大掺量矿渣胶凝材料研究

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大掺量矿渣粉混凝土抗碳化性能的研究

⑥
２０１３Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．
大掺量矿渣粉混凝土抗碳化性能的研究
丁红霞刘森忠陈烨高蔚
（南昌大学科学技术学院，南昌３３００２９；长沙建筑工程学校，长沙４１０００４）
摘
要
研究了用５０％和７０％（质量分数）矿渣粉替代硅酸盐水泥对混凝土力学性能和抗碳化性能的影响，对混凝土的碳化
第１３卷
第４期２０１３年２月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ１．１３Ｎｏ．４Ｆｅｂ．２０１３
１６７ｌ一１８１５（２０１３）０４ — １０６８ — ０５
ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
了起到节约能源保护环境的作用之外，已经成为混
凝土高性能化的关键技术和必不可少的组分之一，而矿渣粉又因其相对较高的活性被广泛应用于各行业的混凝土结构工程中。在大掺量掺合料情况下，混凝土除了要满足力学性能要求和施工工艺要求之外，其耐久性的问题更是得了普遍的关注，比如由于钢筋的锈蚀导致钢筋混凝土结构过早劣化
（６）减水剂：ＦＤＮ高效减水剂。
１．２试验方法
１．２．１混凝土物理力学性能测定

大掺量辅助胶凝材料自密实混凝土的试验研究

大掺量辅助胶凝材料自密实混凝土的试验研究
苏登成，颜炳波，王玲 ‘ ，谢华１７张问屯。
（１．苏州中材建设有限公司，江苏苏州２１５３００；２．华南理大学材料科，：：学院，ｒ东Ｊ州５１０６４０）
ａｒｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗ，ｔｈｅｌａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆＳＣＣｗｉｔｈｈｉｇｈＳＣＭａｒｅｃｈ）ｓｅｔｏｏｒｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＳＣＣｐｒｅｐａｒｅｄｂｙＰｏｒｔ —
苏登成，等：大掺量辅助胶凝材料自密实混凝土的试验研究
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中图分类号：ＴＱHale Waihona Puke ７８文献标志码：Ａ
文章编号：１００７ — ０３８９（２０１３）Ｏ１ — ７４ — ０４
２ｌ５３００、
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｅｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌ（ＳＣＭ）ｔｏｐｒｏｄｕｃｅｓｅｌｆｃｏｍｐａｃｔｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｃ（ＳＣＣ）ｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｄｅｖｅｌｏｐ —

高强度矿渣胶凝材料抗压强度影响因素的研究

中，可充分发挥其耐热性能，则不仅混凝土的后期强度不会降低，而且混凝土的早期强度也能明显提高，
则会硬化，由于生成较多的氢氧化钙结晶体，从而导
致后期强度发展不。
本文以无水石膏和生石灰作为复合激发剂，研究了矿渣胶凝材料抗压强度的影响因素，并通过正交实验给出了具有最佳性能的配比方案。
石膏：采用南京无水石膏，ＣＳ其ａＯ含量为９．１
６８％
Байду номын сангаас
表Ｉ原料的化学成分／％
成分
矿渣
石灰
ＣＯａ
４．６２１
６．３０５
ＭＯｇ
６７．０
４８．６
ＳＯｉ２
３．９２６
７６．１
Ａ２３ｌ０
１．１５１
料按要求称重再混磨５ｉ、ａｒｎ边加水边搅拌５ｉ、ａｒｎ振实成型３ｉ、养３养护温度为２＇，度 ≥ ａｒｎ静ｈ（０１湿２９％）蒸养６、养（护温度为２＇，度 ≥ ５、ｈ标养０２湿１９％）ｄ７、８测其抗压强度。５至３、ｄ２ｄ抗压强度检验
用所具有的良好性能及其实用价值¨ 。在蒸汽养Ｊ
护条件下硬化的矿渣胶凝材料还有一个重要的优
点，就是随着养护龄期的增长，压强度有明显持续抗增长的趋势。而普通水泥混凝土在蒸汽养护条件下
生石灰：采用工业生石灰，其主要化学成分见
表１。

大掺量矿物掺合料混凝土在大清河下游西河右堤(西河闸段)防洪堤防除险加固工程中的应用研究

采用较低水胶比和特殊施工措施的混凝土。它以耐久性作为设计的主要技术指标，具有良好的和易性（工作性）、强度、适用性、经济性及抗腐蚀性。
中安排对西河船闸上闸首、上源头防浪墙进行拆除重建。
船闸基础采用钢筋混凝土灌注桩，桩径０．８１ＴＩ，
栏县取样溶出型
碳酸型篌蟹缝ＧＢ评５０价２８依７－据１９９９
系洪水进人海河干流的最后一道屏障。西河船闸上闸首由于地面沉降，闸门顶现状高程５．２９４ｍ，挡水高程严重不足；节制闸右岸翼墙与船闸左岸之间有１６４０ｍ长缺Ｉ＝１，堤顶（墙顶）超高较东淀控制运用水位６．４４ｍ以上超高不足１．０ｍ，成为
收稿日期：２０１３ — １２ — ３０
～麓（ｍＬＩｏ１）ｌ＿・／一ｐＨＣ／（ｍｇＯ・ｍＬ：），／（ＬＩＪｇ）・，ＳＬ（０ｍ－４ｇ２）－・，Ｊ嚣皿￣，３Ｊ１、ｔ，
由于氯盐及硫酸盐侵蚀、干湿交替等原因，一些
水工建筑物出现了混凝土开裂、钢筋严重锈蚀等现象，甚至未达到设计使用年限就发生了破坏。为延长工程使用寿命、充分发挥其经济社会效益，需要综合考虑进行混凝土耐久性设计。大掺量矿物掺合料混凝土是指混凝土胶凝材料中含有较大比例的粉煤灰、磨细矿渣等矿物掺合料，
（１．海河水利委员会海河下游管理局，天津

大体积混凝土配合比设计,矿渣粉的掺量

大体积混凝土配合比设计,矿渣粉的掺量大体积混凝土配合比设计中，矿渣粉的掺量是一个关键因素。

以下是一些关于大体积混凝土配合比设计和矿渣粉掺量的基本原则和建议：1. 双掺或三掺技术：可以采用粉煤灰、矿渣粉取代部分水泥，以降低单方混凝土的水泥用量。

这不仅可以降低水化热，减少因混凝土内外温差大而引起的温度裂纹，还可以适当提高矿物掺合料的用量，从而达到降低单方混凝土的水泥水化热量。

2. 混凝土强度和和易性：在保证混凝土强度及和易性的前提下，应尽可能降低混凝土的水胶比，并适当提高矿物掺合料的用量。

3. 矿渣粉的掺量：对于地上结构以及有较高早期强度要求的混凝土结构，矿渣粉的掺量一般为20～30%。

对于地下结构、强度要求中等的混凝土结构，掺量一般为30～50%。

对于大体积混凝土或有严格温升控制的混凝土结构，掺量一般为50～65%。

对于有较高耐久性能要求的特殊混凝土结构（如海工防腐蚀结构、污水处理设施等），掺量可达50～70%。

4. 其他原材料和掺合料：大体积混凝土宜掺用缓凝剂、减水剂。

原材料方面，可以选择P.O42.5水泥，其3d抗压强度为28.0MPa。

5. 限制和建议：粉煤灰掺量不宜大于胶凝材料用量的50％，矿渣粉掺量不宜大于胶凝材料用量的40％。

粉煤灰和矿渣粉的总掺量不宜大于胶凝材料用量的50％。

此外，根据一些研究，水泥掺量对水泥混凝土碳化深度以及电通量的影响量为27.0%～27.8%，而矿渣粉掺量的影响量为60.8%~72.3%。

综上所述，大体积混凝土配合比设计中矿渣粉的掺量不仅与混凝土的性能要求有关，还与所使用的其他原材料和掺合料的比例有关。

在实际工程中，还需要根据具体情况进行试验和调整，以确保混凝土的性能和质量。

矿渣-水泥复合胶凝材料体系水化反应特性的研究

２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｉａｒｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｉｎｒｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｂｅｎｙａｎｇ１１０１６８，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｆｓｌａｇｄｏｓａｇｅｏｎｔｈｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｓｌａｇ－ｃｅｍｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｅｍｅｎｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓｙｓｔｅｍｉｓ
ｈｙｄｒａｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅｎｏｎ — ｅｖａｐｏｒａｂｌｅｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓａｔｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｓｌａｇｄｏｓａｇｅ，ａｎｄｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｓｓｌａｇｄｏｓａｇｅｉｓ３０％．Ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｄｅｃｒｅａｓｅｓａｓｓｌａｇｄｏｓａｇｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒａｔｅｏｆｗｈｉｃｈｉｓｅｖｉｄｅｎｔｌｙｂｅｆｏｒｅ２８ｄａｙｓ，ａｆｔｅｒｔｈａｔｉｔｉｓｌｆａｔｏｒｂｅｃｏｍｅｓｌｏｗ．ＩｔｃａｎｂｅｓｅｅｎｆｒｏｍＳＥＭｔｈａｔ，ｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｓｌｇｄａｏｓａｇｅｂｅｌｏｗ３０％，ｔｈｅｇｅｌ－ｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂｉｎｄｗｉｔｈｃｒｙｓｔｌｓａｗｈｉｃｈｍａｋｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｖｅｒｙｃｏｍｐａｃｔ．

