刘建忠[1]2001年在《钢渣活性粉末混凝土的研究及其应用探讨》文中进行了进一步梳理活性粉末混凝土是一种超高强、低脆性、耐久性优异并具有广阔应用前景的新型水泥基材料。由于活性粉末混凝土的配制成本太高，限制了其应用的推广。本文作者针对我国的原材料情况，在国内外的研究成果的基础上，立足于降低活性粉末混凝土的配制成本和提高钢渣的利用水平，使用风淬钢渣代替石英砂作集料来配制活性粉末混凝土进行了试验研究。 本文首先讲述了风淬钢渣的性质及其体积稳定性，指出风淬钢渣具有良好的物理和化学性能，适合于作集料来配制混凝土；同时从理论上分析并通过试验验证表明，由于风淬钢渣中游离CaO含量很低，而MgO主要以RO相形式存在，不存在体积安定性不良的问题。 其次，作者主要对钢渣活性粉末混凝土配制及其性能进行了试验研究，结果表明：(1)胶砂比为1:1，硅灰掺量为15％，钢纤维掺量为4％时所配制的活性粉末混凝土的综合性能比较理想。(2)钢渣的物理性能对钢渣活性粉末混凝土的性能影响较大，非球状钢渣有利于强度的提高，球状钢渣有利于提高流动性，而化学性能的影响不大。(3)水胶比是影响其性能最为关键因素之一，随着水胶比的降低，流动性下降和强度的提高都很明显；掺入4％的钢纤维对流动性的影响比较明显，同时也不同程度地提高了强度；热养护有利于强度的提高，经热水养护后放置水中至28天龄期，其强度有较大提升，并没有出现强度倒缩现象。(4)水胶比为0.18时所配制的钢渣活性粉末混凝土，28天抗折和抗压强度分别达21.61MPa和141.2MPa，弹性模量为51.1GPa，56天所测的干缩为430×10~（-6），其中自收缩达400×10~（-6），具有优越的抗渗性能和耐磨性能，但脆性较大：而掺入4％的钢纤维，不仅提高了强度和弹性模量，还减少了干缩和自收缩，也大大改善了脆性。 最后，作者探讨了钢渣活性粉末混凝土在工程和生产制品中的应用，指出钢渣活性粉末混凝土是有非常广阔应用前景的新型的超高强水泥其复合材料。
卓柯先[2]2016年在《环保钢渣混凝土轴压力学性能试验研究》文中研究说明钢渣作为一种炼钢废弃物,不仅侵占土地,而且污染环境。如能将钢渣加工成钢渣粉末、钢渣细骨料、钢渣粗骨料等材料加入到混凝土中,不但能减缓钢渣造成的环境压力,而且能带来经济效益。为此,本文以普通强度混凝土和高强混凝土为基体,通过分别掺入钢渣粉末、钢渣细骨料、钢渣粗骨料来制备混凝土并进行轴压力学性能试验,研究在不同掺量下钢渣粉末、钢渣细骨料、钢渣粗骨料对混凝土破坏形态、应力-应变曲线、轴心抗压强度、膨胀系数、弹性模量、延性等的影响。总结本文主要研究工作和研究结果如下：(1)钢渣粉末：本文对钢渣粉末9种掺量(0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%,35%,40%)的混凝土(包含普通强度和高强混凝土)进行了轴压试验研究。研究结果表明：1)对于钢渣粉末普通强度混凝土,随着钢渣粉末掺量的增加,混凝土破坏时的裂缝增多,应力-应变曲线趋缓,抗压强度先增加后降低,膨胀系数显着增加,弹性模量明显下降,延性先增加后降低；2)对于钢渣粉末高强混凝土,随着钢渣粉末掺量的增加,混凝土破坏时的裂缝增多,应力-应变曲线趋缓,抗压强度显着下降,膨胀系数显着增加,弹性模量明显下降,延性持续降低；3)造成上述影响的原因可能在于,虽然钢渣粉末具有一定的活性成分,但并非胶凝材料,大量替代水泥会导致参与水化反应的胶凝材料减少,从而影响轴压力学性能。