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《中国建筑材料科学研究院》 2003年
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含钢渣粉掺合料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究

李永鑫  
【摘要】: 随着水泥混凝土研究与应用技术的发展与深入,矿物掺合料是现代混凝土必不可少的重要组成之一,开发新型高效的矿物掺合料以满足现代混凝土的发展与需求己成为水泥混凝土研究的一个重要内容。磨细钢渣粉作为一种新的水泥混凝土掺合料,它的活性明显优于一级粉煤灰,与矿渣活性不相上下,而且分布较广,数量较多,有较高的应用与研究价值。 本文在深入研究钢渣粉本身的组成、结构与性能关系的基础上,通过水化产物的组成与微结构测试、混凝土宏观力学性能、工作性能及长期耐久性能实验,揭示了含钢渣粉水泥混凝土的组成、结构与性能之间的相关规律,为钢渣粉掺合料的应用与推广提供了理论依据与技术支撑。本文的主要工作及取得的重要成果包括以下几个方面。 系统地研究了钢渣粉的组成与结构特点,并探讨了钢渣组成与胶凝性能之间的关系。研究结果表明,碱度仅能反映钢渣中C_3S的含量,并不能完全反映钢渣的胶凝性能;钢渣的胶凝性能取决于由化学组成计算出的矿物组成及钢渣的处理方式,即钢渣中活性矿物C_2S、C_3S、C_4AF及C_3A的总量及表征活性损失矿物Ca(OH)_2的量决定着钢渣本身的胶凝性能。 通过一定的推导与数值分析,提出了用活性因子评价矿物掺合料胶凝性能的方法。活性因子计算结果表明,首钢钢渣粉活性最高,其次是武钢钢渣粉,上钢钢渣粉由于处理方式的原因活性相对较低;总体而言钢渣粉的活性明显高于一级粉煤灰。 实验研究了钢渣粉比表面积、颗粒形态特征对钢渣胶凝性能的影响。实验结果表明,提高比表面积可提高钢渣粉的胶凝性能,但当比表面积超过500m~2/kg时,钢渣粉的胶凝性能提高已不显著,钢渣粉的最佳比表面积应控制在450~500m~2/kg之间;比表面积相近时,表面有细小颗粒吸附且颗粒圆形度高的钢渣粉有相对较高的胶凝性能。 采用沸煮、高温长时间蒸养及压蒸方法研究了钢渣粉中的f-CaO、MgO、FeO、RO相及金属铁对水泥安定性的影响。实验结果表明,随着水泥混凝土研究与应用技术的发展与深入,矿物掺合料是现代混凝土必不可少的重要组成之一,开发新型高效的矿物掺合料以满足现代混凝土的发展与需求己成为水泥混凝土研究的一个重要内容。磨细钢渣粉作为一种新的水泥混凝土掺合料,它的活性明显优于一级粉煤灰,与矿渣活性不相上下,而且分布较广,数量较多,有较高的应用与研究价值。 本文在深入研究钢渣粉本身的组成、结构与性能关系的基础上,通过水化产物的组成与微结构测试、混凝土宏观力学性能、工作性能及长期耐久性能实验,揭示了含钢渣粉水泥混凝土的组成、结构与性能之间的相关规律,为钢渣粉掺合料的应用与推广提供了理论依据与技术支撑。本文的主要工作及取得的重要成果包括以下几个方面。 系统地研究了钢渣粉的组成与结构特点,并探讨了钢渣组成与胶凝性能之间的关系。研究结果表明,碱度仅能反映钢渣中C_3S的含量,并不能完全反映钢渣的胶凝性能;钢渣的胶凝性能取决于由化学组成计算出的矿物组成及钢渣的处理方式,即钢渣中活性矿物C_2S、C_3S、C_4AF及C_3A的总量及表征活性损失矿物Ca(OH)_2的量决定着钢渣本身的胶凝性能。 通过一定的推导与数值分析,提出了用活性因子评价矿物掺合料胶凝性能的方法。活性因子计算结果表明,首钢钢渣粉活性最高,其次是武钢钢渣粉,上钢钢渣粉由于处理方式的原因活性相对较低;总体而言钢渣粉的活性明显高于一级粉煤灰。 实验研究了钢渣粉比表面积、颗粒形态特征对钢渣胶凝性能的影响。实验结果表明,提高比表面积可提高钢渣粉的胶凝性能,但当比表面积超过500m~2/kg时,钢渣粉的胶凝性能提高已不显著,钢渣粉的最佳比表面积应控制在450~500m~2/kg之间;比表面积相近时,表面有细小颗粒吸附且颗粒圆形度高的钢渣粉有相对较高的胶凝性能。 采用沸煮、高温长时间蒸养及压蒸方法研究了钢渣粉中的f-CaO、MgO、FeO、RO相及金属铁对水泥安定性的影响。实验结果表明, 摘要 钢渣粉中的Mgo、Feo、Ro相一般不会引起水泥安定性不良的问题; 氧化钙及金属铁是影响钢渣粉安定性不良的主导因素,应用中要严格 控制它们的含量,钢渣粉中的游离氧化钙宜控制在3%以内,金属铁 含量宜控制在2%以内。 利用XRD、DTA一TG研究了含钢渣粉胶凝材料水化产物的组成特 征,并用极限水化产物的结合水量推算了掺合料对水泥水化速率的影 响。