矿渣粉和减水剂对混凝土性能影响的研究

唐山学院毕业设计设计题目：矿渣粉和减水剂对混凝土性能影响的研究系别：_________________________班级：_________________________姓名：_________________________指导教师：_________________________2012年6月8 日朱晓丽王永辉 08无机非金属材料（1）班环境与化学工程系矿渣粉和减水剂对混凝土性能影响的研究摘要本文主要研究了矿渣粉和减水剂对混凝土强度、和易性和耐久性的影响。

首先对原材料进行了分析，然后进行混凝土和易性实验，试块的制备、养护与抗压强度，最后研究了矿渣粉对混凝土耐久性的影响。

实验研究了胶凝材料对混凝土性能的影响规律，矿渣粉和减水剂对混凝土塌落度和耐久性的影响规律，结果表明：1.掺加矿渣粉可以提高混凝土的塌落度，掺量超过30%时出现泌水现象。

2.矿渣粉代替水泥后，混凝土的3d抗压强度明显降低，28d抗压强度基本不变。

3.少量矿渣粉替代水泥提高混凝土的耐冻性，当矿粉替代水泥比例超过30%时抗冻性低于基准混凝土。

4.矿渣混凝土的抗碳化性能随着矿渣粉掺量的增加而下降，当矿渣粉掺量大于40%时，混凝土的碳化深度值上升速率明显加大。

关键词：矿渣粉塌落度泌水碳化Study on the Effect of Slag Powder and Superplasticizer on the ConcretePerformanceAbstractThis paper mainly studies on influence of some components on concrete strength peaceability and durability. First the raw material is analysised,then concrete peaceability is tested,the concrete block formed, maintenance, and compressive strength tested.the concrete durability is tested in the end.The experimental study the law of cementitious material role in the concrete, slag and superplasticizer role in concrete durability.The results show that:1．slag powder has a positive impact in the slump of concrete, added more than 30% ,concrete will emerge bleeding phenomenon.2．When slag powder partically replace cement, concrete compressive strength of 3d decreased significantly and 28d unchanged.3.Slag powder replace cement in small amount has a contribution to the concrete frost resistance, when the slag cement replacement ratio beyond 30%,slag concrete frost resistance will below baseline concrete frost resistance.4. the carbonation resistance of concrete is decline as the slag powder dosage increases, when the amount of slag powder is greater than 40%, the rate of concrete carbonation depth significantly increased.Key words:slag powder slump bleeding carbonation目录1 引言 (1)1.1用于混凝土的粒化高炉矿渣 (1)1.1.1粒化高炉矿渣简介 (1)1.1.2粒化高炉矿渣对混凝土性能的影响 (1)1.2用于混凝土的减水剂 (4)1.2.1减水剂概述 (4)1.2.2减水剂对硬化混凝土性能的影响 (4)1.3 矿渣粉和减水剂对混凝土性能影响研究的意义 (5)2 试验 (7)2.1实验原料 (7)2.1.1砂子分析 (7)2.1.2石子分析 (8)2.1.3矿渣粉分析 (8)2.1.4水泥分析 (11)2.2矿渣粉和减水剂对混凝土塌落度的影响 (17)2.2.1实验目的 (17)2.2.2实验过程 (17)2.2.3结果与分析 (18)2.3矿渣粉和减水剂对混凝土强度的影响 (18)2.3.1 实验目的 (18)2.3.2实验过程 (18)2.2.3结果与分析 (21)2.4矿渣粉对混凝土耐冻性的影响 (23)2.3.1 实验目的 (23)2.3.2实验过程 (23)2.3.3实验结果与分析 (24)2.5矿渣粉对混凝土抗碳化性能的研究 (26)2.5.1 实验目的 (26)2.5.2实验过程 (26)2.5.3 试验结果与分析 (28)3谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (32)外文资料 (33)1 引言1.1用于混凝土的粒化高炉矿渣1.1.1粒化高炉矿渣简介凡在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣。

粉煤灰-矿渣双掺对混凝土绝热温升、干缩及徐变影响研究

表３试验方案
编号
水胶比
Ｗ１－Ｃ１００Ｗ１－Ｃ７０Ｗ１－Ｃ５０Ｗ１－Ｃ３０
０３６
ｍｆ：ｍｓ：ｍｃ０∶０∶１
０２５∶００５∶０．７０３５∶０１５∶０５０４５∶０２５∶０３
外加剂掺量／％１１０
Ｗ２－Ｃ１００Ｗ２－Ｃ７０Ｗ２－Ｃ５０Ｗ２－Ｃ３０
０３８
０∶０∶１０２５∶００５∶０７０３５∶０１５∶０５０４５∶０２５∶０３
２试验结果与分析
２１粉煤灰－矿渣双掺对混凝土绝热温升的影响不同粉煤灰－矿渣双掺量下，水胶比０３６～
０４０的混凝土２８ｄ龄期内最大温升见图２。由图２可知，随粉煤灰－矿渣掺量提高，相同水胶比下混凝土最大温升均呈降低趋势。对比纯水泥试验组，粉煤灰－矿渣双掺量为３０％、５０％、７０％时，水胶比为０３６的混凝土最大温升相应降低２３３％、２６４％、３７３％；水胶比为０３８的混凝土最大温升相应降低２１０％、２４１％、３６８％；水胶比为０４０的混凝土最大温升相应降低１８３％、２４３％、３５３％。粉煤灰－矿渣双掺量显著影响混凝土最大温升，即双掺量提高，混凝土最大温升降低，且随着混凝土水胶比增大其影响效果略微减弱。
干燥收缩减少，且随龄期增长，各掺量对干燥收缩抑制效果减弱；粉煤灰－矿渣双掺可以抑
制混凝土徐变，双掺量达３０％的混凝土徐变抑制效果最佳。
关键词：粉煤灰 — 矿渣双掺；混凝土；绝热温升；干缩性能
中图分类号：Ｕ４１４
文献标志码：Ａ
０引言
作为混凝土的重要组分，胶凝材料的占比显著
影响混凝土力学及耐久性能。大体积构筑物中胶凝
分析认为，这是由于粉煤灰活性不及矿渣，矿

大掺量矿物掺合料C25自密实混凝土的配制与应用

大掺量矿物掺合料C25自密实混凝土的配制与应用徐仁崇【摘要】采用大掺量粉煤灰和石灰石粉配制C25自密实混凝土,对混凝土的性能进行研究,并将配制的C25自密实混凝土应用于实际工程.结果表明,采用450 kg/m3的胶凝材料,并掺入50%的粉煤灰和石灰石粉,能够配制性能良好的C25自密实混凝土;掺入适量粉煤灰能够提高自密实混凝土的流动性,同时可以减少硬化混凝土的干燥收缩;石灰石粉可提高混凝土拌合物的粘聚性,但是不利于混凝土后期强度增长,且会增加混凝土的干燥收缩;在实际工程中,应加强混凝土的早期养护并适当延长养护时间,并以60 d抗压强度作为混凝土强度评定及验收依据.%In this paper,C25 self-compacting concrete was made by using large amount of fly ash and limestone powder. Next, the performance of concrete was studied and the concrete was applied to engineering. The results showed that the high performance C25 self-compacting concrete can be made using cementing material which is 450 kg/m3 and mixed with 50% fly ash and limestone powder. Proper amount of fly ash can improve the fluidity of concrete mixture and reduce the drying shrinkage of concrete. Limestone powder can improve the cohesiveness of concrete mixture,but not conducive to the growth of the late strength of concrete,and the drying shrinkage of concrete will increase also. In practical engineering,it is necessary to strengthen the early curing of concrete and prolong the curing time appropriately,and use 60 d compressive strength as the basis of concrete strength evaluation and acceptance.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2017(044)009【总页数】4页(P9-11,63)【关键词】C25自密实混凝土;粉煤灰;石灰石粉;工程应用【作者】徐仁崇【作者单位】厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司,福建厦门 361004;厦门天润锦龙建材有限公司,福建厦门 361024【正文语种】中文【中图分类】TU528.53相比普通混凝土，自密实混凝土能够在自重作用下快速流动、密实，即使存在致密钢筋也能充分填充模板并获得良好均质性和强度，在工程中使用可提高工程效率，减少施工噪音污染，保证工程质量，符合绿色施工和节能环保的要求。

