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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

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马保国,李相国,胡贞武,许婵娟,王信刚;含活性钙工业废弃物对水泥熟料形成的影响[J];铁道科学与工程学报;2005年04期
2 张苹;李秋义;赵铁军;薛向欣;;超细矿渣粉对水泥水化的影响[J];东北大学学报(自然科学版);2010年09期
3 周敏;冯维;李俊;;利用钢渣和粉煤灰研制复合道路硅酸盐水泥的试验研究[J];粉煤灰;2008年01期
4 尚建丽;张凯峰;;钢渣-水泥熟料-石膏胶凝体系稳定性的研究[J];硅酸盐通报;2011年06期
5 王强;阎培渝;;大掺量钢渣复合胶凝材料早期水化性能和浆体结构[J];硅酸盐学报;2008年10期
6 徐勇;张耀君;王亚超;徐德龙;;玄武岩纤维增韧三元地质聚合物的制备[J];化工新型材料;2011年11期
7 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
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10 贺行洋;苏英;熊健民;孙维;竺万发;;人工海水环境中浆状掺合料混凝土抗化学侵蚀性能[J];中国建材科技;2010年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
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1 余远明;安钢钢渣辅助胶凝性的优化研究[D];郑州大学;2010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 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
4 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
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6 李懿;掺复合型掺合料混凝土物理力学性能的研究[D];南京林业大学;2008年
7 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
8 修雨欣;掺合料对高性能道路混凝土抗冻性影响的研究[D];南京林业大学;2012年
9 马鹏;复合型掺合料高性能混凝土抗碳化性能的研究[D];南京林业大学;2012年
10 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
【参考文献】
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6 甄广常,李瑞英;影响钢渣沸石水泥强度诸因素的探讨[J];房材与应用;1998年01期
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8 龙腾锐,方芳,郭劲松,成一知;水处理多孔填料的分形特性和分数维[J];中国给水排水;1999年12期
9 周焕海,唐明述,吴学权,许仲梓;碱—矿渣水泥浆体的孔结构和强度[J];硅酸盐通报;1994年03期
10 唐明述,袁美栖,韩苏芬,沈兴;钢渣中MgO、FeO、MnO的结晶状态与钢渣的体积安定性[J];硅酸盐学报;1979年01期
【共引文献】
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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 孟志良,朱峰,周辉,钱觉时;高掺量粉煤灰混凝土的碳化及防止途径[J];四川建筑科学研究;2001年03期
3 殷素红,文梓芸;富钙混凝土与大掺量粉煤灰混凝土耐久性问题的研究思路[J];四川建筑科学研究;2003年04期
4 李果,刘涛,费金新,饶丹,郭兵兵;干湿循环混凝土内钢筋腐蚀加速效应机理的研究[J];四川建筑科学研究;2005年05期
5 刘长坤;吴启凤;;建筑装饰中金属材料的腐蚀研究[J];四川建筑科学研究;2005年06期
6 赵文兰;汤寄予;;自密实混凝土的力学性能研究[J];四川建筑科学研究;2006年02期
7 乔宏霞;何忠茂;刘翠兰;;SO_4~(2-)环境下高性能混凝土耐久性研究[J];四川建筑科学研究;2006年03期
8 华建民;高育欣;;温度作用对混凝土墙体早期开裂的影响分析与计算[J];四川建筑科学研究;2008年02期
9 何娟;;氨基磺酸盐高效减水剂对混凝土耐久性的影响[J];四川建筑科学研究;2008年02期
10 霍世金;尚建丽;;机制砂配制C60高性能混凝土试验研究及工程应用[J];四川建筑科学研究;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑环宇;赖勤志;范立双;安茂忠;;镀锌层无铬钝化工艺的研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 巩城城;马凤山;张亚民;王善飞;刘自成;;基于岩体结构面统计与分维数的岩体质量评价及其在矿山工程中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
3 吴小缓;芦青;黄明;;大掺量粉煤灰生产粉煤灰硅酸盐水泥的成本效益分析[A];2011中国水泥技术年会暨第十三届全国水泥技术交流大会论文集[C];2011年
4 罗朝巍;苏鹏;满露梅;宋宇;张华杰;;利用工业废渣制备绿色胶凝材料的研究[A];2011(昆明)中西部第四届有色金属工业发展论坛论文集[C];2011年
5 张新伟;赵学观;焦维鹏;邵志刚;高连兴;;玉米种子内部机械裂纹扩展模拟及动力学分析[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
6 王明;李庶林;;声发射技术在结构安全监测中的研究与应用概述[A];第六届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2007年
