钢渣的安定性和提高其在混凝土中活性的研究

钢铁工业废弃物钢渣年产生量大，但因其活性差、早期强度低，存在安定性问题一直未能实现大掺量大规模利用,因此必须解决钢渣活性差、水化后体积膨胀的缺点。本研究的内容是钢渣的基本性质与其活性、安定性之间关系的明晰，找出影响钢渣活性的因素，明晰钢渣早期强度低的原因，确定钢渣中游离氧化镁和游离氧化钙的测定方法，明晰钢渣和钢渣在混凝土中的水化膨胀机理，钢渣粉成分、比表面积和粒度分布对其活性的影响机理和规律；各类活性激发剂对钢渣活性的影响，建立钢渣安定性评价方法和标准的数学模型，开发出高效的钢渣早强激发剂；解决钢渣粉、钢渣和矿渣复合粉配制混凝土的合理掺量、所配混凝土的工作性能和耐久性能。为钢渣粉、钢渣和矿渣复合粉大掺量应用提供依据，为配制出性能良好的钢渣细集料混凝土提供依据，提高钢铁工业固体废弃物资源化的利用水平，符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要》环境领域的"综合治污与废弃物循环利用"优先主题规定。

本文研究钢渣的物相组成及活性，钢渣中游离氧化镁和氧化钙含量的测定，不同养护方法对钢渣和掺钢渣复合胶凝材料的水化过程。取得成果为：钢渣组成决定其早期活性较水泥差，28d前水化速率远小于水泥，28d后增大，360d非挥发水含量为16.21%。钢渣水化放热速率2h内大于水泥，2h后大幅下降，50h后接近零。标准养护钢渣水化产物主要为水化硅酸钙、氢氧化钙和钙矾石，惰性RO相等。CaO•aFeO1.5•bMnO2体系的三组分f-CaO中存在的相不同，有CaO、Ca2Fe2O5和Ca3Fe1.5Mn1.5O8；其中CaO常温36h即完全水化；Ca2Fe2O5和Ca3Fe1.5Mn1.5O8压蒸3h仅部分水化，抑制了CaO水化活性，它们水化反应固相体积膨胀率分别为43%和52%，在f-CaO中分别呈枝状和无规则分布。二是发现用乙二醇－EDTA滴定结合差热分析法测定钢渣中f-CaO含量；碳化法测定钢渣中活性氧化镁含量；氯化铵－乙二醇－乙醇测定钢渣中游离氧化镁含量。三是随钢渣掺量的增加，钢渣水泥复合胶凝材料的早期水化放热速率降低，放热量减少。钢渣掺量0%、20%和30%时，复合胶凝材料水化由晶体成核与晶体生长到相边界反应再到扩散反应。掺15%、30%、45%和60%钢渣的复合胶凝材料3d活性指数为0.82、0.67、0.33、0.03，90d为0.94、0.86、0.66、0.24。掺5%纳米二氧化硅的复合胶凝材料3d、7d和28d抗压强度分别提高48.5%、45.4%和30.7%；掺3%碳酸钙和2%CaSO4•2H2O的3d和28d抗压强度提高59.9%和17.8%。掺玻璃纤维或玄武岩纤维复合胶凝材料压蒸膨胀率减小29.36%。四是掺30%钢渣高温养护3d的复合胶凝材料中化学结合水量和Ca(OH)2含量比标准养护提高40.6%和25.0%；60℃碳化7h养护其3d、7d和28d抗压强度提高63.94%、25.55%和11.79%。30%预碳化处理钢渣粉制备的胶凝材料3d非挥发水含量是未碳化的2.2倍，胶凝材料28d化学结合水量增加18.18%；3d，7d，28d抗压强度增加25.51%，21.55%和5.83%，对应的抗折强度增加18.90%，16.01%和10.91%；试件膨胀率减少71.64%。碱性养护钢渣硬化浆体7d、28d抗压强度高于普通养护，90d，360d低于普通养护。