矿渣含量对高性能混凝土力学性能影响

矿渣含量对高性能混凝土力学性能影响*刘源1 李大来1 陈小芳21. 福州理工学院福建福州 350506；2. 福建筑启辉煌建筑工程有限公司福建福州 350000摘要高性能混凝土可以通过调整配比、添加矿渣外掺剂等方法提高性能。

为研究矿渣含量对高性能混凝土力学性能的影响，本文通过制备矿渣含量为20%、25%、30%、35%、40%的矿渣混凝土和普通混凝土，分别在养护龄期为7、28、60、90天时进行立方体抗压强度试验，分析矿渣含量对高性能混凝土力学性能的影响。

结果表明：在混凝土水化早期，随着矿渣含量越高，混凝土强度越小，同时矿渣有延迟混凝土水化强度提升的作用，使得矿渣混凝土强度增长速率随养护龄期的增长而逐渐减小。

0.38水灰比下，矿渣含量为30%时，养护28天混凝土强度最大。

关键词高性能混凝土；外掺剂；矿渣；力学性能Effect of Slag Content on Mechanical Properties of High Performance ConcreteLiu Yuan1, Li Da-lai1, Chen Xiao-fang21. Fuzhou Institute of Technology, Fuzhou 350506, Fujian Province, China;2. Fujian Zhuqi Brilliant Construction Engineering Co., Ltd., Fuzhou 350000, Fujian Province, ChinaAbstract The performance of high performance concrete (HPC) can be improved by adjusting the ratio and adding slag additive. In order to study the effect of slag content on mechanical properties of HPC, slag concrete with slag content of 20%, 25%, 30%, 35% and 40% and ordinary concrete are prepared in this article. Compressive strength tests of the cube are carried out at curing ages of 7, 28, 60 and 90 days respectively to analyze the influence of slag content on mechanical properties of HPC. The results show that: the strength of concrete decreases with the increase of slag content in the early hydration stage. Slag can delay the increase of hydration strength of concrete. The strength growth rate of slag concrete decreases with the increase of curing age. When the slag content is 30% and water cement ratio is 0.38, the concrete strength reaches the maximum after curing for 28 days.Key words high performance concrete; additive agent; slag; mechanical properties引言高性能混凝土是一种以耐久性、工作稳定性为主要指标而设计的新型混凝土。

碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究

碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究引言：随着建筑业的迅猛发展和环保意识的增强，矿渣微粉胶凝材料作为一种环境友好型材料正逐渐受到关注。

碱激发矿渣微粉胶凝材料以其优良的力学性能和持久性能成为修复和加固混凝土结构的有效手段。

本文研究了碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能，以期促进其在实际工程中的应用。

一、组成1.1 矿渣微粉矿渣微粉是通过对矿渣进行细磨而得到的一种能够替代水泥的材料。

矿渣微粉的主要化学成分包括硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐等，其特点是颗粒细度小、活性高。

1.2 碱激发剂碱激发剂是一种能够激发矿渣微粉水化反应的化学物质。

常用的碱激发剂有氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾等。

碱激发剂的添加能够促进矿渣微粉的活性。

1.3 混凝土掺量混凝土中添加矿渣微粉的掺量对碱激发矿渣微粉胶凝材料的性能有着重要的影响。

一般来说，适宜的掺量范围为30%~50%。

二、结构2.1 碱激发矿渣微粉胶凝物质的结构碱激发矿渣微粉胶凝物质的结构主要包括颗粒和孔隙两个部分。

颗粒主要指矿渣微粉颗粒的堆积结构，孔隙则是指胶凝物质中的孔隙。

2.2 矿渣微粉与胶凝物质的结合机制矿渣微粉与碱激发剂在水中发生反应，产生凝胶和水化产物，凝胶填充在矿渣微粉颗粒之间，形成胶凝物质的结构。

这种结合机制使得碱激发矿渣微粉胶凝材料具有一定的强度和持久性能。

三、性能3.1 力学性能碱激发矿渣微粉胶凝材料的力学性能主要包括抗压强度、抗拉强度、弯曲强度等指标。

与水泥相比，碱激发矿渣微粉胶凝材料的强度稍逊，但仍然能够满足一定的工程要求。

3.2 耐久性能碱激发矿渣微粉胶凝材料的耐久性能是其长期使用的关键指标。

研究表明，碱激发矿渣微粉胶凝材料在耐碱、耐海水侵蚀、耐硫酸盐侵蚀等方面具有较好的性能。

3.3 隔热性能碱激发矿渣微粉胶凝材料具有较好的隔热性能，能够有效降低建筑物的能耗。

这主要得益于矿渣微粉的颗粒细小和孔隙结构。

大掺量磨细矿渣双掺混凝土在工程中的应用

关键词：细矿渣；磨双掺混凝土；涵；箱大掺量
１工程概况
南水北调中线一期工程天津干线廊坊市段以现浇
凝土有压输水箱涵为主，用Ｃ０６１０混凝土。采３ＷＦ５该标段沿线地下水位较高，主体箱涵混凝土埋于
ＭｕｎｉｐａｌａｎｄｃｉＰｕｂｌｃＣｏｔｕｃｉｉｎｓｒｔｏｎ
大掺量磨细矿渣双掺混凝土在工程中的应用
口文／雪红马
摘
要：文中介绍了南水北调天津干线箱涵混凝土双掺配合比研究情况，明了大掺量说磨细矿渣双掺混凝土既能达到南水北调天津干线对混凝土抑制碱骨料反应和抗地下水化学侵蚀的要求，高了混凝土的质量要求。还利用了工业废料，提减少了环境污染，节约了能源，降低了混凝土的造价。
和ＫＳＤＦ引气剂。
地下水位以下，期受地下水环境中硫酸根离子、离长氯
子等侵蚀。同时标段所处的京津冀地区分布有大量碱活性骨料，用的骨料存在疑似碱骨料反应。采用大掺采
量磨细矿渣双掺混凝土可以有效抗地下水化学侵蚀和抑制碱骨料反应解决上述问题，既提高了箱涵混凝土
表１Ｃ０６１０双掺配合比３ＷＦ５
密度／原书料用量／・１（ｇ［）ｃ１坍落备（ｇＨ。水泥粉灰砂小石石ＤＯＤＦ总日度／注ｋ・ｒ水粉煤ＫＮＦＳ碱）矿中Ｋ＿

高强度矿渣胶凝材料改性的研究

１原料与试验方法
１１矿渣
粉磨时间
筛余／％
Ｒ５００４
抗压强度ｐ．ａ＂ＭＰ
３ｄ７ｄ２８ｄ
ＩｒｉＲ８／ｎａ００
Ｔ１
５
３９８
３３
髓董１
５７７５９０３５０．Ｏ２６６０８８１４７９６３．７１５
体。胶砂干缩试验采用２ ×２ ×２０ｍｍ５ｍｍ５ｍｍ８试体，Ｇ７１１行测定。胶砂强度测定采用按Ｂ５ —８进４２＇×４０１ｌ０ｍｍ×４２＇１ｎ０１ｌ１ｎ试体，ＧＢ７ —８行。按１７５进
２试验结果及分析
水泥净浆强度试验采用２ｎ× ￣ｃ１１２ｃ１２ｒ试ｃｒｘ￣
收稿日：０一２２期２１ｏ—８０第一作者简开：，９１男１５年生，研究员基金项目：混凝土材科研究国家重点实验室开放基金支持
维普资讯
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由表２可见，粉磨３ｒｉ５ｎ的样品，早期和２ａ８ｄ强度都最高．因而在后续试验中，粉磨时间采用
２２改性剂种类和掺量的确定
２２１改性剂对强度的影响．
２７４．４２９５１１１．４３８００３４．８１５２．．９
文章编号：６１５９２０｝１０７５１７ —３５【０２０ —０３ —０
高强度矿渣胶凝材料改性的研究
王复生，孙瑞莲，柬廷寿，秦晓娟

