的水泥強度檢驗方法等已不適用。為此,2002年國家經貿委將該標準的修訂納入國標委修訂計劃,并由我院協同河北秦皇島淺野水泥有限公司、云南開遠水泥廠等多家單位共同完成該標準的修訂工作。本次修訂主要對標準中28d抗壓強度比試驗方法、火山灰活性試驗方法及相應的材料要求等進行相應調整。目前新修訂的標準(GB/T 12957—2005)已于2005年1月正式發布,并于8月正式實施。 本文現將標準的主要修訂情況簡要介紹如下。
1 關于試驗材料的要求
1.1 對工業廢渣細度的要求
  GB 12957—91標準中所指的工業廢渣是除粒化礦渣、粉煤灰和火山灰質混合材之外的工業廢渣。由于這些工業廢渣材質不定,有的質地可能屬疏松多孔結構,對這些材料細度的檢測采用透氣法檢驗易引入較大的試驗誤差,因而GB 12957—91對工業廢渣的細度控制采用篩余形式, 要求其細度80μm 方孔篩篩余為5%~7%。
  但隨著我國水泥強度檢驗方法采用國際法,大多數水泥廠采用提高水泥比表面積以滿足強度指標要求 (水泥粉磨比表面積一般在350m2/kg 左右,甚至更高)。這就使得作為混合材的工業廢渣也需相應提高細度。為此,在新標準中工業廢渣的細度調整為“1%~3%”。同時為了便于樣品制備,如粉磨時間大于50min仍達不到要求時,允許摻加小于1%的符合JC/T 667—2004的有關規定的助磨劑。
1.2 對試驗用水泥的要求
  新標準對試驗用硅酸鹽水泥樣品, 增加應符合GB175—1999的有關要求, 以使標準對材料的要求更完善全面,減小其影響試驗結果的可能性;并規定“水泥28d抗壓強度應>42.5MPa , 比表面積為(350±10)m2/kg”。為了與水泥生產實際一致, 減少試驗結果受其他因素干擾, 新標準還規定水泥中的石膏摻量以SO3 計為(2.0±0.5)%。
2 關于試驗方法
2.1 潛在水硬性試驗
  為了對工業廢渣性能有較全面的評估,GB 12957—91標準中規定的潛在水硬性試驗方法, 即將工業廢渣磨成細粉與石膏按比例混合均勻后, 按水泥凈漿標準稠度制成試餅, 在水中養護一定齡期后觀察試餅是否完好,根據其在激發劑存在的條件下能在水中繼續硬化的特點,進行潛在水硬性判定。
  由于此方法簡單易行,因而新標準沒有對其做較大變動。但由于目前水泥標準稠度用水量檢測方法GB/T 1346—2001已等效采用國際法ISO 9597:1989, 因而新標準對潛在水硬性試驗中水泥標準稠度用水量方法及養護條件進行了相應調整。
2.2 火山灰性試驗
  原GB 12957—91標準中火山灰性試驗方法,是參考前蘇聯ΓOCT 6269—63標準,即通過觀察廢渣細粉與消石灰制成的試餅浸水一定齡期后是否能硬化來定性判定。但目前ΓOCT 6269—63標準已經廢止,優先采用國際標準已成為大多數國家發展趨勢。為此,我們決定工業廢渣火山灰性試驗性方法采用國際法,以便與國際接軌。由于目前我國GB/T 2847—96標準的附錄A(火山灰性試驗方法)已參考采用國際標準ISO 863:1990火山灰水泥的火山灰性試驗方法,因而本次修訂直接引用了該標準附錄A中規定的方法。
  為了檢驗該方法的適用性和準確性,在本次標準修訂試驗中,我們選取了硅錳渣、精煉鉻鐵渣等工業廢渣以及火山灰性混合材(沸石等)等近20種工業廢渣進行對比試驗。試驗樣品的化學成分見表1。試驗所用工業廢渣水分<1%,且水泥熟料和混合材分別粉磨,并根據水泥生產的實際情況,要求混合材細度控制在80μm篩篩余1%~3%。試驗材料分別粉磨后,按硅酸鹽水泥∶混合材=70∶30比例混合均勻, 同時控制水泥中石膏摻量以SO3 計為(2.0±0.5)%。 試驗結果見表2。