实验结果表明,不同龄期含钢渣粉水化产物中的CZS、C3S及 Ca(0H)2均明显高于含矿渣或粉煤灰的水化产物;水化早期掺合料结 合水的能力大小顺序是:钢渣粉矿渣粉粉煤灰,水化后期掺合料结 合水的能力大小顺序是:矿渣钢渣粉煤灰;矿渣粉完全结合水的能 力最强,其次是钢渣粉,粉煤灰最低;钢渣结束水化的时间最早,粉 煤灰次之,矿渣粉结束水化的时间最长;掺合料复合不仅可以协调掺 合料的水化而且还能相互促进各自的水化。 采用sEM一EDS观察了含钢渣胶凝材料水化产物的微区形貌特征。 结果表明,含掺合料胶凝材料的水化产物形貌与纯硅酸盐水泥的水化 产物形貌比较相似,在较短龄期水化样的孔隙中能明显观察到针状
【学位授予单位】:中国建筑材料科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TU528.2

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 张爱萍;李永鑫;;钢渣复合掺合料配制混凝土的工作性能与力学性能研究[J];混凝土;2006年06期
2 伦云霞;周明凯;陈美祝;;钢渣集料的体积稳定性与工程应用前景[J];矿业快报;2006年04期
3 马保国,许婵娟,蹇守卫,郝先成,董荣珍;钢渣在水泥熟料烧成中的作用及其机理[J];武汉理工大学学报;2005年09期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王信刚;跨江海隧道功能梯度混凝土管片的研究与应用[D];武汉理工大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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2 朱航;钢渣矿粉的制备及其在水泥混凝土中的应用研究[D];武汉理工大学;2006年
3 白建飞;高钙灰、钢渣矿物复合水泥改性技术及性能研究[D];武汉理工大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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2 邢锋,冷发光,冯乃谦,李伟文;高性能混凝土骨料数量效应研究[J];四川建筑科学研究;2001年02期
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7 王元丰,梁亚平;高性能混凝土的弹性模量与泊松比[J];北方交通大学学报;2004年01期
8 金强,徐锦引,高卫波;宝钢新型钢渣处理工艺及其资源化利用技术[J];宝钢技术;2005年03期
9 章耿;;宝钢钢渣综合利用现状[J];宝钢技术;2006年01期
10 王健云,高永钢,周育英;工业纯钛和00Cr25Ni22Mo2不锈钢在酸性介质中的电化学行为[J];北京化工大学学报;2000年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郝挺宇;惠云玲;梅名虎;苏波;;结构混凝土耐久性无损检测技术[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
2 巴恒静;苏安双;;环向约束条件下高强混凝土早期开裂[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
3 缪昌文;刘加平;刘建忠;;外加剂对混凝土耐久性的影响[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
4 唐明;;激光粒度分布仪下超细矿渣粉颗粒群分形特征的快速评价[A];HPC2002第四届全国高性能混凝土学术研讨会论文集[C];2002年
5 李东旭;沈锦林;陈益民;;低钙玻璃态胶凝材料的活化和产物平衡体系的研究[A];吴中伟院士从事科教工作六十年学术讨论会论文集[C];2004年
6 兰明章;张亮亮;;氟硫矿化剂在高C_3S水泥熟料形成中的作用[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
7 宓振军;刘玉环;安树好;郑伟;冯艾东;杨克锐;;钢渣配料对生料易烧性影响的机理研究[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
8 龚学萍;沈晓冬;宦欢;马素花;钟白茜;;用粉煤灰制备高硅硫铝酸盐水泥熟料研究[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