大掺量掺合料混凝土的性能研究

是可以控制的。要控制裂缝，首先要了解裂缝产生的原因，混凝土的裂
缝在塑性阶段、混凝土硬化、使用阶段都会产生。
１１混凝土裂缝产生的原因．
１．１混凝 ±在塑性阶段产生的裂缝１．
混凝土在塑性阶段产生的裂缝主要有：塌陷裂缝和塑性收缩裂缝。塌陷裂缝：混凝土塑性阶段由于组成部分密度不同而产生分层，引起水泥浆体上浮、骨料下沉，当｝凝土内部部分材料下沉时，遇到钢筋昆
一
收缩受到约束，就可能产生干缩裂本，经济效益可观。混凝土外加剂能改０４．％；高效减水剂选择萘系减水剂，天善混凝土中水泥颗粒分布均匀性，提高津产减水剂ＵＮＦ，掺量为胶凝材料一５
缝。
温度裂缝：温度裂缝按其来源，可水泥浆体的流动度，从而改善混凝土的的０７％。．５以分为两类，一类来自于外界环境温度工作性能。矿物掺合料最常用的是矿渣（）４掺合料的选择：磨细矿渣粉，选
有的，它在稳定状态对混凝土是无害的，而一旦受到足够大的外力，或
者周边温度、湿度急骤变化时，这些微观裂缝就会失去稳定状态，并沿
着水泥石和骨料的界面发展，直至成为宏观裂缝，一过程是必然的，也这
凝土施工过程，始终是一个令人头痛的通病。混凝土裂缝的出现，应该

电石渣-矿渣复合胶凝材料性能研究

电石渣-矿渣复合胶凝材料性能研究
万宗华;张文芹;刘志超;王发洲
【期刊名称】《硅酸盐通报》
【年(卷),期】2022(41)5
【摘要】电石渣作为一种工业废渣,其碱度较高,综合利用率较低。

为了解决过量的电石渣,利用电石渣的强碱性,研究了电石渣对矿渣胶凝体系的碱激发性能。

利用电石渣碳化反应可生成碳酸钙的特性,探索了不同碳化制度对电石渣碱激发矿渣胶凝体系的性能影响规律。

结果表明:大掺量电石渣对矿渣胶凝材料有很好的碱激发效果,生成大量的C-(A)-S-H凝胶,而复掺粉煤灰和偏高岭土胶凝体系性能最佳;电石渣-矿渣复合胶凝体系经过不同碳化制度处理后,胶凝体系力学性能有效提升;使用CO_(2)气体作为外部碳化源,材料基体表层生成致密结构,基体力学性能提升;使用尿素作为内部碳化源,基体内部碳化均匀,胶凝体系力学性能提升。

【总页数】11页(P1704-1714)
【作者】万宗华;张文芹;刘志超;王发洲
【作者单位】武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室;武汉理工大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ172
【相关文献】
1.电石渣/矿渣建筑胶凝材料力学性能研究
2.复合激发剂对电石渣/矿渣建筑胶凝材料性能的影响
3.大掺量矿渣-水泥复合胶凝材料体系的性能研究
4.磷石膏激发磷渣-矿渣-水泥复合胶凝材料体系的性能研究
5.电石渣激发磷渣-矿渣-水泥复合胶凝材料的性能研究
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大掺量非金属矿渣混凝土的力学行为试验研究

ｓｄｅ，ｈｃｏｔｃｒｎｇｅｉｎｓｗｅｅｔｓｅｙｓａｎｎｌｃｒｎｍｉｏｃｐｄｅｅｇｉｅｓｅＸ－ａｎｌｓ（ＤｕｔｉｄｔｅｍｉｓｕｔｅａｄｉｒｄｅｔｒｔｄｂｃｎｉｇｅｅｔｃｓｏｅａｎｒｄｓｒｉｒｙａａｉＥＸＡ）Ｅｐｒｎｒｒｕｎｅｏｒｎｙｐｖｙｓ．ｘｅｍｅｔｉ
一
工业废渣：试验采用陕西龙门钢厂转炉钢本渣颗粒经球磨机磨细而成的钢渣粉，比表面积为
４０／ｇ经沸煮试验证明掺量宜控制在５％、５ｋ，ｍ２０压蒸
试验表明掺量宜控制在４％之内，０安定性均合格，钢
方面可以使钢渣得到高附加值的有效利用，决环解
境污染问题［；５另一方面可以增加混凝土骨料和掺合１
料的供应量。本实验主要研究钢骨料、磨细钢渣粉替代水泥作胶凝材料，大量钢渣双掺混凝土，制备掺对其稳定性、工作性及力学性能进
行试验研究，用扫描电镜、并采能谱仪对其微观结构、成分进行测试。试验表明：以钢渣骨料稳定性为替代掺量的选择依据，可通过掺入铜渣粉，实
ＳａｉｎｉＬｉａｇＺｈｏＳｉａｈｎｇＪａｌｎＸｉａｈｒｎ
（ｃｏｌｆｔｉｌａｄＭｉｅａｅｏｒｅ， ’ ｉｅｓｙｏＡｒｈｔｃｕｅｎｅｈｏｏｙＸｉｌＳａｎｉ７０５）ＳｈｏＭｅｅａｓｎｎｒｌｓｕｃｓＸｉｎＵｎｖｒｉｆｃｉｔｒｄｃｎｌｇ， ’ｌｈａｘ１０５ｏｒＲａｔｅａＴａ，