同时,钢渣粉末中的有害物质对混凝土安定性有影响,进而影响强度；4)低掺量的钢渣粉末可用于普通强度混凝土,但高掺量不宜使用,而钢渣粉末不适用于高强混凝土。(2)钢渣细骨料：本文对钢渣细骨料9种掺量(0%,10%,20%,30%,40%,60%,80%,100%)的混凝土(包含普通强度和高强混凝土)进行了轴压试验研究。研究结果表明：1)对于钢渣细骨料普通强度混凝土,随着钢渣细骨料掺量的增加,混凝土破坏时的裂缝增多,应力-应变曲线趋缓,弹性模量略有下降,抗压强度、膨胀系数和延性会有波动,但均不低于不掺钢渣细骨料的普通混凝土；2)对于钢渣细骨料高强混凝土,随着钢渣细骨料掺量的增加,混凝土破坏时的裂缝增多,应力-应变曲线先趋缓后陡峭,延性先提高后降低,抗压强度、膨胀系数和弹性模量会有波动,但波动在合理范围内；3)造成上述影响的原因可能是由于钢渣细骨料掺入导致的泌水增加和水化反应增强这两方面共同作用的结果；4)从经济和环保的角度,掺钢渣细骨料替代天然细骨料生产普通强度混凝土和高强混凝土是可行并值得推荐的。(3)钢渣粗骨料：本文对钢渣粗骨料9种掺量(0%,10%,20%,30%,40%,60%,80%,100%)的混凝土(包含普通强度和高强混凝土)进行轴压试验研究。研究结果表明：1)对于钢渣粗骨料普通强度混凝土,随着钢渣粗骨料掺量的增加,混凝土破坏时的裂缝增多,应力-应变曲线趋缓,抗压强度、膨胀系数、弹性模量和延性波动提高；2)对于钢渣粗骨料高强混凝土,随着钢渣粗骨料掺量的增加,混凝土破坏时的裂缝增多,应力-应变曲线先陡峭后趋缓,抗压强度大幅波动下降,膨胀系数和弹性模量波动上升,延性大幅波动；3)造成上述混凝土各项性能波动的原因可能是由于钢渣掺入导致的泌水增加和水化反应增强这两方面共同作用的结果,尤其是泌水对高强混凝土的性能影响更大；4)从经济和环保的角度,掺钢渣粗骨料替代天然粗骨料生产普通强度混凝土是可行并值得推荐的；但对于生产高强混凝土,在解决泌水问题之前,钢渣粗骨料不建议使用。
赵苏政[3]2008年在《掺复合型掺合料混凝土的耐久性研究》文中进行了进一步梳理随着我国大规模建设基础设施,水泥混凝土研究与应用技术得到较快发展。而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,已成为水泥混凝土研究的一个重要内容。本文通过将磨细钢渣粉、磨细矿渣粉和粉煤灰配制成复合型掺合料,取代水泥配制成混凝土,对混凝土的抗压强度和耐久性能进行研究。本文的主要工作及取得成果包括如下几个方面。1、研究了,复合型掺合料的取代量、掺合料比例、水胶比和减水剂用量与混凝土强度的关系。研究结果表明减水剂掺量为1.6%、水胶比为0.39～0.42的条件下,复合型掺合料取代水泥量以30%为最佳。在掺合料中,钢渣粉、矿渣粉和粉煤灰叁者的比例1:2:1为最佳。2、氯离子渗透试验研究了,掺合料掺量及龄期对混凝土强度的影响。随着掺合料掺量的增加混凝土的抗氯离子渗透能力有着明显的改善。普通混凝土用28天作为评价龄期是合理的,而掺复合型掺合料混凝土采用45天作为评价龄期较为合理。3、通过混凝土碳化试验研究了掺复合型掺合料混凝土的碳化规律。普通混凝土的抗碳化性能要好于掺磨细钢渣粉复合掺合料混凝土,对掺复合型掺合料混凝土的抗碳化能力,在掺合料掺量在30%时效果较好,随着掺合料掺量的增加,抗碳化能力下降。4、抗渗试验结果表明,掺复合型掺合料混凝土的抗渗透能力要强于普通混凝土。当掺合料取代量为50%时效果最好。掺入复合型掺合料的混凝土的干缩性能要优于普通混凝土。5、通过腐蚀试验研究了复合型掺合料对混凝土抵抗盐腐蚀能力的影响。掺复合型掺合料的取代量为40%时,混凝土抵抗盐溶液的能力较好,掺合料比例在1:1:1时较好。
