钢渣作为矿物掺合料在混凝土中应用的耐久性问题

我国的钢渣利用率不足40%，将钢渣作为矿物掺合料取代部分水泥，既可以大幅提高钢渣的利用率，又为混凝土行业实现"低碳"经济做出贡献。然而钢渣混凝土的耐久性一直是人们担心的问题，这严重阻碍了钢渣在混凝土中的应用。首先，钢渣中有一些影响其安定性的成分，这些成分会在混凝土硬化后发生反应并引起体积膨胀，有可能将混凝土胀裂。如果钢渣的安定性问题得不到很好的解决，那么在实际工程中任何混凝土搅拌站和施工企业都"不敢用"钢渣。另外，钢渣混凝土的碳化特性和渗透特性等经典耐久性问题也缺乏研究。本项目将系统研究造成钢渣安定性不良的组分的水化特性，提出评价钢渣安定性的指标，对存在安定性不良问题的钢渣提出科学利用的建议。同时，通过研究钢渣对混凝土碳化和渗透性的影响，以及钢渣对复合胶凝材料浆体水化速率、内部碱度和孔结构的影响，揭示钢渣对混凝土碳化和渗透性的影响机理。在此基础上，探讨如何改善钢渣混凝土的耐久性。

如何使钢渣混凝土获得良好的耐久性，是推动钢渣作为矿物掺合料在混凝土中应用的关键问题。本研究针对钢渣中游离CaO、RO相和MgO矿物的水化特性、钢渣的安定性问题、钢渣混凝土的耐久性问题、提高钢渣混凝土耐久性方法等4个方面进行了研究。主要研究结论如下：. （1）强碱性环境和高温能够促进钢渣活性组分的早期水化，但钢渣中的非活性组分（RO和Fe3O4）和MgO矿物的水化程度很低；提高养护温度能够在一定程度上加快了影响安定性的组分的反应，当蒸养温度达到80℃时，能够明显加速游离CaO的反应，破坏钢渣硬化浆体的微结构；高温蒸养对钢渣中RO相和MgO矿物的反应活性影响较小。. （2）钢渣的安定性与其游离氧化钙的含量之间有密切的联系。游离氧化钙在压蒸条件下和标准养护条件下反应所生成的Ca(OH)2均与水泥水化生成的Ca(OH)2有所差异，游离氧化钙生成的Ca(OH)2具有更大的比表面积或体积，容易引发混凝土的膨胀。钢渣的安定性不良是否会引发混凝土微结构的破坏取决于多个因素，包括：钢渣中游离氧化钙的含量、钢渣占胶凝材料总量的比例、混凝土的强度等级等。. （3）在保持水胶比不变的条件下，随着钢渣掺量增大，混凝土的很多性能降低；水胶比较低时，钢渣对混凝土性能的不利影响的程度相对较小。在28 d抗压强度基本相同的情况下，钢渣混凝土的早期强度低于纯水泥混凝土，但后期强度略高于纯水泥混凝土；钢渣混凝土的渗透性、干燥收缩性能及抗碳化性能与纯水泥混凝土相差不大。. （4）在钢渣中掺入少量的硅灰即可以显著提高钢渣的性能（强度和抗氯离子渗透性）。钢渣-超细粉煤灰复合矿物掺合料对混凝土强度的影响与矿渣接近，对混凝土后期渗透性的影响与矿渣接近。钢渣中含Al2O3过高时，会使浆体的流动性保持能力明显降低。. 本研究的成果对于理解钢渣对混凝土耐久性的作用机理和指导钢渣在混凝土中应用起到理论指导的意义。