以钢铁行业固废为原料的高强高性能混凝土研究

发布时间：2017-12-11 14:02

本文关键词：以钢铁行业固废为原料的高强高性能混凝土研究

【摘要】：钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业,随着钢铁工业的发展和生产力水平的提高,资源、能源的消耗和废弃物排放问题日益严重。钢渣和矿渣是钢铁行业中最具代表性的固体废弃物,利用钢铁行业固废制备高性能混凝土,能够有效解决其难以大宗利用的问题。本文以钢渣、矿渣及脱硫石膏制备胶凝材料,以废石和尾矿砂为骨料,制备全固废高性能混凝土,并对钢渣矿渣的协同水化反应机理开展基础研究。超细粉磨使得钢渣的晶体结构的改变,比表面积增大,能够对钢渣起到机械力活化作用。钢渣粉较为合适的比表面积为560m2/kg。钢渣粉粒度分布具有分形特征,并且与比表面积呈现出线性相关性。CaO或者Na2SO4的掺入能够促进混凝土早期强度的提高,对后期强度和水化反应产物影响不大。利用Krstulovic-Dabic水化动力学模型对全固废胶凝材料的水化反应过程进行模拟。结果表明:在钢渣掺量40%以内,不同钢渣矿渣比例胶凝材料的水化过程均可表示为结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)3个阶段。随着钢渣掺入比例的增加,水化反应的诱导期时间延长,水化产物生成速度变慢。在水化初期NG是控制因素,随着水化程度提高,逐渐转由I控制,最终转变为由D反应。钢渣掺入比例从10%增加至40%的过程中,混凝土的抗压强度呈现出先降低后升高的趋势。当钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏所占的质量百分数依次为40%、48%、12%,比表面积依次为 560m2/kg、580m2/kg、640m2/kg。胶凝材料用量为500kg/m3,水胶比为0.27,PC减水剂用量为胶凝材料的0.4%,砂率为0.37,30℃湿热养护时,可以制备出28d抗压强度达到71.47MPa的混凝土。制备的高性能混凝土耐久性能优良,符合GB/50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的技术要求。钢渣-矿渣-脱硫石膏胶凝材料的水化产物物相中主要包括钙矾石(AFt)、Ca(OH)2、C2S、C3S和RO相。在脱硫石膏的激发作用下,钢渣和矿渣的协同水化反应促进了水化产物的生成,水化产物以钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶为主。反应后期水化产物数量迅速增加。针棒状的AFt晶体穿插于C-S-H凝胶之中,使得硬化浆体的结构更加致密。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU528.31

【参考文献】

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