肖江帆[4]2013年在《常规工艺下超高性能混凝土的制备及性能研究》文中指出超高性能混凝土(UHPC)作为一种性能优异的水泥基材料，已经得到广泛的关注。由于存在成本偏高、工艺较复杂、收缩较大以及缺乏完备规范等问题，使其在工程应用方面仍然受到限制。本文的研究立足于采用常规工艺制备的超高性能混凝土，重点分析了常用原材料组成对超高性能混凝土流动性、强度性能以及自收缩、干燥收缩等变形性能的影响，研究结果表明：水胶比是影响UHPC各项性能的最主要的因素。随着水胶比增大，UHPC新拌物流动性显着增加，硬化后试件的强度逐渐减小，同时试件自收缩值显着减小而干燥收缩值明显增大。对于超低水胶比的水泥基材料，自收缩值在总收缩里占主导地位。由于硅灰与高效减水剂共同使用时表现出来的复合减水效果，随着硅灰掺量的增加，UHPC新拌物的流动性呈现逐渐增大的整体趋势。在标养情况下，硅灰掺量对其强度影响并不大，硅灰掺量从15%变化至25%，抗压强度只变化了不到5MPa。此外，硅灰对UHPC试件变形性能影响显着，随着硅灰掺量的增加，试件自收缩值和干燥收缩值均逐渐增大。石英粉颗粒外形粗糙且不规则，随着其掺量的增加，UHPC新拌物的流动性减小。由于石英粉在常温下不参与化学反应，故UHPC试件强度随着其掺量的增加仅有小幅提升。石英粉掺量对UHPC自收缩的影响表现为，当石英粉掺量过大或较小时，UHPC产生的自收缩均较大，当石英粉掺量位于中间值时，掺量变化对试件自收缩值影响不大；同时，石英粉的掺入对干燥收缩起到了一定的抑制作用。随着石英粉掺量的增加，试件的干燥收缩逐渐减小。砂灰比的增加意味着细集料的增多，随着细集料的增加，包裹集料的浆体相对减少，因此UHPC新拌物流动性逐渐降低。抗折与抗压强度曲线均表明砂灰比为1.0时，试件具有最高的强度。砂灰比的提高对UHPC自收缩及干燥收缩均有一定的抑制作用，不过其对干燥收缩的影响较自收缩更加显着。减水剂掺量对UHPC新拌物的流动性有一定影响，随着减水剂掺量的增加，拌合物的流动性不断提高，不过当其掺量达到2.5%时，继续增加减水剂掺量对流动性的改善效果并不明显。借助全自动压汞仪及同步热分析技术对收缩试件孔结构及其中Ca(OH)_2的含量进行分析发现，低水胶比的试样不仅总孔隙更低，且小孔(孔径小于20nm)所占的相对比例更高，孔隙结构更加细化。硅灰的掺入有利于细化UHPC孔径结构，且硅灰掺量高的试样中Ca(OH)_2含量低，说明高硅灰掺量的试样火山灰反应的范围更广，消耗了更多的Ca(OH)_2。
李永鑫[5]2003年在《含钢渣粉掺合料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究》文中研究说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着，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着，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?
