早强型钢矿渣胶凝材料的制备与性能表征
发布时间：2021-08-22 05:12
以钢渣和矿渣微粉为主要原料,P.O 52.5水泥为碱性激发剂,利用二次混磨方法制备钢矿渣胶凝材料及其胶砂试样,对胶砂试样的力学性能进行表征分析。结果表明:当胶凝材料配料中固定铝硅质原料掺量为4%（质量分数,下同）、钢渣矿渣质量比为1∶1时,胶砂试样各龄期抗压、抗折强度和软化系数随P.O 52.5水泥掺量的增大先增加后降低;P.O 52.5水泥掺量为24%时,胶砂试样各龄期抗压、抗折强度和软化系数均达最大,3 d抗压、抗折强度分别为18.2,4.8 MPa,满足42.5强度等级的矿渣硅酸盐水泥要求;28 d抗压、抗折强度分别为36.8,8.1 MPa,满足32.5强度等级的钢渣矿渣水泥要求。
【文章来源】：安徽工业大学学报(自然科学版). 2020,37(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
钢渣和矿渣的XRD图谱
图5为P.O 52.5水泥掺量对胶砂试样软化系数的影响。从图5可看出，胶砂试样的软化系数随P.O 52.5水泥掺量的增加先增加后降低，并在24%掺入量时达到最大值0.91。这与P.O 52.5水泥掺量对胶砂试样强度影响的变化趋势基本一致。随着P.O 52.5水泥掺量的增加，胶凝体系碱度增加，有利于促进矿渣微粉的火山灰反应及钢渣碱激发后类似水泥熟料的水化反应。水化反应程度的提高和水化产物量的增加在促使试样机械强度提高的同时，软化系数也得到提高。当体系碱度足够，继续增加碱度(即增加P.O 52.5水泥含量)，体系中C—A—H和C—S—H的数量会减少，Ca(OH)2的生成量增加。体系中大量的Ca(OH)2并不能完全被消耗，未反应的Ca(OH)2溶解在水中会降低试样的密实度，甚至破坏胶凝体系的结构。所以P.O 52.5水泥掺入量过大时(>24%)，试样的软化系数反而降低。图4 P.O 52.5水泥掺量对钢矿渣胶凝材料胶砂试样的吸水率影响
图2为P.O 52.5水泥掺量对胶砂试样各龄期抗压强度的影响。由图2可看出：随着P.O 52.5水泥掺量的增加，胶砂试样各龄期的抗压强度先增加后降低，并在P.O 52.5水泥掺量为24%(质量分数，下同)时出现最大；尤其当P.O 52.5水泥掺量从20%增加至24%时，其28 d龄期抗压强度急剧增加，增幅达36%；试样3 d龄期抗压和抗折强度最高分别为18.2,4.8 MPa，满足GB13590—1992中42.5强度等级的钢矿渣水泥要求，试样28 d抗压、抗折强度分别为36.8,8.1 MPa，满足GB13590—1992中32.5强度等级的钢矿渣水泥要求。图3为P.O 52.5水泥掺量对胶砂试样各龄期抗折强度的影响。从图3可看出：随P.O 52.5水泥掺量的增加，胶砂试样各龄期抗折强度也先增加后降低，并在P.O 52.5水泥掺量为24%时出现最大；当P.O 52.5水泥掺量从20%增加至24%时，28 d龄期抗折强度增幅为21%。上述现象与胶凝材料体系中硅酸盐水泥熟料、钢渣、矿渣含量相对变化导致的化学组成变化有关。熟料主要含碱性激发矿物C3S,C3A和C2S；矿渣矿相组成为富Si O2和Ca O的玻璃相[9]，钢渣含类熟料矿物和惰性RO相、以及富Si O2和Ca O的玻璃相[10]。随着熟料(P.O 52.5水泥)的增加，体系中C3S,C3A和C2S的水化除生成C—S—H和C—A—H凝胶外，还会产生大量的Ca(OH)2，导致溶液体系的[OH-]含量提高，p H值增大，对矿渣和钢渣中的玻璃相产生激发作用[11]；生成更多的C—S—H和C—A—H凝胶，致使胶砂试样各龄期的强度尤其是早期强度随P.O 52.5水泥掺量的增加而增大。P.O 52.5水泥中硅酸盐水泥熟料质量分数>80%，可将其视为熟料，当熟料掺量较低时，随熟料掺量的增加，熟料矿物水化不断释放出Ca(OH)2，碱度逐渐上升，加速矿渣中玻璃体的解离，促进水化硅酸钙和其他水化产物的形成[11]。熟料水化提供的碱性环境可有效激发矿渣的活性[12]，从而提升胶凝材料的早期强度；熟料掺量过高时，熟料水化使水化初期溶液中的Ca2+浓度迅速达到饱和，难以被矿渣及时消耗。