大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究　

第42卷第12期2023年12月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.12December,2023大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究廖宜顺1,2,3,汪㊀凯1,李㊀豪1(1.武汉科技大学城市建设学院,武汉㊀430065;2.武汉科技大学高性能工程结构研究院,武汉㊀430065;3.城市更新湖北省工程研究中心,武汉㊀430065)摘要:采用大掺量磷石膏㊁粒化高炉矿渣和熟石灰制备石膏矿渣水泥,通过水化热㊁化学收缩㊁孔溶液pH 值和抗压强度试验,并结合XRD 和SEM-EDS 测试,探究磷石膏掺量对石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度的影响规律㊂结果表明,当磷石膏的掺量从40%增大到70%(质量分数,下同)时,水泥浆体的第三放热峰峰值逐渐减小,14d 化学收缩从0.066mL㊃g -1增大到0.193mL㊃g -1,早期(0~1d)化学收缩速率明显增大,孔溶液pH 值在28d 龄期内趋于稳定,且与28d 龄期相比,90d 龄期试件的抗压强度提高了12.3%~27.8%㊂XRD 和SEM-EDS 分析表明,水泥浆体中主要包含二水石膏㊁石英㊁钙矾石和C-S-H 凝胶等物质㊂28d 龄期时,随着磷石膏掺量的增大,钙矾石的生成量从7.48%减小到2.84%,C-S-H 凝胶的钙硅比(摩尔比)从1.08增大到2.24㊂关键词:磷石膏;石膏矿渣水泥;粒化高炉矿渣;水化热;化学收缩;水化产物;抗压强度中图分类号:TQ172㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)12-4408-08Hydration Process and Long-Term Strength of Gypsum Slag Cement with High Content of PhosphogypsumLIAO Yishun 1,2,3,WANG Kai 1,LI Hao 1(1.School of Urban Construction,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430065,China;2.Institute of High-Performance Engineering Structure,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430065,China;3.Hubei Provincial Engineering Research Center of Urban Regeneration,Wuhan 430065,China)Abstract :A large amount of phosphogypsum,ground granulated blast-furnace slag and slaked lime were employed to prepare the gypsum slag cement.The effect of phosphogypsum content on the hydration process and long-term strength of gypsum slag cement was investigated through hydration heat,chemical shrinkage,pH value of pore solution and compressive strength tests,combined with XRD and SEM-EDS.The results show that the third peak of heat release curves of cement pastes gradually decreases when the phosphogypsum content increases from 40%to 70%(mass fraction,the same below).The chemical shrinkage at 14d increases from 0.066mL㊃g -1to 0.193mL㊃g -1,and chemical shrinkage rate significantly increases during the early hydration stage (0~1d).The pH value of pore solution tends to stabilize within pared with 28d compressive strength,the 90d compressive strength is enhanced by 12.3%~27.8%.XRD and SEM-EDS reveales that the cement pastes mainly consists of gypsum,quartz,ettringite and C-S-H gel.At the age of 28d,the ettringite content decreases from 7.48%to 2.84%,and the Ca /Si ratio (molar ratio)of C-S-H gel increases from 1.08to 2.24with the increase of phosphogypsum.Key words :phosphogypsum;gypsum slag cement;ground granulated blast-furnace slag;hydration heat;chemical shrinkage;hydration product;compressive strength 收稿日期:2023-07-06;修订日期:2023-08-31基金项目:国家自然科学基金(51608402);湖北省建设科技计划项目(厅头 2021 2075号-38)作者简介:廖宜顺(1984 ),男,博士,副教授㊂主要从事先进水泥基材料方向的研究㊂E-mail:liaoyishun@0㊀引㊀言石膏矿渣水泥是以粒化高炉矿渣㊁硫酸盐激发剂(如石膏㊁硬石膏等)和碱性激发剂(如水泥熟料㊁石灰㊀第12期廖宜顺等:大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究4409等)为主要原材料,经混合㊁粉磨制成的一种水硬性胶凝材料㊂与硅酸盐水泥相比,石膏矿渣水泥的抗压强度高㊁水化热低[1]㊁抗硫酸盐侵蚀性能[2]和低温力学性能优异[3],在工程应用中备受关注㊂磷石膏(phosphogypsum,PG)是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品,主要矿物成分为二水硫酸钙(CaSO4㊃2H2O),且含有少量的磷㊁氟㊁有机物和少量重金属等杂质[4]㊂据统计[5],2022年我国磷石膏综合利用率达50.4%,但磷石膏堆存量仍然高达8.7亿吨,占用大量土地资源㊂制备石膏矿渣水泥或超硫酸盐水泥(supersulfated cement,SSC)可以消纳大量磷石膏,不仅避免磷石膏长期堆存或填埋所造成的环境污染,还推动了工业废弃物磷石膏的资源化利用㊂余保英等[6]研究了硬石膏㊁二水石膏和磷石膏制备的超硫酸盐水泥水化行为变化规律,研究表明磷石膏基超硫酸盐水泥具有更高的抗压强度,后期会形成更多的水化硅酸钙(C-S-H)与钙矾石,使得硬化水泥浆体的结构更密实㊂Taher等[7]研究了在200㊁400㊁600和800ħ下热处理PG对SSC性能的影响,发现在800ħ下热处理6%(文中均为质量分数)掺量的磷石膏可以改善SSC的力学性能㊂Pinto等[8]发现,与硅酸盐水泥相比,采用经650ħ高温煅烧后的磷石膏制备的SSC具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能㊂Liu等[9]研究发现用石灰中和磷石膏可显著加快SSC的水化过程,缩短凝结时间,同时提高其抗压强度㊂现有研究或侧重于不同硫酸盐激发剂对超硫酸盐水泥水化行为的影响,或侧重于改性磷石膏对超硫酸盐水泥性能的影响,尚未将大掺量(40%~70%)磷石膏用于研究石膏矿渣水泥的水化历程,也未从水化特性和微结构上对石膏矿渣水泥长期强度发展规律进行探讨㊂基于此,本文通过研究磷石膏掺量对石膏矿渣水泥的水化热㊁化学收缩㊁孔溶液pH值㊁水化产物和抗压强度的影响,探究大掺量磷石膏对石膏矿渣水泥水化历程的影响机理和长期强度发展规律㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料及配合比磷石膏来自湖北美畅环保科技有限公司,将磷石膏置于40ħ鼓风干燥箱中烘干,过80μm筛,筛余量为4.74%,比表面积为389m2㊃kg-1,pH值为5.8,其粒径分布曲线如图1所示,其中磷石膏的中值粒径D50为37.95μm,粒径分布范围为0.95~239.88μm㊂磷石膏的SEM照片如图2所示㊂从图2可以看出,磷石膏中二水石膏结晶完整㊂粒化高炉矿渣粉(ground granulated blast-furnace slag,GGBS)为S95级,购自西柏坡新能源有限公司,密度为2.88g㊃cm-3,比表面积为433m2㊃kg-1㊂熟石灰(slaked lime,SL)购自江西明缘高新材料有限公司,氢氧化钙含量为95.2%㊂上述原材料的主要化学组成如表1所示,XRD分析结果如图3所示㊂由图3可知,磷石膏的主晶相为二水石膏(CaSO4㊃2H2O)和石英(SiO2);粒化高炉矿渣粉的主晶相为钙铝黄长石(C2AS)㊁硬石膏(CaSO4)和石英(SiO2);熟石灰的主晶相为Ca(OH)2㊂聚羧酸系减水剂(polycarboxylate superplasticizer,PCE)购自武汉兴祥科技有限责任公司,减水率为35%㊂拌合水为武汉市自来水㊂水泥浆体的配合比如表2所示㊂图1㊀磷石膏的粒径分布曲线Fig.2㊀SEM image of PG Fig.1㊀Particle size distribution curve of PG图2㊀磷石膏的SEM照片4410㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷表1㊀原材料的主要化学组成Table 1㊀Main chemical composition of raw materials MaterialCaO SiO 2Al 2O 3MgO SO 3TiO 2Fe 2O 3Na 2O K 2O F -P 2O 5LOIPG 43.039.510.990.6636.350.080.400.170.290.86 1.91 5.75GGBS 44.0229.2512.387.79 2.07 1.340.920.560.470.160.040.46SL 97.100.380.25 1.750.35 0.08 0.050.010.03表2㊀水泥浆体的配合比Table 2㊀Mix proportion of cement pastesSample Mass fraction /%PG GGBS SL PCE W /B P40L2405820.30.3P50L2504820.30.3P60L2603820.30.3P70L2702820.30.3㊀㊀注:P 表示磷石膏掺量,L 表示熟石灰掺量㊂P40L2表示磷石膏掺量为40%㊁熟石灰掺量为2%,其他编号含义类似㊂图3㊀原材料的XRD 谱Fig.3㊀XRD patterns of raw materials 1.2㊀试验方法采用美国TAM AIR 型八通道等温量热仪测定水泥浆体的水化热,测试温度为(20ʃ1)ħ,测试龄期为3d㊂参照文献[10]的膨胀法测定石膏矿渣水泥浆体的化学收缩,测试温度为(20ʃ1)ħ,测试龄期为14d㊂将水泥浆体装入10mL 离心管中,养护至规定龄期后,将试件制备成粉样和块样,并加入无水乙醇终止水化,随后将样品在(40ʃ1)ħ的真空干燥箱中烘干,采用日本SmartLab SE 型X 射线衍射仪进行XRD 测试,扫描范围为5ʎ~90ʎ,步长为0.02ʎ,扫描速率为5(ʎ)/min㊂参照文献[11]的参考强度比法进行XRD 定量分析㊂采用捷克TESCAN MIRA LMS 型扫描电子显微镜观测龄期为28d 的样品㊂采用固液萃取法提取水泥浆体中的孔溶液,水固比为10ʒ1㊂称取5g 磨细的样品,加入50mL 去离子水,采用磁力搅拌器搅拌30min 后静置1h,再抽取上层清液,使用pH 计测定上层清液的pH 值,测试龄期分别为6h 以及1㊁3㊁7㊁14和28d㊂抗压强度参照‘水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)“(GB /T 17671 2021)测定,试件尺寸为40mm ˑ40mm ˑ40mm,在温度为(20ʃ1)ħ㊁相对湿度为(95ʃ5)%的标准养护箱中进行养护48h,脱模后放入20ħ水中养护至规定龄期,测定其3㊁7㊁28和90d 龄期的抗压强度,加载速率为(2.4ʃ0.2)kN /s㊂2㊀结果与讨论2.1㊀水化热不同磷石膏掺量对水泥浆体水化热的影响如图4所示㊂由图4可知,水泥浆体的水化放热速率曲线出现3个放热峰㊂当磷石膏㊁矿渣和熟石灰加水拌和时,磷石膏和熟石灰首先溶解产生Ca 2+㊁SO 2-4和OH -,液相中相应离子浓度不断上升,释放热量形成第一放热峰㊂随着液相中碱度不断上升,一方面,矿渣中的硅相和铝相在碱性环境下反应生成C-S-H 凝胶和水化铝酸钙(C-A-H)凝胶,C-A-H 凝胶可进一步与SO 2-4反应生成钙矾石[12];另一方面,液相中存在大量的SO 2-4,矿渣中的铝相与SO 2-4和OH -快速反应生成钙矾石[13]㊂矿渣的溶解放热以及水化产物C-S-H 凝胶和钙矾石的生成形成了第二个放热峰,这与Wang 等[14]的研究基本一致㊂随着磷石膏和熟石灰的继续溶解,液相中的离子浓度达到饱和而形成渗透压,破坏了钙矾石包裹层,使得水泥水化快速进行,水化产物不断增多,从而形成第三放热峰[15]㊂另外,当磷石膏掺量从40%增大㊀第12期廖宜顺等:大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究4411到70%时,第三放热峰的峰值逐渐降低㊂在石膏矿渣水泥体系中,主要水化产物是钙矾石和C-S-H凝胶[16]㊂随着磷石膏掺量的增大,矿渣含量逐渐减少,水泥水化产物相应减少,因此水泥水化放热速率逐渐减小㊂图4㊀PG掺量对水泥浆体水化热的影响Fig.4㊀Effect of PG content on hydration heat of cement pastes2.2㊀化学收缩不同磷石膏掺量对水泥浆体化学收缩的影响如图5所示㊂图5㊀PG掺量对水泥浆体化学收缩的影响Fig.5㊀Effect of PG content on chemical shrinkage of cement pastes由图5可知,水泥浆体的14d化学收缩随磷石膏掺量的增大而增大,当磷石膏掺量从40%增大到70%时,14d化学收缩从0.066mL㊃g-1增大到0.193mL㊃g-1,并且早期(0~1d)化学收缩速率明显增大,1d 后化学收缩速率逐渐放缓㊂当磷石膏㊁矿渣和熟石灰与水混合后,随着磷石膏掺量的增大,有更多的磷石膏溶解并参与水化反应,加速了早期化学收缩速率和水化产物钙矾石㊁C-S-H凝胶的生成[17],导致水化体系的绝对体积减小,化学收缩快速增大㊂随着水化时间的延长,不断生成的钙矾石覆盖在未水化的矿渣颗粒表面,限制了水分输送和离子迁移,延缓矿渣的进一步反应,水化产物生成速率减小㊂因此,化学收缩速率呈先大后小的变化趋势㊂2.3㊀pH值不同磷石膏掺量对水泥浆体孔溶液pH值的影响如图6所示㊂由图6可知,水泥浆体孔溶液pH值随龄期的增长逐渐降低,并随磷石膏掺量增大不断减小㊂在6h龄期时,水泥浆体孔溶液pH值高于12.30,7d 龄期时水泥浆体孔溶液pH值下降到11.10~11.34㊂在水化早期阶段,水泥浆体孔溶液pH值变化速率明显增大㊂但随着龄期的延长,水泥浆体孔溶液pH值逐渐趋于平稳㊂在石膏矿渣水泥体系中,碱度会影响水化早期钙矾石的形成[18-19]㊂6h龄期时较高的pH值有利于矿渣溶解和解聚,加速矿渣水化生成钙矾石和C-S-H4412㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷凝胶[20],进而提高石膏矿渣水泥的早期强度,这与2.5节中硬化浆体在7d 龄期时强度快速增长相对应㊂随着水化进行,Ca(OH)2的逐渐消耗,导致液相中的碱度下降,减缓了矿渣水化反应,从而水化产物生成速率减小,pH 值也相应趋于稳定,这与Xing 等[21]的研究基本一致㊂在28d 龄期时,当磷石膏掺量从40%增大到70%时,各试件孔溶液的pH 值分别为11.29㊁11.22㊁11.13和11.07㊂由于磷石膏呈酸性,磷石膏掺量增大使水泥浆体孔溶液的pH 值减小㊂此外,当磷石膏掺量较大时,其与熟石灰㊁矿渣充分反应生成钙矾石,从而使液相中OH -浓度下降,pH 值减小㊂2.4㊀水化产物2.4.1㊀XRD 分析在28d 龄期时,不同磷石膏掺量下水泥浆体的XRD 谱如图7所示㊂图6㊀水泥浆体孔溶液的pH 值Fig.6㊀pH value of pore solutions for cement pastes 