鲁刘磊[6]2011年在《城市生活污水污泥的活化及其胶凝性能的研究》文中研究指明本文提出了将污泥用于制备矿物掺合料的课题研究,核心工艺为高温煅烧和机械磨细。本文以广州猎德污水处理厂的脱水污泥为研究对象,对污泥的活化及其胶凝性能进行初探,主要研究内容如下：1、研究了污泥在煅烧过程中结构特征的变化。研究表明,污泥的整个煅烧过程中的两个明显失重段180～360℃和380～530℃,分别为有机物的析出和挥发分的燃烧,煅烧后余50%以上的无机灰分；污泥原样中的无机矿物主要为石英、高岭石,煅烧至800℃之前,污泥中矿物主要发生高岭石失水转变为偏高岭石,煅烧至800℃时,X射线衍射峰呈弥散状,为典型的无定型结构衍射峰,矿物由晶态变成了无定形的非晶态,活性提高；SEM分析可知,800℃时污泥灰渣样表面可以看到孔隙和气孔。2、通过水泥胶砂强度实验,研究了污泥的最佳活化工艺。试验表明,不同温度下锻烧的污泥表现出的火山灰活性不同,800℃时污泥的火山灰活性最好；不同保温时间对污泥的火山灰活性有一定的影响,保温时间为2.5h效果最佳；升温时间对污泥的火山灰活性影响很小,取升温时间为30min；粉磨时间对污泥粉末的筛余、比表面积及火山灰活性均有一定影响,粉磨1.0h至比表面积为1342kg/m2时效果最好。因此,污泥的最佳活化工艺为：将干燥污泥经30min升温到800℃的条件下煅烧2.5h后,取出置于空气中自然冷却,再经1.0h粉磨成粉末,称为“污泥粉”。3、研究了污泥粉的物理化学性质。污泥粉粒度分布范围主要在0.5～10μm之间,约占总质量的78%,比水泥颗粒更细,用作掺合料时可产生火山灰效应和微集料填充效应；污泥粉的烧失量、密度和勃氏比表面积分别为2.08%、2.61g/cm3及1342m2/kg。4、检验了污泥粉取代部分水泥后的各项性能指标。(1)随着污泥粉掺量的提高,标准稠度用水量逐渐增加；(2)随着污泥粉掺量的增加,水泥的凝结时间逐渐降低。当掺量为10%～30%时,明显提高了水泥的凝结时间,掺量提高至40%时,初凝时间比空白组的低而终凝时间高于空白组；(3)污泥粉掺量为10%～40%,沸煮安定性均合格；(4)将污泥粉掺入水泥中时会影响水泥和减水剂的相容性,掺量为20%时甚为严重。5、研究了污泥粉掺入水泥中对水泥砂浆强度的影响。试验表明：污泥粉有较强的增强作用,以20%取代水泥时,可使水泥砂浆的抗压强度提高7.03MPa,考虑到掺量为20%会严重影响水泥和减水剂的相容性,宜取掺量为10%。此外,还研究了污泥粉和钢渣粉的复合效果,效果不及单掺污泥粉的,但优于单掺钢渣粉的。6、研究了水泥、污泥粉混合浆体的水化硬化机理。由XRD分析可知,随着污泥粉掺量(0%～30%)的增加,C-S-H凝胶的衍射峰强度逐渐增强而Ca(OH)2的衍射峰强度逐渐减弱,说明污泥粉中的活性组分同Ca(OH)2发生了火山灰反应,生成了C-S-H凝胶,掺量越大,火山灰反应越强烈。此外,钙矾石晶体的衍射峰随着污泥掺量的增加而减弱,电子扫描电镜分析也发现随着污泥粉掺量的越大,浆体结构越密实,越难发现针棒状的钙矾石晶体。7、含污泥粉混凝土的工作性能及力学性能的研究。单掺30%污泥粉混凝土的工作性能明显变差,但其7d抗压强度高于单掺矿渣、钢渣及煤渣的,甚至超过了空白组的；可通过复掺矿渣来改善含污泥粉混凝土的工作性能,但矿渣与污泥粉的复配比例的问题有待进一步研究。