9 罗云峰;樊粤明;卢迪芬;吴笑梅;;水泥熟料中间体的析晶程度对水泥与高效减水剂相容性的影响[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
10 陈胡星;;中热水泥-粉煤灰体系的“贫钙”问题探讨[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冯增朝;低渗透煤层瓦斯抽放理论与应用研究[D];太原理工大学;2005年
2 闵小波;含砷难处理金矿细菌浸出基础理论及工艺研究[D];中南大学;2000年
3 袁群;老化病害混凝土结构质量评估及粘结加固中的基础问题研究[D];大连理工大学;2000年
4 王彤波;基于人工神经网络的可控电解珩磨加工金属去除模型研究[D];大连理工大学;2000年
5 李卓夫;春小麦性状变异非线性特殊征育种作用的研究[D];东北农业大学;2001年
6 何建平;环境与力学因素协同作用下的航空铝合金性能研究[D];南京航空航天大学;2002年
7 刘彦丰;煤粉在高浓度CO_2下的燃烧与气化[D];华北电力大学;2002年
8 马建新;合金化、热处理及磁化处理对AB_5型贮氢电极合金微结构与电化学性能的影响[D];浙江大学;2002年
9 胡建勤;高性能混凝土抗裂性能及其机理的研究[D];武汉理工大学;2002年
10 赵尚传;钢筋混凝土结构基于可靠度的耐久性评估与试验研究[D];大连理工大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 段继周;低碳钢在海底沉积物中的腐蚀行为[D];中国科学院海洋研究所;2000年
2 田育;钢的大气腐蚀预测专家系统[D];长安大学;2000年
3 陈拴发;超快速硬修补材料及其作用机理研究[D];长安大学;2000年
4 李雪;高等级公路稳定细粒土基层性能研究[D];大连理工大学;2000年
5 穆红英;关于外加剂/混合材料对硅酸盐水泥的水化热影响研究[D];大连理工大学;2000年
6 史非;高掺量FS新型胶凝材料及混凝土研究[D];大连理工大学;2000年
7 王晴;索菲高强型陶粒及自释放水源高强混凝土的研究[D];大连理工大学;2000年
8 张卫国;不同窑型水泥颗粒分布对水泥水化机理影响的研究[D];广西大学;2001年
9 刘学庆;热海水中高效铝基牺牲阳极的研制[D];中国科学院海洋研究所;2001年
10 夏笑虹;聚丙烯酸钠的阻垢、缓蚀机理研究[D];湖南大学;2001年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邢锋,冷发光,冯乃谦,李伟文;高性能混凝土骨料数量效应研究[J];四川建筑科学研究;2001年02期
2 吴历斌,颜志勇,江莞;高强高性能混凝土中的集料研究[J];四川建筑科学研究;2002年03期
3 宋晓岚,吴雪兰,王海波,邱冠周;混凝土外加剂及其应用[J];长沙大学学报;2003年04期
4 王振军;何廷树;;缓凝剂作用机理及对水泥混凝土性能影响[J];公路;2006年07期
5 董文辰,康德君,王立久;粉煤灰混凝土中粉煤灰的火山灰效应综述[J];国外建材科技;2004年03期
6 孙南平,祁玲;针、片状集料对水泥混凝土若干性能的影响[J];广西工学院学报;1994年01期
7 吴中伟;混凝土科学技术近期发展方向的探讨[J];硅酸盐学报;1979年03期
8 徐海军,文梓芸;人工碎石骨料的针片含量及基本粒形对泵送混凝土性能的影响[J];混凝土;2001年06期
9 柳俊哲;混凝土碳化研究与进展(1)——碳化机理及碳化程度评价[J];混凝土;2005年11期
10 李志勇;姚佳良;张宇;;关于混凝土抗渗性试验方法的研究[J];混凝土;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈益民;李永鑫;张洪滔;贺行洋;郭随华;张文生;唐润荣;;化学成分和预处理方式对钢渣微粉掺和料活性的影响[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 朱洪波;高钙灰胶凝材料的制备与性能研究[D];武汉理工大学;2005年
2 慕儒;冻融循环与外部弯曲应力、盐溶液复合作用下混凝土的耐久性与寿命预测[D];东南大学;2000年
3 夏春;稳定灌浆新型浆液与复合掺合料水工混凝土[D];四川大学;2002年
4 管学茂;超细高性能灌浆水泥研究[D];武汉理工大学;2003年
