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GB/T 12957—2005《用作水泥混合材料的的工业废渣活性试验方法》标准介绍

类别:技术|水泥标准   日期:2011-11-2        点击率:110172        

 

王 昕1,白显明1,江丽珍1,刘 晨1,黄小楼1,霍春明1,张大康2
(1.中国建筑材料科学研究院 水泥科学与新型建筑材料研究所,北京 100024;
            2.浅野水泥有限公司,河北 秦皇岛 066000) 
中图分类号:TQ172.44  文献标识码:B  文章编号:1002-9877(2005)10-0050-05

0 引言
  用于水泥混合材料的工业废渣活性,对水泥及混凝土性能有很大影响,因而工业废渣活性评定试验方法对水泥的生产和使用至关重要。目前国际上评定用于水泥中的工业废渣活性尚无统一检测方法,当前英、法等国均采用国际标准ISO 863:1990 (E)《用于火山灰质水泥的火山灰活性试验方法》,而德国采用DIN51043—79 《凝灰岩检验要求》,美国和日本则采用28d抗压强度活性指数评定工业废渣活性,且目前日本标准JIS A 6201:1999《用于混凝土中的粉煤灰》中水泥强度试验方法已改用国际标准ISO679:1989。
  我国对工业废渣活性评定方法的研究,早在80年代就已开始。80年代末由于当时矿渣、粉煤灰等资源缺乏,为了新开辟工业废渣资源(如化铁炉渣、铬铁渣等)并统一其活性评定方法,中国建筑材料科学研究院水泥所提出并制定了用于水泥混合材料的工业废渣活性试验方法GB 12957—91。但由于我国水泥强度检验方法已与国际接轨,该标准中所涉及的水泥强度检验方法等已不适用。为此,2002年国家经贸委将该标准的修订纳入国标委修订计划,并由我院协同河北秦皇岛浅野水泥有限公司、云南开远水泥厂等多家单位共同完成该标准的修订工作。本次修订主要对标准中28d抗压强度比试验方法、火山灰活性试验方法及相应的材料要求等进行相应调整。目前新修订的标准(GB/T 12957—2005)已于2005年1月正式发布,并于8月正式实施。 本文现将标准的主要修订情况简要介绍如下。
1 关于试验材料的要求
1.1 对工业废渣细度的要求
  GB 12957—91标准中所指的工业废渣是除粒化矿渣、粉煤灰和火山灰质混合材之外的工业废渣。由于这些工业废渣材质不定,有的质地可能属疏松多孔结构,对这些材料细度的检测采用透气法检验易引入较大的试验误差,因而GB 12957—91对工业废渣的细度控制采用筛余形式, 要求其细度80μm 方孔筛筛余为5%~7%。
  但随着我国水泥强度检验方法采用国际法,大多数水泥厂采用提高水泥比表面积以满足强度指标要求 (水泥粉磨比表面积一般在350m2/kg 左右,甚至更高)。这就使得作为混合材的工业废渣也需相应提高细度。为此,在新标准中工业废渣的细度调整为“1%~3%”。同时为了便于样品制备,如粉磨时间大于50min仍达不到要求时,允许掺加小于1%的符合JC/T 667—2004的有关规定的助磨剂。
1.2 对试验用水泥的要求
  新标准对试验用硅酸盐水泥样品, 增加应符合GB175—1999的有关要求, 以使标准对材料的要求更完善全面,减小其影响试验结果的可能性;并规定“水泥28d抗压强度应>42.5MPa , 比表面积为(350±10)m2/kg”。为了与水泥生产实际一致, 减少试验结果受其他因素干扰, 新标准还规定水泥中的石膏掺量以SO3 计为(2.0±0.5)%。
2 关于试验方法
2.1 潜在水硬性试验
  为了对工业废渣性能有较全面的评估,GB 12957—91标准中规定的潜在水硬性试验方法, 即将工业废渣磨成细粉与石膏按比例混合均匀后, 按水泥净浆标准稠度制成试饼, 在水中养护一定龄期后观察试饼是否完好,根据其在激发剂存在的条件下能在水中继续硬化的特点,进行潜在水硬性判定。
  由于此方法简单易行,因而新标准没有对其做较大变动。但由于目前水泥标准稠度用水量检测方法GB/T 1346—2001已等效采用国际法ISO 9597:1989, 因而新标准对潜在水硬性试验中水泥标准稠度用水量方法及养护条件进行了相应调整。
2.2 火山灰性试验
  原GB 12957—91标准中火山灰性试验方法,是参考前苏联ΓOCT 6269—63标准,即通过观察废渣细粉与消石灰制成的试饼浸水一定龄期后是否能硬化来定性判定。但目前ΓOCT 6269—63标准已经废止,优先采用国际标准已成为大多数国家发展趋势。为此,我们决定工业废渣火山灰性试验性方法采用国际法,以便与国际接轨。由于目前我国GB/T 2847—96标准的附录A(火山灰性试验方法)已参考采用国际标准ISO 863:1990火山灰水泥的火山灰性试验方法,因而本次修订直接引用了该标准附录A中规定的方法。
  为了检验该方法的适用性和准确性,在本次标准修订试验中,我们选取了硅锰渣、精炼铬铁渣等工业废渣以及火山灰性混合材(沸石等)等近20种工业废渣进行对比试验。试验样品的化学成分见表1。试验所用工业废渣水分<1%,且水泥熟料和混合材分别粉磨,并根据水泥生产的实际情况,要求混合材细度控制在80μm筛筛余1%~3%。试验材料分别粉磨后,按硅酸盐水泥∶混合材=70∶30比例混合均匀, 同时控制水泥中石膏掺量以SO3 计为(2.0±0.5)%。 试验结果见表2。