黄兆东[7]2017年在《200MPa级高强人造岩体制作技术研究》文中指出随着机械破岩技术在地下工程中的广泛应用,岩石破碎机理研究迅速成为国内外研究热点。由于现场大体积岩块取样困难,室内人造围岩的研制亟待解决。为此,本文开展了高强人造岩体的制作技术研究,解决了现场大体积岩样难取的问题。首先,通过试样试验对比分析,确定了活性粉末混凝土(简称“RPC”混凝土)最优配合比及最佳的养护制度。其次,利用数值模拟方法,通过研究大体积岩体内部温度应力场分布规律,得到可以减小大体积岩体内部拉应力的有效措施。本文的主要研究成果如下:(1)常压养护条件下试样试验。分别对RPC混凝土配合比设计过程中石英砂的细度模数、减水剂掺量、硅灰与粉煤灰掺量比、砂胶比、水胶比、复合型矿物掺和料掺量和膨胀剂掺量等7个因素进行单因素分析,得到各因素对RPC混凝土的流动性和抗压强度的影响规律。基于上述两种指标,得到常压养护条件下RPC混凝土的最优配合比。(2)不同养护条件下的试样试验。通过研究了4种不同的养护条件下RPC混凝土抗压强度与孔隙率的变化规律得知,高温高压较高温养护条件下,RPC混凝土的抗压强度增长更大(其中水胶比越低,效果越明显),孔隙率减小更多。这说明高温高压养护可以改善了RPC混凝土的微观结构,提高了RPC混凝土的致密性,进而提高自身的抗压强度,据此提出了高温高压的养护制度,并获得了强度可达200MPa的RPC混凝土。(3)数值模拟研究结果表明:1)对比不同尺寸的岩体内部的温度场分布规律,结果表明中等体积岩体无论给定何种外边界,其内部的温度场接近均匀的温度场;而大体积岩体内部存在较大的温度梯度。2)通过对比大体积岩体在升温、温度保持和降温阶段其内部的温度应力场分布规律,得出大体积岩体在降温阶段外表面产生较大的拉应力。3)通过对比分析叁种不同的降温降压方式,结果表明先降温后降压方式能够有效减小大体积岩体内部的最大拉应力值。4)通过对降温降压速率进行控制,得出同时降低降温降压速度可有效减小大体积岩体内部的温度应力的结论。综合全文研究,通过试样实验研究给出了最佳的RPC混凝土配合比,提出了最佳的养护制度,通过数值模拟得到了最优的降温降压路径,对制作大体积无宏观缺陷的高强人造岩体具有指导意义,为实验室开展机械破岩研究提供了前提条件。
赵计辉[8]2015年在《钢渣的粉磨/水化特征及其复合胶凝材料的组成与性能》文中研究表明钢渣是炼钢过程中产生的工业废渣,其每年产生量巨大,但利用率很低,基本处于废弃和堆积状态,造成了环境污染、土地占用和资源浪费。由于钢渣的化学和矿物组成与硅酸盐水泥熟料相似,故将其用于水泥混凝土行业中的潜力很大。然而,钢渣易磨性差、水化活性低和体积不稳定是其叁个重要的缺点或不足,很大程度上限制了钢渣在水泥混凝土行业的推广应用。此外,与研究和应用均很成熟的矿渣相比,有关钢渣的系统性理论研究较少,也是造成钢渣利用率低的重要原因。目前,我国排放的钢渣主要为转炉钢渣,近些年随着钢渣处理技术的提升(尤其近些年广泛采用的热焖处理工艺),使得引起钢渣体积不稳定的因素(游离氧化钙和游离氧化镁)得到较大程度的控制和改善,且热焖处理后的钢渣还具有粒度小、易磨等优点,这为钢渣的后续加工及用于水泥混凝土行业创造了良好的条件。为此,本文以转炉热焖钢渣为研究对象,从钢渣微粉的制备、自身胶凝性及其在水泥基材料中的应用性能等方面入手,对钢渣的粉磨性能、水化硬化特征及其复合胶凝材料的组成、结构与性能进行了较深入地系统研究。从化学成分、铁矿相、矿物组成、显微形貌、硬度等方面研究了转炉热焖钢渣的矿物特征,结果发现:热焖钢渣的矿物相包括硅酸盐相、RO相、铁钙相、镁蔷薇辉石与钙铁榴石相及少量金属铁相等。钢渣矿物相的显微形貌多种多样,具体为:①黑色的六方板状、树叶状和不规则形状是以O、Si、Ca元素组成的硅酸盐矿物相;②黑色圆形状是以O、Mg、Si、Ca、Fe元素组成的硅酸盐相、镁蔷薇辉石和钙铁榴石的混合相;③填充在矿物之间的不规则形状的灰色矿物是以O、Ca、Fe元素组成的铁钙相或铁酸钙相;④连续分布的浅灰色或近白色不规则状物相是以O、Mg、Ca、Mn、Fe元素组成的RO相;⑤镶嵌在其它矿物之间的白色或光亮色圆粒状矿物主要是Fe元素组成的金属铁相。从钢渣粉的细度、比表面积、休止角及颗粒分布等随粉磨时间的变化规律研究了钢渣的粉磨性能,结果发现:钢渣在粉磨过程中的比表面积与粉磨时间的对数成线性关系,特征粒径与粉磨时间的二次对数成线性关系,并伴随着筛余量先降后升(颗粒团聚)、堆积密度减小和机械力化学效应等特征。