鋼渣粉活性與膠凝性及其混凝土性能的研究.pdf

1、各種各樣廢棄的工業(yè)固渣，正極大威脅著我們的生存環(huán)境，鋼渣就是典型的代表。鋼渣由于化學(xué)成分及礦物組成波動大、含有少量不利成份、易磨性差且原料的預(yù)處理較困難等多種原因，特別是仍然缺乏鋼渣利用的基本理論，因此嚴(yán)重阻礙了其在現(xiàn)代混凝土中的廣泛應(yīng)用。本文依托國家“十五”科技攻關(guān)計劃項目(2003BA652C)“鋼渣礦粉的工業(yè)化生產(chǎn)成套技術(shù)與工程應(yīng)用開發(fā)”，針對上述鋼渣粉再資源化利用的技術(shù)難題，開展了鋼渣粉復(fù)合活化技術(shù)、鋼渣粉活性、鋼渣粉膠凝性、鋼

2、渣粉混凝土性能以及鋼渣粉混凝土微結(jié)構(gòu)形成機理的系統(tǒng)研究，主要工作成果如下。 系統(tǒng)研究了鋼渣粉機械—化學(xué)復(fù)合活化技術(shù)和工藝參數(shù)，同比表面積情況下，該技術(shù)能顯著提高鋼渣粉顆粒的圓形度，并能改善鋼渣粉顆粒的表面形狀，從而提高鋼渣活性；通過研究鋼渣粉的物理填充效應(yīng)、吸附效應(yīng)、化學(xué)鍵合及其與水泥之間的相互作用，確定鋼渣的活性效應(yīng)；深入研究多種因素對鋼渣膠凝性能的影響，發(fā)現(xiàn)不僅活性礦物組成對鋼渣膠凝性有很大影響，鋼渣的結(jié)構(gòu)特征、顆粒形狀，以

3、及預(yù)處理方式和活化技術(shù)也對鋼渣的膠凝性發(fā)揮起到關(guān)鍵作用；提出以鋼渣摻量與摻加鋼渣后水泥漿體強度變化率兩個獨立變量相結(jié)合的鋼渣活性因子評價方法，并由此可確定有利鋼渣活性的比表面積和摻量范圍。 研究了鋼渣粉及鋼渣與礦渣或粉煤灰復(fù)摻對混凝土性能的影響，研究結(jié)果表明，對于本研究中高活性的鋼渣粉，以10-50％取代42.5普通硅酸鹽水泥可配制出強度等級為C20-C55、初始坍落度在20cm左右的大流動度混凝土；鋼渣粉與礦渣粉、粉煤灰有較好

4、的適應(yīng)性，采取二元復(fù)合制備混凝土?xí)r，可以改善單摻鋼渣粉混凝土的工作性能，在保持相應(yīng)的早期強度情況下，也提高了混凝土的后期強度增長率；鋼渣粉若與粉煤灰復(fù)合，則可明顯降低混凝土各齡期收縮；鋼渣粉與礦渣粉、粉煤灰一樣可以提高混凝土抗氯離子擴(kuò)散能力，且鋼渣粉與礦渣粉、粉煤灰復(fù)合后，抗氯離子擴(kuò)散能力更高。 在上述宏觀性能研究基礎(chǔ)上，利用XRD、DTA-TG、SEM、水化熱等測試技術(shù)，深入研究了含鋼渣粉、礦渣粉和粉煤灰水泥漿體水化產(chǎn)物的組成

5、及微觀結(jié)構(gòu)特征，實驗結(jié)果表明，水化早期摻合料的活性大小順序為：鋼渣粉>礦渣粉>粉煤灰，而水化后期活性大小順序為：礦渣粉>鋼渣粉>粉煤灰；對于填充效果，礦渣粉的填充作用最強，其次是鋼渣粉，粉煤灰最差；在相同水化齡期內(nèi)，鋼渣粉與礦渣粉復(fù)合具有的填充效應(yīng)比單摻礦渣粉還高，即二者具有良好的超疊加效應(yīng)；鋼渣粉、礦渣粉及粉煤灰三種摻合料單摻或復(fù)摻均能不同程度地降低水泥水化熱：若綜合考慮三種摻合料的早期活性，可以認(rèn)為用鋼渣粉配制早期強度要求相對較高的

6、大體積混凝土更具有優(yōu)勢。 運用群子統(tǒng)計理論和滲流理論方法，揭示了鋼渣水泥水化過程中的粒子相互作用、水泥石微結(jié)構(gòu)形成規(guī)律，闡述了它們與宏觀性能之間的關(guān)系。鋼渣水泥石微結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系可以看成是分散增強相、分散劣化相及連續(xù)相在空間內(nèi)的多色滲流問題，各相在空間內(nèi)所占分?jǐn)?shù)體積變化，尤其分?jǐn)?shù)體積在滲流的臨界閾值左右變化，均在較大程度上影響到鋼渣水泥石宏觀性能，本文首次運用水泥石孔隙率強度模型對含鋼渣粉水泥漿體微結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗證，結(jié)果表

7、明，鋼渣在水泥水化早期即開始了水化，但因其水化活性相對較低，使其水泥石有一定向大孔隙率方向偏移，而水化活性低也使未水化鋼渣顆粒在水化后期體現(xiàn)出一定的正效應(yīng)(微集料效應(yīng))，這在一定程度上說明了鋼渣是一種“劣質(zhì)熟料”。另外，從粉體運動角度看，水泥基復(fù)合材料實質(zhì)是由不同各類、不同層次的群子組成，材料的性質(zhì)決定于各級各類群子的競爭作用，可以建立各級各類群子參數(shù)與材料性能的關(guān)系，本文首次運用群子理論研究含鋼渣粉水泥基復(fù)合膠凝材料的水化過程，其實質(zhì)

8、是“反應(yīng)物和生成物所構(gòu)成的群子競爭能力隨時間變化的過程”，加水拌和后，漿體水化取決于水泥和鋼渣粒子的凝聚和分散競爭作用，任何影響漿體水化的因素都可通過改變不同粒子凝聚與分散雙方的競爭能力來實現(xiàn)，運用群子參數(shù)——群聚性標(biāo)度可以有效地表示這種粒子間的競爭作用，當(dāng)鋼渣等摻合料引入時，復(fù)合體系粒子的粒徑明顯減小，即復(fù)合體系粒子的分散能力較好，摻合料活性越差，群聚性標(biāo)度越小，這意味著水泥粒子處于該分散體系時的競爭能力高，即水泥粒子的分散性得到加強