  由表2可以看出:
  1)石灰石、标准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号和2号粉煤灰样品, 养护至8d即表现出火山灰性; 而3号粉煤灰直到15d时才表现出火山灰性。这可能是由于前2种粉煤灰的成分与后者相比, 活性的SiO2和Al2O3含量高, CaO 含量低, 因而火山灰性表现得早。
  3)矸石和矸石粉样品,虽然化学成分中SiO2和Al2O3含量也很高,且 CaO 含量低, 但这2种样品均系未自燃过的矸石,属惰性废渣,因而在试验中也未显示出火山灰性。这与实际情况相符。
  4)从表2中还可看出, 浅野水泥厂对部分样品的试验结果与我院结果一致。
  试验结果表明,按GB/T 2847—96标准的附录A(火山灰性试验方法)进行火山灰性检测是可行的。
2.3 28d抗压强度比试验
  28d抗压强度比是指掺加30%工业废渣的硅酸盐水泥28d抗压强度与纯硅酸盐水泥28d抗压强度之比。本次修订将水泥强度检验方法由GB177—85改为 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》,并对试验结果精确度进行了补充完善。同时为了避免掺加工业废渣的水泥样品与比对水泥样品SO3含量差别大而影响强度, 新标准还规定比对基准水泥和试验水泥样品的SO3 含量应基本相同(两者相差不超过0.3%), 否则应进行调整。
  由于28d抗压强度比试验是评定工业废渣活性最直接的定量评定方法,因此是本次标准修订工作中的重点。考虑到新开辟的工业废渣质地差别大, 水泥成型加水量方法不同对水泥28d强度值有较大影响。为此, 本次标准修订对水泥成型加水量方法分别采用控制流动度和固定水灰比2种方法分别进行讨论。
2.3.1 控制流动度法
  为使掺不同需水性工业废渣的水泥能反映出真实强度,我们控制水泥胶砂流动度在180~200mm。试验结果见表3。
  由表3可见, 在相同流动度下,不同硅酸盐水泥评定同一种混合材,28d抗压强度比不同。矿渣粉(1号、2号)、硅铝质微粉、昆明锰铁渣等活性较高,抗压强度比均>93%;精炼铬铁渣、硅锰渣、铜渣等活性居中,抗压强度比在77%~90%;标准砂粉、石灰石粉活性最低,抗压强度比在56%~70%。
  由表3还可以看出,水泥强度检验方法的变化,对评定不同的混合材28d抗压强度比影响程度不同。但总体上讲,水泥强度检验方法采标后,评定混合材28d抗压强度的比值下降了。

