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《清华大学》 2010年
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钢渣的胶凝性能及在复合胶凝材料水化硬化过程中的作用

王强  
【摘要】:钢渣是炼钢过程中产生的废渣,其排放量约为钢产量的15%。目前部分钢渣作为骨料或填料应用于混凝土、沥青路面和路基工程,但仍有大量的钢渣未能有效利用。将钢渣作为矿物掺合料用于混凝土配制是一个有效且高效的利用方式。我国的绝大部分钢渣为转炉钢渣,本文将研究转炉钢渣的胶凝性能及在水泥基复合胶凝材料水化硬化过程中的作用,主要研究内容和结论如下: (1)钢渣与水泥的水化过程相似,但钢渣的水化速率非常慢。提高钢渣的细度、提高钢渣水化环境的碱性和水化温度都能够激发钢渣早期的活性,相对而言,提高水化温度的效果最明显。 (2)C_2S、C_3S和RO相是钢渣的主要矿物成分。磨细钢渣可以分为两个部分:胶凝组分(C_3S, C_2S, C_(12)A_7和Ca_2Al_2Si_3O_(12))和惰性组分(RO相, C_2F和Fe_3O_4)。RO相在大粒径( 60μm)颗粒中的含量大于在小粒径( 6μm)颗粒中的含量,而胶凝组分在小粒径颗粒中的含量大于在大粒径颗粒中的含量。钢渣的水化产物主要为Ca(OH)_2和C-S-H凝胶;硬化浆体中还残存有未水化的C_2S和C_3S、RO相、C_2F和Fe_3O_4。尽管胶凝组分的水化对改善复合胶凝材料硬化浆体的孔结构有一定的贡献,但惰性组分并不能起到良好的填充作用,因而钢渣对于细化硬化浆体后期孔径的效果不如粉煤灰。 (3)碱度决定了钢渣的主要矿物组成的种类,但不能反映这些矿物的相对含量。高碱度钢渣之间的活性差异不能用碱度来评价。本文提出了评价高碱度钢渣活性的方法,即钢渣活性系数( HAI= (SiO_2+ Al_2O_3)/ (FeO+Fe_2O_3+MgO+MnO)),试验结果证明,用钢渣活性系数可以有效地评价高碱度钢渣的活性。 (4)用钢渣替代部分水泥后,会使胶凝材料的水化诱导期延长,降低胶凝材料早期的水化速率。但由于钢渣水化的贡献以及钢渣和水泥水化的相互促进作用,7 d后,复合胶凝材料的水化速率高于纯水泥。本文定义了钢渣对水泥水化的促进因子,通过对该因子变化规律的研究可以得出结论:钢渣掺量越大,对水泥后期水化的促进作用越明显;龄期越长,对水泥水化的促进作用越明显。
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