图7㊀水泥浆体在28d 龄期的XRD 谱Fig.7㊀XRD patterns of cement pastes at 28d ㊀㊀由图7可知,在28d 龄期时水泥浆体中的主要晶相矿物为二水石膏(CaSO 4㊃2H 2O)㊁石英(SiO 2)和水化产物钙矾石㊂通过定量分析,可计算出各晶相矿物的含量㊂对于试件P40L2㊁P50L2㊁P60L2㊁P70L2,钙矾石含量分别为7.48%㊁5.15%㊁4.02%和2.84%,二水石膏含量分别为88.60%㊁91.50%㊁93.70%和96.10%,石英含量分别为3.92%㊁3.35%㊁2.28%和1.06%㊂由此可知,二水石膏的含量随着磷石膏掺量增大而增大,表明在石膏矿渣水泥中,当磷石膏掺量增大时,过剩的磷石膏未能参与水化反应而残余,这些磷石膏最终以集料的形态存在于硬化浆体中㊂另外,钙矾石的含量随着磷石膏掺量的增大而减少,主要因为当磷石膏掺量从40%增大到70%时,矿渣的含量逐渐减少,矿渣与SO 2-4和Ca(OH)2反应生成的钙矾石也逐渐减少㊂2.4.2㊀SEM-EDS 分析在28d 龄期时,不同磷石膏掺量下水泥浆体的SEM 照片及能谱(EDS)分析如图8所示㊂28d 龄期的SEM 照片和相应位置的能谱分析可证实试件矿物相中存在钙矾石㊁石膏和C-S-H 凝胶㊂在试件P40L2中,可以发现针棒状钙矾石晶体㊁絮状C-S-H 凝胶等水化产物相互搭接,结构致密;在试件P50L2㊁P60L2和P70L2矿物相中,从SEM 照片可以清晰看到P3㊁P6和P9区域的板状结构为石膏,这说明在石膏矿渣水泥中,还有大量的磷石膏未参与反应;P8区域的谱峰表明试件P70L2的水化产物主要是由钙矾石和C-S-H 凝胶等物质相互交织组成,并且在石膏晶体表面大量生长㊂此外,结合水化产物微观样貌结构和SEM 照片可知,当PG 掺量从40%增大到70%时,试件的水化产物中针棒状钙矾石晶体逐渐减少,这与XRD 的分析结果一致㊂为进一步表征磷石膏掺量对水化产物组分的影响,分别对28d 龄期的试件进行EDS 测试,EDS 采集点分别为P2㊁P4㊁P5和P7,计算出每个试件中水化产物C-S-H 凝胶的钙硅比,结果如表3所示㊂研究表明,钙硅比影响水化产物C-S-H 凝胶的微观结构,在水泥体系中存在两种C-S-H 凝胶,即Ⅰ型C-S-H 凝胶和Ⅱ型C-S-H 凝胶,前者的钙硅比(摩尔比)小于1.5,后者大于1.5[22-23]㊂由表3可知,在P40L2㊁P50L2㊁P60L2和P70L2试件的水化产物中,C-S-H 凝胶的钙硅比分别为1.08㊁1.47㊁1.60和2.24,表明随着磷石膏掺量的增大,试件P40L2和P50L2的水化产物主要为钙硅比较低的Ⅰ型C-S-H 凝胶,试件㊀第12期廖宜顺等:大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究4413 P60L2和P70L2的水化产物主要为钙硅比较高的Ⅱ型C-S-H凝胶㊂因此随着磷石膏掺量的增大,C-S-H凝胶的钙硅比逐渐增大,Ⅰ型C-S-H凝胶转变为Ⅱ型C-S-H凝胶㊂图8㊀水泥浆体在28d龄期时的SEM照片和能谱分析Fig.8㊀SEM images and EDS analysis of cement pastes at28d4414㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷表3㊀28d 龄期时不同试件中C-S-H 凝胶的钙硅比Table 3㊀Ca /Si ratio of C-S-H gel of different samples at 28d Sample P40L2P50L2P60L2P70L2Ca /Si ratio 1.08 1.47 1.60 2.242.5㊀抗压强度图9㊀PG 掺量对水泥浆体抗压强度的影响Fig.9㊀Effect of PG content on compressive strength of cement pastes不同磷石膏掺量对水泥浆体抗压强度的影响如图9所示㊂由图9可知,在3d 龄期时,试件的抗压强度均较低,为7.0~12.2MPa;7~28d 龄期时,试件的强度变化较大;28~90d 龄期时,各试件的抗压强度继续增长,分别提高了12.3%㊁22.6%㊁27.8%和18.8%㊂水泥浆体的抗压强度与水化产物的生成量和孔结构密切相关㊂掺入磷石膏后,磷石膏溶解并生成Ca 2+和SO 2-4,液相中Ca 2+㊁SO 2-4浓度升高会使钙矾石在矿渣颗粒表面沉淀和生长,降低颗粒与水的接触概率,导致水化反应变慢,3d 强度发展缓慢㊂同时也有研究表明,磷石膏中的可溶性磷会抑制水泥浆体早期水化,造成早期强度较低[24]㊂随着龄期的延长,水化反应不断进行,液相中过饱和离子形成渗透压,使之前形成的钙矾石包裹层发生破裂,水泥再次快速水化,生成的水化产物不断增多,使得硬化浆体结构越来越致密,强度逐渐提高㊂此外,当磷石膏掺量从40%增大到70%时,试件的抗压强度逐渐降低㊂这主要是因为:1)随着磷石膏掺量的增大,硬化浆体中过剩的磷石膏与水化产物相对比例增大,导致磷石膏颗粒与水化产物之间的结合力较差,造成浆体结构密实度下降,抗压强度下降;2)矿渣的含量随着磷石膏掺量增大而逐渐减少,使得矿渣水化生成C-S-H 凝胶和钙矾石的含量也逐渐减少㊂水化产物的生成量减少,硬化浆体密实度较差,导致抗压强度较低㊂3㊀结㊀论1)磷石膏矿渣水泥浆体的水化放热速率曲线出现3个放热峰㊂当磷石膏的掺量从40%增大到70%时,第三放热峰的峰值逐渐减小,14d 化学收缩从0.066mL㊃g -1增大到0.193mL㊃g -1,并且早期(0~1d)化学收缩速率明显增大,孔溶液pH 值在28d 龄期内趋于稳定㊂2)28d 龄期时,XRD 和SEM-EDS 分析表明,水泥浆体主要包含二水石膏(CaSO 4㊃2H 2O)㊁石英(SiO 2)㊁钙矾石和C-S-H 凝胶等物质㊂当磷石膏的掺量从40%增大到70%时,钙矾石的生成量从7.48%减小到2.84%,C-S-H 凝胶的钙硅比从1.08增大到2.24,从Ⅰ型C-S-H 凝胶转变为Ⅱ型C-S-H 凝胶㊂3)试件的抗压强度随着磷石膏掺量的增大而减小,随着龄期的延长而不断增大,与28d 龄期相比,90d龄期试件的抗压强度提高了12.3%~27.8%㊂参考文献[1]㊀GRUSKOVNJAK A,LOTHENBACH B,WINNEFELD F,et al.Hydration mechanisms of super sulphated slag cement[J].Cement and ConcreteResearch,2008,38(7):983-992.[2]㊀GROUNDS T,NOWELL D V,WILBURN F W.Resistance of supersulfated cement to strong sulfate solutions[J].Journal of Thermal Analysisand Calorimetry,2003,72(1):181-190.[3]㊀ANGULSKI D L C,HOOTON R D.Influence of curing temperature on the process of hydration of supersulfated cements at early age[J].Cementand Concrete Research,2015,77:69-75.[4]㊀崔荣政,白海丹,高永峰,等.磷石膏综合利用现状及十四五发展趋势[J].无机盐工业,2022,54(4):1-4.CUI R Z,BAI H D,GAO Y F,et al.Current situation of comprehensive utilization of phosphogypsum and its development trend of 14th Five-Year Plan[J].Inorganic Chemicals Industry,2022,54(4):1-4(in Chinese).㊀第12期廖宜顺等:大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究4415 [5]㊀王梅红,陈传武.做磷化工高质量发展领跑者专访中国五环工程有限公司党委书记㊁董事长俞新[N].中国化工报,2023-04-19(1).WANG M H,CHEN C W.To be a leader in the high-quality development of phosphorus chemical industry an interview with Yu Xin,Secretary of the Party Committee and Chairman of China Wuhuan Engineering Co.,Ltd[N].China Chemical Industry News,2023-04-19(1) (in Chinese).㊀[6]㊀余保英,高育欣,王㊀军.含不同石膏种类的超硫酸盐水泥的水化行为[J].建筑材料学报,2014,17(6):965-971.YU B Y,GAO Y X,WANG J.Hydration behavior of super sulphated cement with different types of gypsum[J].Journal of Building Materials, 2014,17(6):965-971(in Chinese).[7]㊀TAHER M A.Influence of thermally treated phosphogypsum on the properties of Portland slag cement[J].Resources,Conservation andRecycling,2007,52(1):28-38.[8]㊀PINTO S R,ANGULSKI D L C,MUNHOZ G S,et al.Durability of phosphogypsum-based supersulfated cement mortar against external attack bysodium and magnesium sulfate[J].Cement and Concrete Research,2020,136:106172.[9]㊀LIU S H,FANG P P,REN J,et al.Application of lime neutralised phosphogypsum in supersulfated cement[J].Journal of Cleaner Production,2020,272:122660.[10]㊀US-ASTM.Standard test method for chemical shrinkage of hydraulic cement paste.ASTM C1608-17[S].ASTM International,WestConshohocken,Pennsylvania,2017.[11]㊀SNYDER R L.The use of reference intensity ratios in X-ray quantitative analysis[J].Powder Diffraction,1992,7(4):186-193.[12]㊀YANG J,ZENG J Y,HE X Y,et al.Sustainable clinker-free solid waste binder produced from wet-ground granulated blast-furnace slag,phosphogypsum and carbide slag[J].Construction and Building Materials,2022,330:127218.[13]㊀WU Q Y,XUE Q Z,YU Z Q.Research status of super sulfate cement[J].Journal of Cleaner Production,2021,294:126228.[14]㊀WANG Y B,HU Y,HE X Y,et al.Hydration and compressive strength of supersulfated cement with low-activity high alumina ferronickel slag[J].Cement and Concrete Composites,2023,136:104892.[15]㊀魏小胜.用电阻率表征水泥混凝土结构形成动力学及性能[M].武汉:武汉理工大学出版社,2016.WEI X ing resistivity to characterize the formation kinetics and properties of cement concrete structures[M].Wuhan:Wuhan University of Technology Press,2016(in Chinese).[16]㊀林宗寿,黄㊀赟,水中和.过硫磷石膏矿渣水泥与混凝土[M].武汉:武汉理工大学出版社,2015.LIN Z S,HUANG Y,SHUI Z H.Sulphur phosphogypsum slag cement and concrete[M].Wuhan:Wuhan University of Technology Press,2015 (in Chinese).[17]㊀徐㊀方,李㊀恒,孙㊀涛,等.基于分子动力学模拟的过硫磷石膏矿渣水泥组成设计[J].复合材料学报,2022,39(6):2821-2828.XU F,LI H,SUN T,et position design of excess-sulfate phosphogypsum slag cement based on molecular dynamics simulation[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2022,39(6):2821-2828(in Chinese).[18]㊀FU J Y,JONES A M,BLIGH M,et al.Mechanisms of enhancement in early hydration by sodium sulfate in a slag-cement blend-Insights frompore solution chemistry[J].Cement and Concrete Research,2020,135:106110.[19]㊀NGUYEN H,KINNUNEN P,GIJBELS K,et al.Ettringite-based binder from ladle slag and gypsum-The effect of citric acid on fresh andhardened state properties[J].Cement and Concrete Research,2019,123:105800.[20]㊀ZHOU Y,PENG Z C,CHEN L C,et al.The influence of two types of alkali activators on the microstructure and performance of supersulfatedcement concrete:mitigating the strength and carbonation resistance[J].Cement and Concrete Composites,2021,118:103947. [21]㊀XING J R,ZHOU Y,PENG Z C,et al.The influence of different kinds of weak acid salts on the macro-performance,micro-structure,andhydration mechanism of the supersulfated cement[J].Journal of Building Engineering,2023,66:105937.[22]㊀刘㊀新,冯㊀攀,沈叙言,等.水泥水化产物:水化硅酸钙(C-S-H)的研究进展[J].材料导报,2021,35(9):9157-9167.LIU X,FENG P,SHEN X Y,et al.Advances in the understanding of cement hydrate calcium silicate hydrate(C-S-H)[J].Materials Reports,2021,35(9):9157-9167(in Chinese).[23]㊀BA H J,LI J J,NI W,et al.Effect of calcium to silicon ratio on the microstructure of hydrated calcium silicate gels prepared under mediumalkalinity[J].Construction and Building Materials,2023,379:131240.[24]㊀GONG X Q,LIU J S,ZHANG T T,et al.Effect of modified phosphogypsum on properties of cement mortar[J].Journal of Testing andEvaluation,2020,48(4):20180702.。

