钢渣-水泥复合胶凝材料水化过程及性能研究

摘要

钢渣和水泥的组成相似，主要氧化物是SiO2和CaO;水硬性胶凝物质主要是C2S、C3S以及C3A。本文主要从水化热角度研究钢渣作为胶凝材料的应用价值，从动力学角度研究其水化控制机制，并且为了增加钢渣在胶凝材料中的含量，研究了安定性和早期强度的改善方法。
　　新余钢渣-水泥复合胶凝材料和水泥的水化放热速率曲线相似，均包括诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期。钢渣加入量分别为20％、30％、40％时，早期水化阶段，钢渣对水泥的水化起抑制作用。钢渣加入量在0％～40％之间，随着钢渣掺量的增加，加速期水化放热速率降低，水化热降低。钢渣能够降低浆体内的热量释放，降低热应力，进而减少裂缝的出现概率。过量钢渣会导致强度降低，钢渣掺量0％～40％范围内，复合胶凝材料水化12h，浆体结构随着钢渣掺量的增加致密度降低。钢渣加入量为40％的净浆，不能硬化成型。钢渣掺量0％、20％、30％时，复合胶凝材料的水化动力学控制机制为结晶成核与晶体生长(NG)→相边界反应(I)-扩散(D)。钢渣掺量40％时，水化过程不符合Krstulovi(c)-Dabi(c)动力学模型。钢渣掺量0％～30％范围内，随着钢渣掺量增加，水化速率常数KNG、KI、KD均逐渐减小。
　　水胶比为0.35、0.45、0.55、0.65时，25％新余钢渣-75％水泥复合胶凝材料随着水胶比的增加，早期水化放热速率降低，后期的水化放热速率差距减小。钢渣和水泥混合形成的复合胶凝材料在水胶比为0.35可以充分水化。水胶比为0.35、0.45、0.55、0.65时，钢渣-水泥复合胶凝材料水化历程均为NG→I→D。增加净浆的水胶比，则KNG、KI、KD均减小，并且净浆结构逐渐变得松散。
　　提高沙钢精炼渣的比表面积能够降低钢渣-水泥复合胶凝材料的净浆膨胀率。在钢渣掺量10％时，与比表面积为454.99 m2·kg-1的钢渣比较，钢渣比表面积为598.43 m2·kg-1的净浆沸煮膨胀率降低了72.14％，压蒸膨胀率降低了51.40％。 SEM分析微观结构，增大钢渣的比表面积，浆体整体结构逐渐致密。灰色关联度分析，在沸煮、压蒸条件下，钢渣掺量与膨胀率的关联度分别为0.7207和0.8225，比表面积与膨胀率的关联度分别为0.6081和0.5536，钢渣掺量对膨胀率的影响程度更大。
　　30％九江钢渣-70％水泥复合胶凝材料的胶砂强度在振实时间160 s时，振实充分，并且3d和7d抗压强度最高。水胶比为0.40、0.45、0.50和0.55时，胶砂抗压抗折强度随着水胶比的增加而降低。灰色关联度分析得知，相较于振实时间，水胶比对于胶砂抗压抗折强度的影响更大，因此为了提高钢渣的掺量，可以在降低水胶比的前提下，选择合适的振实时间。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 钢渣的产生和利用现状

1．2 钢渣的组成

1．3 钢渣的分类

1．4 钢渣的处理方法

1．5 钢渣在应用中存在的问题

1．5．1 早期强度低

1．5．2 安定性差

1．6 钢渣的早期强度及安定性改善方法

1．6．1 提高早期强度的方法

1．6．2 安定性的改善方法与评价

1．7 钢渣的应用途径

1．7．1 用作胶凝材料替代部分水泥

1．7．2 用作生产水泥的原料

1．7．3 用作骨料

1．7．4 矿渣钢渣复掺的应用

1．7．5 制备陶瓷

1．7．6 污水处理

1．7．7 吸收二氧化碳

1．7．8 11 ?-托勃莫来石的制备

1．7．9 脱硫作用

1．7．10 在农业领域的应用

1．8 本课题的研究目的和意义

1．9 本课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器

2．3 样品的制备方法

2．3．1 钢渣的粉磨

2．3．2 测定膨胀率的样品制备

2．3．3 钢渣-水泥复合胶凝材料胶砂试样的制备

2．4 性能测试方法

2．4．1 钢渣比表面积

2．4．2 SEM和XRD

2．4．3 钢渣-水泥复合胶凝材料净浆水化热

2．4．4 钢渣-水泥复合胶凝材料净浆膨胀率

2．4．5 钢渣-水泥复合胶凝材料胶砂抗压抗折强度

2．5 实验方案

2．5．1 研究钢渣-水泥复合胶凝材料水化过程的实验方案

2．5．2 研究钢渣-水泥复合胶凝材料安定性的实验方案

2．5．3 研究钢渣-水泥复合胶凝材料胶砂强度的实验方案

第三章 钢渣-水泥复合胶凝材料的水化过程研究

3．1 引言

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 新余钢渣组成

3．2．2 不同钢渣掺量的钢渣-水泥复合胶凝材料的水化过程

3．2．3 不同水胶比的钢渣-水泥复合胶凝材料的水化过程

3．3 小结

第四章 钢渣比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料安定性的影响

4．1 引言

4．2 实验结果与讨论

4．2．1 沙钢精炼渣的组成

4．2．2 钢渣粉磨特性

4．2．3 不同比表面积的钢渣的微观形貌

4．2．4 钢渣掺量及比表面积对钢渣-水泥净浆膨胀率的影响

4．2．5 钢渣-水泥净浆膨胀率灰色关联度分析

4．2．6 钢渣-水泥净浆微观形貌

4．3 小结

第五章 不同振实时间和水胶比的钢渣-水泥复合胶凝材料胶砂强度研究

5．1 引言

5．2 实验结果与讨论

5．2．1 九江钢渣的组成

5．2．2 水胶比对胶砂强度的影响

5．2．3 振实时间对胶砂强度的影响

5．2．4 灰色关联度分析

5．3 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果和发表的学术论文

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