钢渣在粉磨前期中的难磨相为铁钙相、RO相和金属铁相,而在粉磨后期中的难磨相主要为金属铁相。研究了多种有机物对钢渣的助磨效果和作用规律后发现,有机物对钢渣的作用效果与其掺量、功能基团数量、类型、碳链长度和分子构型等因素有关。具体为:(a)有机物的掺量越大,其对钢渣的总体助磨效果一般越强,并非单分子层理论掺量是最佳的掺量,有机物在双分子层或多分子层理论掺量时,其效果也会缓慢增长,只是带来较高成本,在实际应用中很少采用;(b)有机物功能基团数量对其助磨性能的影响基本遵循如下规律:当羟基数≤3时,含有相同功能基团的同系列有机物的助磨效果一般随功能基团数量的增加而逐渐增强;而对于羟基>3的有机物而言,功能基团数量增多,助磨作用逐渐减弱;(c)不同类型功能基团之间的助磨效果比较为:羟胺基>羟基/羟醚基>羟醛基;(d)不同系列有机物的助磨效果达到最佳时,各自基本对应着一个最佳碳链长度,如一元醇、二元醇的最佳碳链长度就为3;(e)具有异构的空间立体结构有利于提高有机物的助磨性能,如异丙醇胺类有机物的助磨效果优于含有相同种类和数量官能团的乙醇胺类有机物;(f)不同系列有机物的助磨效果比较为:醇胺有机物>二元醇/叁元醇>一元醇>多元羟基有机物,前两类有机物适宜作钢渣助磨剂,而后两类不适宜作钢渣助磨剂;(g)粉磨时间对有机物助磨效果的影响与其掺量有关,一定掺量的某种钢渣助磨剂达到其最佳助磨效果时有一个相应的最佳粉磨时间。从水化热、水化产物、反应程度、胶凝强度、浆体结构和水化动力学方程等方面研究了钢渣粉的水化硬化特征。水化热的研究发现:钢渣也具有与水泥相似的五个水化阶段,但其水化前期(诱导前期+诱导期)的时间较长,第二放热峰值很低,水化放热速率和放热总量均远低于水泥。对钢渣水化产物的研究发现:钢渣+石膏的水化产物为无定形c-s-h凝胶、棒状钙矾石和少量六方板状ca(oh)2组成的疏松结构;纯钢渣浆体的水化产物中基本无钙矾石。对反应程度和强度的研究发现:钢渣粉浆体的非蒸发水含量和ca(oh)2含量均与养护龄期成幂指数关系,钢渣粉浆体的硬化强度与养护龄期成对数关系。对钢渣水化动力学的研究发现:钢渣粉的水化深度与水化时间的关系在水化初期、中期和后期分别符合线性关系、幂指数关系和对数关系。粒径大于4.39μm的钢渣颗粒无法在360d内完全水化,在养护360d时,钢渣的水化初期、中期和后期对其水化程度的贡献率分别为37.59%、33.61%和28.80%通过对钢渣-矿渣、钢渣-粉煤灰、钢渣-石英、钢渣-硅灰四种辅助性胶凝材料复合微粉性能的研究发现:钢渣-矿渣复合微粉具有“1+1>2”的复合超迭加效应,钢渣与矿渣能相互促进其水化反应,提高其水化反应程度。钢/矿比为2:3和1:1分别为钢渣-矿渣复合微粉浆体的早期和后期水化硬化性能的最佳配比。从钢渣粉的掺量、粒径分布、作用贡献等角度出发,研究了钢渣粉对钢渣复合硅酸盐水泥性能的影响,结果发现:(a)钢渣粉的掺入使得复合硅酸盐水泥的水化诱导期延长,水化程度和强度降低,孔结构变差;掺量越高,影响越大;且复合硅酸盐水泥强度与钢渣粉掺量符合多项式函数关系。(b)粒径小于32μm的钢渣粉与复合硅酸盐水泥3d、7d、28d抗折强度和7d、28d抗压强度成正关联,而与3d抗压强度呈负关联;钢渣粉16-24μm粒径是与基准水泥匹配的最佳粒径区间。(c)钢渣粉对复合水泥的填充效应与其粒径有关,粒径越小,其物理和化学填充作用均越强。(d)钢渣粉对复合水泥的化学作用和水化程度的贡献率随其掺量的增加而增强,且钢渣粉粒径越小,其化学作用越强,反之,作用越弱。(e)钢渣粉对复合水泥强度的贡献率在3d龄期时为负值,在28d龄期时为正值。通过对钢渣-硫铝酸盐水泥(CS—A-SS)、钢渣-铝酸盐水泥(CA-SS)复合胶凝材料的组成与性能的研究发现:钢渣粉掺量较低时,CS—A-SS和CA-SS的各龄期强度和水化程度下降较小,反之,下降显着。钢渣粉使CS—A-SS浆体的孔隙率增大,孔分布变差。