矿渣胶凝材料生产建材应用研究

磨度／ｍｍ
．
１．２～２．０
（Ｂｑ／ｋ
状物质胶结，产生强度。其用量多少通常能决定产品的最终２．２．２结果分析
性能。研究表明：当胶凝材料掺量为１０％时，墙体砖的抗压强
仿石材是一种固体废渣高附加值利用的技术途径，但对
度一般在８１１ＭＰａ；掺量为１５％时，墙体砖的抗压强度可稳性能要求较高，首先是外观质量，要有天然石材的纹理结构，
定在１５ＭＰａ以上。
其次要求有较高的强度，如抗压强度应大于３０ＭＰａ，耐风化、
（２）配合料的影响
耐磨、几乎不吸水。
在砖的配料中，不同物质发挥着不同的作用。添加粉煤
（１）骨胶比的影响
灰的主要目的是改善塑性和成型性，如果用量太少，难以达到
以胶凝材料为基础，水渣颗粒为骨料，考察了骨胶比对材
１．３．３代替水泥生产透水砖（１）配比面层和底层：胶凝材料为３０％～３５％；骨料（水渣）为６０％
霪４加４舯ｚｓｚ邡ｓｏ－ｏｓｏ．ｚ … 舯一７０％，因水渣中存在大量０．５ｉｎｍ以下的粉末，容易堵塞孔，需要通过筛分除去；同时水渣也存在一些粘结力弱但又胶结粉煤灰Ｏ．５４４４．５３２５．５３２．３２Ｏ．５２０．０８０．３２１．０６０．１６在一起的连珠体，也要通过筛分除去；在面层的骨料中适当添
杆建魄
全国中文核心期刊
矿渣胶凝材料生产建材应用研究
仪桂兰，史永林
（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心，山西太原０３０００３）
摘要：以矿渣胶凝材料作为粘结剂，利用水渣、钢渣制备建筑砖、仿石材、透水砖。通过配比设计、性能测试，探讨了胶凝材料、配

