摘要 采用掃描電鏡對水淬和熱潑二種球磨轉爐鋼渣粉的顆粒形貌進行了觀察。以顆粒投影輪廓的長短徑比來表征顆粒的粒形。通過對大量鋼渣顆粒的長短徑測量和分析，獲得了鋼渣粉體顆粒粒形的統計性結果。結果表明：二種鋼渣粉顆粒長短徑比的平均值分別介于1.406～1.456和1.408～1.501之間，熱潑鋼渣粉顆粒的球形度遜于水淬鋼渣粉，但顯著優于高爐礦渣。二者之間的差異主要體現在0～3μm粒級。
關鍵詞 鋼渣粉體；顆粒形貌；粉體工程；混凝土摻合料
1．前言
2006年我國鋼渣的排放量超過五千萬噸，而利用鋼渣制備膠凝材料已經成為國內外研究的熱點[1-2]，并很有可能在今后實現其高效化回收利用的重要途徑。
從材料學原理出發，鋼渣粉體在混凝土中的諸多性能優勢與其活性效應和微集料效應緊密相關[3-4]，而它的顆粒粒形是決定其微集料效應的重要因素，因此，開展鋼渣粉體顆粒形貌的研究，有助于我們深化對鋼渣粉體微集料效應的認識，深化鋼渣系列膠凝材料的研究，為實現鋼渣的大規模高效回收利用奠定基礎。
2、原料與粉體制備
2.1采用韶關鋼鐵集團公司提供盤潑水冷卻法和水淬法冷卻的二種鋼渣（簡稱熱潑鋼渣和水淬鋼渣）。其中熱潑鋼渣為灰褐色塊狀物，質地堅硬；而水淬鋼渣則為黑灰色球狀小顆粒，密度較大。
2.2將熱潑鋼渣干燥后經顎式破碎機破碎，然后置于φ500×500mm球磨機粉磨。水淬鋼渣粒度較小，烘干后直接用球磨機粉磨，粉磨時間均為60分鐘。比表面積分別為399(m2·kg-1)和324(m2·kg-1)。
2.3為了獲得鋼渣粉體的顆粒粒度與顆粒形貌之間的關系，以煤油為分散介質，油酸為分散劑，將上述兩種鋼渣粉分別制成為質量分數為2~3%的懸濁液，并根據Stokes沉降原理，對它們進行分級處理。通過上述操作，每種鋼渣粉共獲得0~2μm、5~10μm、10~20μm、20~30μm、30~40μm和大于40μm六個粒級的顆粒。
2．顆粒形貌測定方法與步驟
2.1研究方法的選擇
根據以往的研究經驗[5]，本研究采用長短徑比表征鋼渣粉體顆粒的粒形。顆粒長短徑的測量方法是首先測量單向投影下每個顆粒輪廓的最大尺度，記為顆粒長徑L，然后取與顆粒長徑方向相垂直的顆粒尺度為顆粒短徑B，以L/B記為該顆粒的長短徑比，具體見圖1。
長短徑比越接近1，表明顆粒的球形度越高。
2.2顆粒形貌觀察
采用Philips XI30型掃描電子顯微鏡觀察鋼渣粉體粒形。并存儲圖象以備統計和分析。
2.3 鋼渣粉體粒形的統計和分析
測量SEM圖像照片中每個鋼渣顆粒的長短徑。熱潑和水淬鋼渣的各個粒級顆粒測定數為500~1000。
對于每個粒級的顆粒，以顆粒個數為基準，做長短徑比與具有該長短徑比的顆粒頻數的關系圖，計算平均長短徑比，供分析比較。
3 測定結果與分析
3.1鋼渣粉體顆粒形貌的基本特征
圖2～圖13是二種鋼渣粉在各個粒級的SEM圖象照片。從中可見，水淬和熱潑鋼渣，無論顆粒粒級的高低，粒形均比較規則，大多呈棱角狀，薄片狀顆粒少，結構致密。尤其是0~2μm的顆粒，其球形度顯著高于高爐礦渣（見圖15）。
由于鋼渣是由多礦物組成的集合體，密度不一，因此，每一粒級的鋼渣粉中顆粒的大小差異較大，這已經在測量時予以剔除。此外，一些鋼渣大顆粒表面明顯附著有小顆粒（見圖14），這可能由于大顆粒中有磁性成分，能吸附鐵質小顆粒的緣故。這與在制備原料的分級過程磁振子上吸附有針狀物相吻合。