5 严捍东;废渣特性及其多元复合对水泥基材料高性能的贡献与机理[D];东南大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁天宇;粗集料对混凝土抗压强度影响的研究[D];重庆大学;2004年
2 叶建雄;掺合料混凝土性能及应用研究[D];重庆大学;2005年
3 王安成;粗骨料架构特性与架构混凝土研究[D];大连理工大学;2006年
4 徐宝维;混凝土抗渗性能及检验方法研究[D];兰州理工大学;2007年
5 宋伟;机制集料对混凝土性能影响的试验研究[D];大连理工大学;2007年
6 刘霞;混凝土高性能掺合料的开发研究[D];西安建筑科技大学;2008年
7 郦建俊;水泥土的强度特性、固结机理与本构关系的研究[D];西安建筑科技大学;2005年
8 毛树标;烟气脱硫石膏综合利用分析[D];浙江大学;2005年
9 陆华;新型软土固化剂的研制及其反应机理研究[D];暨南大学;2006年
10 白敏;钢渣替代细集料配制水泥砂浆的试验研究[D];西安建筑科技大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 胡谋鹏;钢渣工程特性及钢渣路堤模型膨胀变形研究[D];武汉理工大学;2006年
2 白敏;钢渣替代细集料配制水泥砂浆的试验研究[D];西安建筑科技大学;2007年
3 李理弦;SSC绿色胶凝材料的研制[D];广西大学;2007年
4 喻桂林;水泥混凝土增强耐磨剂及其性能研究[D];浙江大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李立森,王彩英;宝钢高炉渣微粉生产工艺及在砼中应用[J];宝钢技术;2000年02期
2 刘伟军,孙庆滨,张维洁,胡仁德;生物质型煤固硫规律的研究[J];动力工程;1999年05期
3 杜伯仁;分形(Fractal)理论及在地学中的应用简介[J];地质科技情报;1991年01期
4 吴少华;钢渣矿渣水泥[J];房材与应用;1994年03期
5 蒲心诚,杨长辉;粉煤灰水泥硬化过程中的火山灰效应[J];房材与应用;1996年04期
6 冯涛,施惠生,俞海勇,范付忠;不同废渣中游离氧化钙水化活性的实验研究[J];粉煤灰;1998年06期
7 任有中,符建;煤焦孔洞的结构特性及其标度理论[J];工程热物理学报;1995年03期
8 沈忠民,冯祖钧;地球科学中分形几何的应用[J];桂林工学院学报;1993年04期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李云峰;王玲;姚燕;林晖;;钢渣掺合料对碱集料反应抑制及有效性评估[J];煤炭学报;2009年10期
2 陈苗苗;冯春花;李东旭;;钢渣作为混凝土掺合料的可行性研究[J];硅酸盐通报;2011年04期
3 张作顺;徐利华;赛音巴特尔;廖洪强;孙鹏辉;郝洪顺;;钢渣矿渣掺合料对水泥性能的影响[J];金属矿山;2010年07期
4 张树青;黄士元;;矿物掺合料自身水硬性及碱激发的机理探讨[J];粉煤灰综合利用;2008年04期
5 陈德玉;谭克锋;;低碱度磨细钢渣混凝土的性能研究[J];西南科技大学学报;2006年03期
6 熊传胜;王伟;朱琦;王亚松;徐尧;方永浩;;以钢渣和粉煤灰为掺合料的水泥基泡沫混凝土的研制[J];江苏建材;2009年03期
7 赵青林;周明凯;Jochen STARK;Ernst FREYBURG;;德国钢渣特性及其在路面工程中的综合利用[J];公路;2006年06期
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10 喻乐华,欧辉,袁玉芬;珍珠岩用作高性能混凝土掺合料研究[J];非金属矿;2001年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 施钟毅;李阳;;再生混凝土的研究与应用[A];建筑新技术研讨会论文集[C];2005年
2 方坤河;;混凝土新型掺合料的研究与应用[A];水工大坝混凝土材料和温度控制研究与进展[C];2009年
3 李章建;张毅科;曹保;李昕成;王树源;朱知花;;机制砂C20远距离泵送混凝土研究和应用[A];中国混凝土进展2010[C];2010年
4 马烨红;吴笑梅;樊粤明;;提高商品混凝土抗折强度的探讨[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
5 董艳萍;陈利刚;唐芸;;金安桥水电站碾压混凝土掺合料优选试验研究[A];庆祝坑口碾压混凝土坝建成20周年暨龙滩200m级碾压混凝土坝技术交流会论文汇编[C];2006年