表3 相同流动度下28d抗压强度比比较%

注:①表中A组采用基准水泥,  B组采用北京水泥厂熟料制备的P·I水泥(表4中A、B组试样与此相同),C~G组采用各单位自备的硅酸盐水泥;②表中编号20、21两组的水灰比为0.56, 流动度182mm;③混合材掺量均为30%,以下同;④括号中数据采用GB177—85检验方法。
2.3.2 固定水灰比法
  水泥固定水灰比W/C=0.5,试验结果见表4。
  由表4可以看出, 采用固定水灰比法成型后, 不同硅酸盐水泥(A组、B组)评定同一种混合材, 28d抗压强度比也不相同。其中矿渣粉、硅铝质微粉、沸石及昆明锰铁渣等活性较高,抗压强度比均>95%; 硅锰渣、铜渣、粉煤灰等活性居中,抗压强度比在77%~90%之间; 标准砂、石灰石粉活性最低,其基本规律与流动度法大体一致。但不同的是, 采用固定水灰比法测试的精炼铬铁渣的活性降低了,这可能是受需水性影响的缘故。

表4 固定水灰比时28d抗压强度比比较%


2.3.3 2种成型加水量方法的比较
  不同硅酸盐水泥评定同一混合材抗压强度比不同,影响结果的评定,但不同加水量法能否改善这种强度比差值?为此,我们用2种硅酸盐水泥(A组和B组水泥)按不同加水量成型法,对2种水泥评定同一混合材的28d抗压强度比的差值进行分析比较,以进一步比较不同加水量对不同水泥抗压强度比的差异程度。见图1。

  由图1可见,  采用固定水灰比法成型, 对不同硅酸盐水泥间评定废渣活性而言,  28d抗压强度比差值波动较小,一般比值之差基本在0.10左右; 采用控制流动度法成型, 虽然总体情况也较好, 但有的样品出现较大强度值波动, 如1号粉煤灰和锰铁渣样品。可以说,采用固定水灰比法成型对不同硅酸盐水泥间评定废渣活性而言, 相对较稳定。    

  同种工业废渣与不同水泥熟料混合活性激发程度不同,为此分别对2种硅酸盐水泥按不同成型加水量28d抗压强度比评定也进行比较, 见图2和图3。
      由图2和图3可见, 无论何种水泥, 采用这两种成型加水量法, 28d抗压强度比基本规律一致,两者相差不大。 
2.3.4 抗压强度比评定分析
  根据28d抗压强度比大小, 我们对不同种的工业废渣样品大致分为:>90%、80%~90%、70%~80%和< 70%  4类。
  由表4可以看出, 矿渣粉等活性混合材体现出较高的强度比(一般约>95%),而标准砂粉、石灰石强度比较低(仅约在70%左右), 与混合材本身性质一致。因此,采用GB/T 17671—1999方法并按固定水灰比法控制加水量,能够较真实地反映出各种工业废渣本身活性,具有一定的可靠性。
  综合考虑以上因素, 我们认为按固定水灰比(W/C=0.5) 法成型, 在对28d抗压强度评定上与流动度法差别不大, 规律基本相同, 且在不同硅酸盐水泥间评定废渣活性相对较稳定。为了简化试验中工作量并满足成型要求, 我们决定28d抗压强度比评定按固定水灰比法(W/C=0.5)成型检测,同时要求水泥胶砂流动度不小于180mm;对于难以成型的试体, 加水量按0.01水灰比由小至大递增。
(编辑   王新频)

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