而较小掺量的钢渣粉会优化CA-SS浆体的孔分布(提高浆体中<20nm的无害孔含量,并降低20-50nm的有害孔含量),但整体上使CA-SS浆体的孔隙率仍增大。从少量水泥对钢渣水化硬化性能的影响角度研究,结果发现:少量(20%)硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和铝酸盐水泥均能显着提高钢渣的早期胶凝性能,作用大小为:铝酸盐水泥>硫铝酸盐水泥>硅酸盐水泥;但硫铝酸盐水泥和铝酸盐水泥对钢渣后期胶凝性能的提高程度较小,而硅酸盐水泥的后期效果显着,作用大小为:硅酸盐水泥>硫铝酸盐水泥>铝酸盐水泥。从超细粉磨、化学激发剂和热养护对钢渣的活性激发及其复合胶凝材料性能的影响研究发现:(a)超细钢渣微粉能明显提高钢渣的胶凝活性,降低钢渣粉掺量对复合水泥性能的影响,促进钢渣复合水泥的水化硬化过程和反应程度,改善水泥石孔结构。(b)所选的七种化学激发剂均能显着提高钢渣的水化硬化性能,其中效果最好的为Na2SO4和TEA。无机激发剂能提高钢渣复合水泥的早期性能,但会降低后期性能,而有机激发剂对钢渣复合水泥的早后期性能均有提高作用。(c)热养护对钢渣粉及其复合胶凝材料性能的影响与热养护时间有紧密关系,热养护时间越长,对早期性能的提高越有利,但对后期性能可能会产生不良影响,应综合早后期性能需求来选择适宜的热养护时间。基于Fuller分布提出了钢渣-矿渣-水泥叁组分高性能复合水泥(“Fuller-SS-S-C水泥”)的组成模型,即:保持复合水泥的整体颗粒级配符合Fuller分布,但其0-15μm、15-30μm、30-45μm和45-80μm区间的颗粒分别由SS-S-C、C、SS-S和SS组成,并通过改变0-15μm区间内SS-S-C的组成比例来调整“Fulller-SS-S-C水泥”的性能。依据此模型制备的“Fuller-SS-S-C水泥”具有良好的物理、力学性能和致密的浆体结构。
王强[9]2010年在《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》文中研究指明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。
薛东智[10]2015年在《活性粉末混凝土研究进展》文中研究说明活性粉末混凝土具有高强度,高韧性以及高耐久性等优异性能,拥有广阔的应用前景。介绍了活性粉末混凝土的基本组成及性能,总结了国内外学者对活性粉末混凝土的研究成果,为深入研究奠定了基础。
参考文献：
[1]. 钢渣活性粉末混凝土的研究及其应用探讨[D]. 刘建忠. 重庆大学. 2001
[2]. 环保钢渣混凝土轴压力学性能试验研究[D]. 卓柯先. 广东工业大学. 2016
[3]. 掺复合型掺合料混凝土的耐久性研究[D]. 赵苏政. 南京林业大学. 2008
[4]. 常规工艺下超高性能混凝土的制备及性能研究[D]. 肖江帆. 湖南大学. 2013
[5]. 含钢渣粉掺合料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究[D]. 李永鑫. 中国建筑材料科学研究院. 2003
[6]. 城市生活污水污泥的活化及其胶凝性能的研究[D]. 鲁刘磊. 暨南大学. 2011
[7]. 200MPa级高强人造岩体制作技术研究[D]. 黄兆东. 中国矿业大学. 2017
[8]. 钢渣的粉磨/水化特征及其复合胶凝材料的组成与性能[D]. 赵计辉. 中国矿业大学(北京). 2015
[9]. 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]. 王强. 清华大学. 2010
[10]. 活性粉末混凝土研究进展[J]. 薛东智. 江西建材. 2015
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