6 孙振平;蒋正武;王培铭;王玉吉;张冠伦;;商品混凝土中外加剂与水泥/掺合料适应性的研究[A];混凝土外加剂及其应用技术[C];2004年
7 王桂玲;王玉岭;;混凝土应用中的一些问题与思考[A];“全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨2008年混凝土质量专业委员会年会论文集[C];2008年
8 田承宇;;石粉作为掺合料对碾压混凝土性能的影响[A];水工大坝混凝土材料和温度控制研究与进展[C];2009年
9 张德娟;徐虎;郭立伟;刘险峰;;掺加掺合料高强高性能混凝土的材料性能试验研究[A];全国高性能混凝土和矿物掺合料的研究与工程应用技术交流会论文集[C];2006年
10 喻乐华;欧辉;李明华;王凯;钟金如;吴承张;简旺兴;;珍珠岩矿物掺合料及其混凝土轨枕应用研究[A];全国高性能混凝土和矿物掺合料的研究与工程应用技术交流会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 袁缨;钢渣粉成就高性能混凝土[N];中国建材报;2004年
2 本报记者 王杨二;“吃”的是钢渣,“吐”的是土壤改良剂[N];中国质量报;2010年
3 俞国荣(作者单位:杭州万艺建材有限公司);矿粉掺合料在混凝土中的影响和应用[N];中国建材报;2005年
4 本报记者 曹培锋 周迎久;钢渣脱硫实现新突破[N];中国环境报;2010年
5 陈红霞;废旧物资“脱胎换骨”[N];经理日报;2004年
6 中冶集团建筑研究总院环保院固体废物处理利用研究室/朱桂林 孙树杉;钢铁渣高价值利用三种途径[N];中国冶金报;2003年
7 李彦昌;预拌混凝土质量控制要点[N];中国建材报;2007年
8 ;超高性能混凝土合成技术[N];科技日报;2007年
9 张德;广东顺德:质监站组织企业骨干赴深圳取经[N];中华建筑报;2007年
10 杨剑李鹏;高性能混凝土(HPC)在北京奥林匹克公园地下商业工程的应用[N];中华建筑报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李永鑫;含钢渣粉掺合料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究[D];中国建筑材料科学研究院;2003年
2 王强;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[D];清华大学;2010年
3 关少波;钢渣粉活性与胶凝性及其混凝土性能的研究[D];武汉理工大学;2008年
4 彭艳周;钢渣粉活性粉末混凝土组成、结构与性能的研究[D];武汉理工大学;2009年
5 杨文武;海工混凝土抗冻性与抗氯离子渗透性综合评价[D];重庆大学;2009年
6 高礼雄;掺矿物掺合料水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性研究[D];中国建筑材料科学研究院;2005年
7 黎鹏平;胶凝材料组成与钢筋混凝土氯离子腐蚀研究[D];华南理工大学;2010年
8 温小栋;梯度结构混凝土的体积稳定性研究与应用[D];武汉理工大学;2007年
9 李中华;寒冷地区道路混凝土抗盐冻剥蚀性能研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 尚志远;高抗折强度路面混凝土材料组成与路用性能研究[D];长安大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭华勋;多组分掺合料混凝土的早期收缩开裂性能研究[D];山东科技大学;2011年
2 王玲玲;多组分掺合料混凝土力学性能研究[D];山东科技大学;2011年
3 程宇科;掺复合型掺合料高性能混凝土性能的试验研究[D];南京林业大学;2010年
4 万超;复合型掺合料高性能混凝土工作性的研究[D];南京林业大学;2012年
5 刘天成;钢渣高效活化及在绿色建材中的应用[D];中南大学;2008年
6 余远明;安钢钢渣辅助胶凝性的优化研究[D];郑州大学;2010年
7 李倩;钢渣—矿渣基胶凝材料的研究[D];河北科技大学;2012年
8 胡乔思;钒铁渣掺合料物理力学性能及其对混凝土补偿收缩研究[D];南昌大学;2012年
9 徐奎军;不同水热条件下钢渣粉作辅助胶凝材料的水化性能研究[D];湖南科技大学;2012年
10 杨哲;掺合料道路混凝土路用性能研究[D];长安大学;2011年
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