粒化高炉矿渣胶凝性能的活化及其水化反应机理研究

粒化高炉矿渣是在炼铁过程中产生一种副产品，具有与水泥熟料相似的化学成分和非晶态结构特点。粒化高炉矿渣的产量大、潜在胶凝活性强，目前，主要用于水泥和混凝土的掺合料使用。同时，该类矿渣在新型节能胶凝材料的合成与制备方面具有巨大的应用潜力。本项目拟从不同类型粒化高炉矿渣的成分、微观结构和胶凝活性的差异研究入手，分析影响胶凝活性的关键因素和影响机制；进而采用机械活化、化学活化相结合的方法，查明活化方法和条件对其水化产物和胶凝性能的影响规律，提出不同活化方法和活化条件下水化产物的种类和水化反应机理；通过研究，阐明矿渣的成分和结构、活化方法、以及水化产物之间的内在联系，提出粒化高炉矿渣胶凝性能的活化机理和控制方法，进一步发展矿渣基胶凝材料的合成理论，为节能型胶凝新材料的开发提供理论依据。

本研究通过对影响矿渣胶凝活性的关键因素及影响机制研究、机械及化学活化条件和活化机理研究，阐明了影响高炉矿渣原料的性能、活化方法和水化产物之间的内在联系，提出其胶凝活性的控制方法和机理，为新型高炉矿渣基胶结材料的合成和应用提供理论依据。.研究表明，粒化高炉矿渣是以Si、Al、Ca、Mg的氧化物为主要成分的玻璃体物质，具有潜在的胶凝性能，细度是影响其胶凝性能的主要因素，含Al2O3较高的矿渣，活性较好；CaO是矿渣有效的碱性激发剂，在较低用量下即可有效激发矿渣的胶凝活性；碳酸钠是石灰活化矿渣的有效早强剂，采用矿渣:石灰:碳酸钠=100:10:6配比的胶凝材料的净浆强度明显高于普通32.5水泥；采用XRD、TG-DTA、SEM-EDS等分析手段研究结果表明，矿渣胶凝材料的水化产物和普通硅酸水泥有明显不同，物相以隐晶质为主，主要成份为低钙硅比C-S-H(Ⅰ)、C4AH以及少量的SiO2凝胶，而且随着水化反应时间的延长，早期生成的高钙硅比C3SH和C2SH逐渐转化为低钙硅比的C-S-H(Ⅰ)。