表1和表2分別表示水淬鋼渣和熱潑鋼渣的每個粒級中，具有確定長短徑比的鋼渣顆粒和其所占百分含量的統計結果。
從表1和表2中可見，在6個粒級中，水淬鋼渣的顆粒長短徑比統計平均值介于1.406～1.456之間，熱潑鋼渣的顆粒長短徑比統計平均值介于1.408～1.501之間，另外，二種鋼渣粉體的每個粒級中，具有L/B為1.2-1.3的粉體含量最多。說明鋼渣粉體的顆粒球形度是比較高的。
通常認為：隨著粉磨的進行，顆粒的細化形式將逐漸由體積粉碎向顆粒的表面磨蝕剝落轉變，因此，顆粒將更加趨于球形化，也就是說細粒級粉體顆粒的長短徑比統計平均值應當減小。但表3的結果表明：對水淬鋼渣，其粗、中、細6個粒級顆粒的長短徑比統計平均值變化不大，說明水淬鋼渣顆粒的球形度受粒度的影響甚小；而對熱潑鋼渣，隨著顆粒粒度的減小，其長短徑比統計平均值有增大的趨勢，說明顆粒的球形度降低。圖16是兩種鋼渣粉體分別在六個所選的顆粒粒級中，顆粒長短徑ln(L/B)比與百分含量(個數基準)的關系所作的對比，可見在0-2μm和5～10μm兩個粒級區間中，水淬鋼渣粉體在ln(L/B)為1～1.5之間顆粒的含量明顯高于熱潑鋼渣粉，說明水淬鋼渣粉在細粒級段顆粒球形度高于熱潑鋼渣。隨著顆粒粒度的增大，兩者的區別逐漸縮小，到40μm粒級區間時，二者已無明顯差別。造成此結果的原因可能是熱潑鋼渣成渣時冷卻較慢，礦物結晶發育比較完整，當顆粒破碎至晶粒尺度時，容易沿晶格解理面破碎細化，從而影響到顆粒的球形度。
4 結論
1對于轉爐水淬鋼渣和熱潑鋼渣粉體，顆粒大多呈棱角狀，整體粒形比較渾圓規則，未見明顯的片狀形態，顆粒長短徑比統計平均值分別介于1.406～1.456和1.408～1.501之間，每個粒級中，具有長短徑比L/B為1.2-1.3的粉體含量最多。球形度顯著高于高爐礦渣。
2水淬鋼渣細粉在細粒級的顆粒球形度高于熱潑鋼渣。隨著顆粒粒度的增大，兩者的區別逐漸縮小，到40μm粒級區間時，二者已無明顯差別。
參考文獻
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[3]潘鋼華, 孫偉, 張亞梅. 活性混合材微集料效應的理論和實驗研究[J]. 混凝土與水泥制品, 1997(6):23-25.
[4]丁星,蒲心誠. 水泥活性礦物摻料增強效應統計模型研究[J]. 硅酸鹽學報, 1999,27(4):401-407.
[5]趙旭光, 李長成, 文梓蕓, 余其俊. 高爐礦渣粉體的顆粒形貌研究[J]. 建筑材料學報, 2005,8(5):558-561.
項目來源：國家“十一·五”科技支撐計劃（2006BAF02A24），廣東省科技計劃項目(2007B010600036)，硅酸鹽材料工程教育部重點實驗室（武漢理工大學）開放基金項目（SYSJJ2006-08）。
作者簡介: 趙旭光(1960- ), 男, 山東省萊州市人，漢族，廣東韶關學院化學與環境工程學院教授，工學博士;
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