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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

  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?……   
[关键词]:钢渣粉;水泥混凝土掺合料;组成;微结构;胶凝性能;耐久性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国建筑材料科学研究院2003年