  由表2可以看出:
  1)石灰石、標準砂等典型惰性混合材,不具有火山灰性;而沸石和粉煤灰均具有火山灰性。
  2)1號和2號粉煤灰樣品, 養護至8d即表現出火山灰性; 而3號粉煤灰直到15d時才表現出火山灰性。這可能是由于前2種粉煤灰的成分與后者相比, 活性的SiO2和Al2O3含量高, CaO 含量低, 因而火山灰性表現得早。
  3)矸石和矸石粉樣品,雖然化學成分中SiO2和Al2O3含量也很高,且 CaO 含量低, 但這2種樣品均系未自燃過的矸石,屬惰性廢渣,因而在試驗中也未顯示出火山灰性。這與實際情況相符。
  4)從表2中還可看出, 淺野水泥廠對部分樣品的試驗結果與我院結果一致。
  試驗結果表明,按GB/T 2847—96標準的附錄A(火山灰性試驗方法)進行火山灰性檢測是可行的。
2.3 28d抗壓強度比試驗
  28d抗壓強度比是指摻加30%工業廢渣的硅酸鹽水泥28d抗壓強度與純硅酸鹽水泥28d抗壓強度之比。本次修訂將水泥強度檢驗方法由GB177—85改為 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》,并對試驗結果精確度進行了補充完善。同時為了避免摻加工業廢渣的水泥樣品與比對水泥樣品SO3含量差別大而影響強度, 新標準還規定比對基準水泥和試驗水泥樣品的SO3 含量應基本相同(兩者相差不超過0.3%), 否則應進行調整。
  由于28d抗壓強度比試驗是評定工業廢渣活性最直接的定量評定方法,因此是本次標準修訂工作中的重點。考慮到新開辟的工業廢渣質地差別大, 水泥成型加水量方法不同對水泥28d強度值有較大影響。為此, 本次標準修訂對水泥成型加水量方法分別采用控制流動度和固定水灰比2種方法分別進行討論。
2.3.1 控制流動度法
  為使摻不同需水性工業廢渣的水泥能反映出真實強度,我們控制水泥膠砂流動度在180~200mm。試驗結果見表3。
  由表3可見, 在相同流動度下,不同硅酸鹽水泥評定同一種混合材,28d抗壓強度比不同。礦渣粉(1號、2號)、硅鋁質微粉、昆明錳鐵渣等活性較高,抗壓強度比均>93%;精煉鉻鐵渣、硅錳渣、銅渣等活性居中,抗壓強度比在77%~90%;標準砂粉、石灰石粉活性最低,抗壓強度比在56%~70%。
  由表3還可以看出,水泥強度檢驗方法的變化,對評定不同的混合材28d抗壓強度比影響程度不同。但總體上講,水泥強度檢驗方法采標后,評定混合材28d抗壓強度的比值下降了。

表3 相同流動度下28d抗壓強度比比較%

注:①表中A組采用基準水泥,  B組采用北京水泥廠熟料制備的P·I水泥(表4中A、B組試樣與此相同),C~G組采用各單位自備的硅酸鹽水泥;②表中編號20、21兩組的水灰比為0.56, 流動度182mm;③混合材摻量均為30%,以下同;④括號中數據采用GB177—85檢驗方法。
2.3.2 固定水灰比法
  水泥固定水灰比W/C=0.5,試驗結果見表4。
  由表4可以看出, 采用固定水灰比法成型后, 不同硅酸鹽水泥(A組、B組)評定同一種混合材, 28d抗壓強度比也不相同。其中礦渣粉、硅鋁質微粉、沸石及昆明錳鐵渣等活性較高,抗壓強度比均>95%; 硅錳渣、銅渣、粉煤灰等活性居中,抗壓強度比在77%~90%之間; 標準砂、石灰石粉活性最低,其基本規律與流動度法大體一致。但不同的是, 采用固定水灰比法測試的精煉鉻鐵渣的活性降低了,這可能是受需水性影響的緣故。

表4 固定水灰比時28d抗壓強度比比較%


2.3.3 2種成型加水量方法的比較
  不同硅酸鹽水泥評定同一混合材抗壓強度比不同,影響結果的評定,但不同加水量法能否改善這種強度比差值?為此,我們用2種硅酸鹽水泥(A組和B組水泥)按不同加水量成型法,對2種水泥評定同一混合材的28d抗壓強度比的差值進行分析比較,以進一步比較不同加水量對不同水泥抗壓強度比的差異程度。見圖1。

  由圖1可見,  采用固定水灰比法成型, 對不同硅酸鹽水泥間評定廢渣活性而言,  28d抗壓強度比差值波動較小,一般比值之差基本在0.10左右; 采用控制流動度法成型, 雖然總體情況也較好, 但有的樣品出現較大強度值波動, 如1號粉煤灰和錳鐵渣樣品。可以說,采用固定水灰比法成型對不同硅酸鹽水泥間評定廢渣活性而言, 相對較穩定。    

  同種工業廢渣與不同水泥熟料混合活性激發程度不同,為此分別對2種硅酸鹽水泥按不同成型加水量28d抗壓強度比評定也進行比較, 見圖2和圖3。
      由圖2和圖3可見, 無論何種水泥, 采用這兩種成型加水量法, 28d抗壓強度比基本規律一致,兩者相差不大。 
2.3.4 抗壓強度比評定分析
  根據28d抗壓強度比大小, 我們對不同種的工業廢渣樣品大致分為:>90%、80%~90%、70%~80%和< 70%  4類。
  由表4可以看出, 礦渣粉等活性混合材體現出較高的強度比(一般約>95%),而標準砂粉、石灰石強度比較低(僅約在70%左右), 與混合材本身性質一致。因此,采用GB/T 17671—1999方法并按固定水灰比法控制加水量,能夠較真實地反映出各種工業廢渣本身活性,具有一定的可靠性。
  綜合考慮以上因素, 我們認為按固定水灰比(W/C=0.5) 法成型, 在對28d抗壓強度評定上與流動度法差別不大, 規律基本相同, 且在不同硅酸鹽水泥間評定廢渣活性相對較穩定。為了簡化試驗中工作量并滿足成型要求, 我們決定28d抗壓強度比評定按固定水灰比法(W/C=0.5)成型檢測,同時要求水泥膠砂流動度不小于180mm;對于難以成型的試體, 加水量按0.01水灰比由小至大遞增。
(編輯   王新頻)

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