7 许勇;张季超;李伍平;;饱和软土微结构分形特征的试验研究[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
8 郭力;陈堂;;非饱和混凝土中氯离子输运问题的边界元算法[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
9 孟庆娟;高建岭;白玉星;;阻锈剂在石化结构基础中应用的几个问题[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年
10 李智敏;苟先太;金炜东;刘娅;;微地震信号的分形特征[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王桂芳;铝柱撑蒙脱石的制备、结构及其吸附性能研究[D];山东科技大学;2010年
2 王洪芬;涉海抗菌耐蚀性TiO_2复合薄膜的制备及其性能研究[D];中国海洋大学;2010年
3 王爱萍;改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
4 张伟;干湿交替环境中有机涂层失效过程的研究[D];中国海洋大学;2010年
5 文俊强;石灰石粉作混凝土掺合料的性能研究及机理分析[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
6 陈奇;基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究[D];合肥工业大学;2010年
7 陈振宇;基于原子力显微镜和电化学方法的缓蚀剂机理研究[D];华中科技大学;2010年
8 于群;电力系统大停电的自组织临界特性研究[D];中国电力科学研究院;2010年
9 李建新;高温重构对钢渣组成、结构与性能影响的研究[D];华南理工大学;2011年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张龙;有机粉体分形表征与其流动性关系的研究[D];华中农业大学;2010年
2 张文艳;烟气脱硫石膏做水泥缓凝剂的研究[D];河南理工大学;2010年
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6 李新义;红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
7 周国栋;钢筋锈蚀耐久性基础研究[D];郑州大学;2010年
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10 于霖;碱激发矿渣胶凝材料的制备及其性能研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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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 钱七虎,李朝甫,傅德明;隧道掘进机在中国地下工程中应用现状及前景展望[J];地下空间;2002年01期
4 S.NAGAOKA,M.OZEKI,K.IWATA,K.HONDA,T.MORI,S.AKITAYA,M.YAMAMOTO,翟进营;钢架混凝土(SRC)衬砌管片的开发[J];地下空间;2003年04期
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1 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
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3 韩冰;粉煤灰矿粉混凝土配合比设计研究[D];吉林大学;2011年
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【二级引证文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前8条
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5 唐卫军;张作顺;张海滨;赵文娟;;钢铁渣复合粉在混凝土中的应用研究[A];2010年全国能源环保生产技术会议文集[C];2010年
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6 耿健;杂散电流与氯离子共存环境下钢筋混凝土劣化机理的研究[D];武汉理工大学;2008年
7 唐卫军;钢渣矿渣复合微粉对水泥和混凝土性能影响的实验研究[D];中国地质大学(北京);2009年
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9 张同生;水泥熟料与辅助性胶凝材料的优化匹配[D];华南理工大学;2012年
10 张云清;氯化物盐冻作用下混凝土构件的耐久性评估与服役寿命设计方法[D];南京航空航天大学;2011年
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1 余远明;安钢钢渣辅助胶凝性的优化研究[D];郑州大学;2010年
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3 李志坚;攀钢高炉渣地基土的力学特性研究[D];昆明理工大学;2008年
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10 杨刚;生态型钢渣透水混凝土开发项目管理研究[D];上海交通大学;2010年
【二级参考文献】
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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
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4 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
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