在熟料水化提供的高碱度环境下，富含二价金属阳离子的位置处，液相会达到氢氧化钙结晶的溶度积，析出的氢氧化钙会逐渐包裹钢渣颗粒，致使反应进展缓慢，胶砂试样的强度难以逐步提高[13]。综上所述，P.O 52.5水泥中的熟料不仅提供胶凝材料的水化矿物，且起到调整液相碱度、激发钢矿渣活性的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿渣-钢渣-石膏体系早期水化反应中的协同作用[J]. 李颖,吴保华,倪文,牟欣丽. 东北大学学报(自然科学版). 2020(04)
[2]我国钢渣混凝土的性能研究及应用进展[J]. 刘金玉,王成刚,黄侠,袁泉. 工程与建设. 2019(05)
[3]钢渣分相熟料研究与应用进展[J]. 张笛,杨义,黄小青,梁景怀,沈卫国,邓玉莲. 新世纪水泥导报. 2019(05)
[4]复合激发剂对钢渣-矿渣基胶凝材料性能的影响[J]. 宋月,林娜,马彦伟,杨磊,申星梅,郑翠红,檀杰. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[5]钢渣粉-水泥复合体系水化热及动力学研究[J]. 高志扬,王圣文,吕兴栋,李响,蒋科. 长江科学院院报. 2018(12)
[6]碱激发钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能研究[J]. 彭小芹,刘朝,李三,蒋雁,曾路. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(06)
[7]钢渣粉取代矿渣粉配制水泥混凝土的试验研究[J]. 韩长菊,张育才,周惠群,宋华,施绍云. 混凝土与水泥制品. 2014(08)
[8]水泥–矿渣复合胶凝材料中矿渣的水化特性[J]. 刘仍光,阎培渝. 硅酸盐学报. 2012(08)
[9]钢渣复合激发剂的实验研究[J]. 朱伶俐,赵宇. 硅酸盐通报. 2010(05)
[10]钢渣碳化机理研究[J]. 常钧,吴昊泽. 硅酸盐学报. 2010(07)
博士论文
[1]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
硕士论文
[1]转炉钢渣矿物相的研究[D]. 黄瑞涛.西安建筑科技大学 2018
本文编号：3357071
【文章来源】：安徽工业大学学报(自然科学版). 2020,37(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
钢渣和矿渣的XRD图谱
图5为P.O 52.5水泥掺量对胶砂试样软化系数的影响。从图5可看出，胶砂试样的软化系数随P.O 52.5水泥掺量的增加先增加后降低，并在24%掺入量时达到最大值0.91。这与P.O 52.5水泥掺量对胶砂试样强度影响的变化趋势基本一致。随着P.O 52.5水泥掺量的增加，胶凝体系碱度增加，有利于促进矿渣微粉的火山灰反应及钢渣碱激发后类似水泥熟料的水化反应。水化反应程度的提高和水化产物量的增加在促使试样机械强度提高的同时，软化系数也得到提高。当体系碱度足够，继续增加碱度(即增加P.O 52.5水泥含量)，体系中C—A—H和C—S—H的数量会减少，Ca(OH)2的生成量增加。体系中大量的Ca(OH)2并不能完全被消耗，未反应的Ca(OH)2溶解在水中会降低试样的密实度，甚至破坏胶凝体系的结构。所以P.O 52.5水泥掺入量过大时(>24%)，试样的软化系数反而降低。图4 P.O 52.5水泥掺量对钢矿渣胶凝材料胶砂试样的吸水率影响