大掺量掺合料对混凝土强度及使用性能的影响

大掺量掺合料对混凝土强度及使用性能的影响摘要：本文通过在混凝土中用较大掺量的粉煤灰、矿渣粉取代水泥后对其强度及使用性能的影响进行研究，结果说明大掺量掺合料的使用会明显改善混凝土的工作性能，水胶比拟小时7天强度不会降低，反而略有提高。

通过对胶凝材料的水化热进行检测也支持以上结论。

大掺量粉煤灰、矿渣粉等工业废料在混凝土中应用具有广阔前景，可促进节能降耗、保护环境。

关键词：掺合料；矿粉；粉煤灰；抗压强度；混凝土1前言混凝土是当前用量最大的建筑材料，一直以来给人们的印象都是重污染、高能耗。

据统计，2021年我国水泥产量到达21.84亿吨，2021年商品混凝土总产量到达88817万m3。

因此提高混凝土中掺合料比例、降低水泥用量对节能降耗、保护环境、促进社会的可持续开展等具有重要意义。

追求节能减排和耐久性上升为混凝土技术追求的主要目标【1】。

较低水胶比时，大掺量掺合料对混凝土的耐久性明显改善已经得到许多研究的证实，混凝土中掺入20%粉煤灰和30%矿渣粉对提高混凝土的抗氯离子渗透性有明显效果，矿物掺合料复元组合能降低早期〔3d〕强度及提高混凝土后期强度增进率【4】。

但在实际工程应用时，很多技术人员都认为大掺量掺合料对混凝土强度是有较大影响的，这种观念也限制了掺合料在混凝土中的大规模使用。

针对大掺量掺合料对混凝土强度和使用性能的影响，进行了一些研究，以期促进大掺量掺合料混凝土的应用。

2实验原材料选用说明目前应用最广泛的掺合料是粒化高炉矿渣粉和粉煤灰。

粒化高炉矿渣粉〔以下简称矿渣粉〕一般分为S105、S95、S75三个等级，本实验采用其中产量及使用量最大的S95级矿渣粉。

粉煤灰分为I级、II级、III级，其中I级粉煤灰活性高，质量好，对混凝土的强度影响小，是可以真正实现大掺量的粉煤灰。

但目前I级粉煤灰的供给量小，实际应用少，研究的指导意义较小，因此选用目前可大量供给的II级粉煤灰。

为了更好地研究大掺量掺合料对混凝土的工作性能的改善效果，进一步扩大低品质原材料的应用范围，本实验采用细度模数较小、含泥量较高的砂和含泥量较高的卵石。

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ＡｂｓｒｔＳａ，ｓｔａｃ：ｌｇａｍｉｉｇｘｎｍａｅｉｌｆｃｍｅ，ａｂｅｄｌｕｅ．Ｉｃｎｏｏｌｒｄｃｈｐｄｃｃｓｏｃｍｅｔｂｔｔｒａｏｅｎｔｈｓｅｎｗｉｅｙｓｄｔａｎｔｎｙｅｕｅｔｅｒｕｅｏｔｆｅｎ，ｕｏｌｏｍｐｏｅｈｗｏｋａｉｉｏｅｎ．Ｔｅｌｇｅｎｉｇａｓｉｒｖｔｅｒｂｌｔｆｃｍｅｔｈｓａｃｍｅｔｎｍａｅｉｌｏｌｗｈｄａｉｎｅｔｎｓｌｘｎｉｎｓｅｅｏｄｙｔｒａｓｆｏｙｒｔｈａａｄｍａｌｐａｓｏｉｄｖｌｐｅｏｅｗｈｃ０ｉｈ８％ｓａｓｌａｍａｎｍａｅｉｌａｂｅｘｄａｌｓｍａｌｅｎｎｏｈｒａｄｔｖｓｈｓｉｄｆｓａｅｎｉｇｍａｅｇｉｔｒａｈｓｅｎｍｉｅ，ｓｗｅｌａｓｌｃｍｅｔａｄｔｅｄｉｉｅ．Ｔｉｋｎｏｌｇｃｍｅｔｎｔ－
为主要原料，掺入少量的水泥和其它外加剂，研制具有低水化热和微膨胀的胶凝材料。此矿渣胶凝材料配制方便，具有显著的经济效益及较大的推广价值，尤其是在大型灌浆工程中具有良好的应用前景。
关键词：矿渣胶凝材料；水化热；微膨胀
中图分类号：Ｕ２Ｔ５８
收稿日期：０１０ — ９２１－３２作者简介：萍，，９２年生，川绵阳人，程师，要从事工程杨女１７四工主
比试验；最后进行大体积注浆试验，并对其结果进行分析。 ‘
１试
验
１１原材料．
矿渣：八一钢铁集团公司的成品矿渣，比表面积为４０积温升在相同条件下与３．级普通复合硅酸盐水泥进行对６２５ｍ／，２ｇ碱度系数Ｍ＝．，ｋＩ７属碱性矿渣，０具有较高的碱活性，化碳酸钠、熟石灰：均为市售；水泥：天山牌３．级复合硅酸盐２５
ｎｅｒｎ．ｅｇｉ
Ｋｅｒｓｓｇｃｍｅｔｇｍｔｉｌ；ｙｒｔｎｈａ；ｍａｘａｓｏｙｗｏｄ：ｌｅｎｉａｅａｓｈｄａｉｅｔｓｌｅｐｉｎａｎｒｏｌｎ
Ｄｌｏ指出『今后胶凝材料的发展方向是利用大ｅａＭＲｙｌ】】，
ＹＮＧＰ，ＨｉａＱＺｉｉＨａｇＡｇＺＡ０Ｗｅｉ，ｈｇ，Ａ０ＫｎｘｕＺ
（ｒｈｓｓａｃｎｔｔｔｏＮｏｔｗｅｔＲｅｅｒｈＩｓｉｕｅｆＮｕｃｅｅｈｏｏｙＸｉａ０２ＳａｎｉＣｈｎ）ｌａＴｃｎｌｇ，ｎ７１０４，ｈａｘ，ｉａｒ・
水泥；洁净自来水。水：
表１矿渣的化学成分
Ｓ０Ｆ２３１３ＣＯＭｇＳ３Ｋ０ＮｚＣ一ｉ２ｅ０Ａ２ａ０ＯＯ２ａＯ１
．
量的废物以及工业副产品，生产环境友好型、无污染、低能耗、低熟料的“ 绿色材料”实现保护环境和可持续发展目，标。矿渣
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钎建魄癯粉
中科核期国技心刊
… ｛｛
大掺量矿渲胶凝材料研究
杨萍，维霞，志桂，赵秦赵康
（西北核技术研究所，陕西西安７０２）１０４
摘要：矿渣作为水泥混合材已普遍使用，不仅可降低水泥的生产成本，而且能改善水泥的工作性。采用掺加８％以上的矿渣作Ｏ
文献标识码：Ａ
文章编号：０１７２２１）２０６ — ４１０ — ０Ｘ（０１１— ０００
Ｓｕｙｏｉｈａｄｄｑａｔｙｓａｅｅｔｇｍａｅｉｌｔｄｎｈｇｄｅｕｎｉｌｇｃｍｎｉｔｎｔｒａ
ｒａｓｓｒｐｒｄｏｅｅｔｙｎｄａａｅｒｋｂｅｃｎｍｉｂｎｆｔｎｓｒａｖｌｅ，ｓｅｉｌｉｔｅｉｌｉｐｅａｅｃｎｖｎｉｎｌａｈｓｒｍａａｌｅｏｏｃｅｅａｄｐｅｄａｕｅｐｃａｙｎｈｍａｓｖｇｏｔｎｅｇ — ｉｌｓｉｅｒｕｉｇｎｉ
是高炉炼生铁的副产品，矿渣作为混合材应用于水泥生产已有很长的历史，它不仅可以降低水泥的生产成本，而且能改善水
％
Ｌｓｏｓ
３．４３１９．８３．０７９２８０．４３４．９Ｏ．２
１试验方案．２配比设计时将矿渣掺量定在８％以上，０采用价格相对便
泥的工作性，具有水化热低、干缩小等特点，因此被广泛应用。在我国的水泥标准中，矿渣的掺量在８％以下。本文以矿渣为０主要原料，试验开发矿渣掺量达８％以０上的特性胶凝材料。
宜的碳酸钠、熟石灰等作复合激发剂，并加入适量减水剂、膨胀剂改善矿渣的性能。通过正交试验的显著性分析，确定影响矿渣水泥浆抗压强度、流动性、凝结时间及密度等指标的主要因素，通过相关系数的计算，根据需要进行调整，来获得综合性能较优的配比，并对配方的稳定性进行验证；然后对其小体