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(dòng)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(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)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(kāi)發(fā)”，針對(duì)上述鋼渣粉再資源化利用的技術(shù)難題，開(kāi)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(jī)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(jī)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(guò)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(duì)鋼渣膠凝性能的影響，發(fā)現(xiàn)不僅活性礦物組成對(duì)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(duì)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(qiáng)度變化率兩個(gè)獨(dú)立變量相結(jié)合的鋼渣活性因子評(píng)價(jià)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(duì)混凝土性能的影響，研究結(jié)果表明，對(duì)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(qiáng)度等級(jí)為C20-C55、初始坍落度在20cm左右的大流動(dòng)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(qiáng)度情況下，也提高了混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)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(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水化早期摻合料的活性大小順序?yàn)椋轰撛?礦渣粉>粉煤灰，而水化后期活性大小順序?yàn)椋旱V渣粉>鋼渣粉>粉煤灰；對(duì)于填充效果，礦渣粉的填充作用最強(qiáng)，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(qiáng)度要求相對(duì)較高的

6、大體積混凝土更具有優(yōu)勢(shì)。 運(yùn)用群子統(tǒng)計(jì)理論和滲流理論方法，揭示了鋼渣水泥水化過(guò)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(qiáng)相、分散劣化相及連續(xù)相在空間內(nèi)的多色滲流問(wèn)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(yùn)用水泥石孔隙率強(qiáng)度模型對(duì)含鋼渣粉水泥漿體微結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表

7、明，鋼渣在水泥水化早期即開(kāi)始了水化，但因其水化活性相對(duì)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(shuō)明了鋼渣是一種“劣質(zhì)熟料”。另外，從粉體運(yùn)動(dòng)角度看，水泥基復(fù)合材料實(shí)質(zhì)是由不同各類(lèi)、不同層次的群子組成，材料的性質(zhì)決定于各級(jí)各類(lèi)群子的競(jìng)爭(zhēng)作用，可以建立各級(jí)各類(lèi)群子參數(shù)與材料性能的關(guān)系，本文首次運(yùn)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(guò)程，其實(shí)質(zhì)

8、是“反應(yīng)物和生成物所構(gòu)成的群子競(jìng)爭(zhēng)能力隨時(shí)間變化的過(guò)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(jìng)爭(zhēng)作用，任何影響漿體水化的因素都可通過(guò)改變不同粒子凝聚與分散雙方的競(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)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(jìng)爭(zhēng)作用，當(dāng)鋼渣等摻合料引入時(shí)，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(shí)的競(jìng)爭(zhēng)能力高，即水泥粒子的分散性得到加強(qiáng)