图2为P.O 52.5水泥掺量对胶砂试样各龄期抗压强度的影响。由图2可看出：随着P.O 52.5水泥掺量的增加，胶砂试样各龄期的抗压强度先增加后降低，并在P.O 52.5水泥掺量为24%(质量分数，下同)时出现最大；尤其当P.O 52.5水泥掺量从20%增加至24%时，其28 d龄期抗压强度急剧增加，增幅达36%；试样3 d龄期抗压和抗折强度最高分别为18.2,4.8 MPa，满足GB13590—1992中42.5强度等级的钢矿渣水泥要求，试样28 d抗压、抗折强度分别为36.8,8.1 MPa，满足GB13590—1992中32.5强度等级的钢矿渣水泥要求。图3为P.O 52.5水泥掺量对胶砂试样各龄期抗折强度的影响。从图3可看出：随P.O 52.5水泥掺量的增加，胶砂试样各龄期抗折强度也先增加后降低，并在P.O 52.5水泥掺量为24%时出现最大；当P.O 52.5水泥掺量从20%增加至24%时，28 d龄期抗折强度增幅为21%。上述现象与胶凝材料体系中硅酸盐水泥熟料、钢渣、矿渣含量相对变化导致的化学组成变化有关。熟料主要含碱性激发矿物C3S,C3A和C2S；矿渣矿相组成为富Si O2和Ca O的玻璃相[9]，钢渣含类熟料矿物和惰性RO相、以及富Si O2和Ca O的玻璃相[10]。随着熟料(P.O 52.5水泥)的增加，体系中C3S,C3A和C2S的水化除生成C—S—H和C—A—H凝胶外，还会产生大量的Ca(OH)2，导致溶液体系的[OH-]含量提高，p H值增大，对矿渣和钢渣中的玻璃相产生激发作用[11]；生成更多的C—S—H和C—A—H凝胶，致使胶砂试样各龄期的强度尤其是早期强度随P.O 52.5水泥掺量的增加而增大。P.O 52.5水泥中硅酸盐水泥熟料质量分数>80%，可将其视为熟料，当熟料掺量较低时，随熟料掺量的增加，熟料矿物水化不断释放出Ca(OH)2，碱度逐渐上升，加速矿渣中玻璃体的解离，促进水化硅酸钙和其他水化产物的形成[11]。熟料水化提供的碱性环境可有效激发矿渣的活性[12]，从而提升胶凝材料的早期强度；熟料掺量过高时，熟料水化使水化初期溶液中的Ca2+浓度迅速达到饱和，难以被矿渣及时消耗。在熟料水化提供的高碱度环境下，富含二价金属阳离子的位置处，液相会达到氢氧化钙结晶的溶度积，析出的氢氧化钙会逐渐包裹钢渣颗粒，致使反应进展缓慢，胶砂试样的强度难以逐步提高[13]。综上所述，P.O 52.5水泥中的熟料不仅提供胶凝材料的水化矿物，且起到调整液相碱度、激发钢矿渣活性的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿渣-钢渣-石膏体系早期水化反应中的协同作用[J]. 李颖,吴保华,倪文,牟欣丽. 东北大学学报(自然科学版). 2020(04)
[2]我国钢渣混凝土的性能研究及应用进展[J]. 刘金玉,王成刚,黄侠,袁泉. 工程与建设. 2019(05)
[3]钢渣分相熟料研究与应用进展[J]. 张笛,杨义,黄小青,梁景怀,沈卫国,邓玉莲. 新世纪水泥导报. 2019(05)
[4]复合激发剂对钢渣-矿渣基胶凝材料性能的影响[J]. 宋月,林娜,马彦伟,杨磊,申星梅,郑翠红,檀杰. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[5]钢渣粉-水泥复合体系水化热及动力学研究[J]. 高志扬,王圣文,吕兴栋,李响,蒋科. 长江科学院院报. 2018(12)
[6]碱激发钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能研究[J]. 彭小芹,刘朝,李三,蒋雁,曾路. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(06)
[7]钢渣粉取代矿渣粉配制水泥混凝土的试验研究[J]. 韩长菊,张育才,周惠群,宋华,施绍云. 混凝土与水泥制品. 2014(08)
[8]水泥–矿渣复合胶凝材料中矿渣的水化特性[J]. 刘仍光,阎培渝. 硅酸盐学报. 2012(08)
[9]钢渣复合激发剂的实验研究[J]. 朱伶俐,赵宇. 硅酸盐通报. 2010(05)
[10]钢渣碳化机理研究[J]. 常钧,吴昊泽. 硅酸盐学报. 2010(07)
博士论文
[1]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
硕士论文
[1]转炉钢渣矿物相的研究[D]. 黄瑞涛.西安建筑科技大学 2018
本文编号：3357071
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