碳钢熔渣与不锈钢渣对水泥基复合胶凝材料水化活性及胶凝特性的影响及机理

碳钢熔渣与不锈钢渣对水泥基复合胶凝材料水化活性及胶凝特

性的影响及机理

中国作为全球最大的钢渣生产国,每年钢渣产量占全球钢渣产量的55%以上。钢渣这类工业副产品,通常磨细后可作为胶凝材料替代一部分水泥,在低碳建筑

材料发展中具有非常重要的作用。

考虑以上因素,如何提高钢渣作为水泥替代材料的利用率,是同时提高钢材

行业和混凝土行业可持续发展的重要课题。因此,本文系统深入研究了利用两种高细度钢渣（转炉碳钢熔渣CS和电弧炉不锈钢渣SS）作为胶凝材料,对水泥基

复合胶凝材料体系水化特性及胶凝性能的影响规律,并揭示了其复杂机理。

本文首先测定了水泥-钢渣砂浆的标准稠度、pH值、凝结时间以及不同钢渣取代比例,对水泥基复合胶凝材料体系流动度的影响。其次,详细对比了单掺CS、SS两种钢渣的水泥基复合胶凝材料体系的水化活性与水化反应特性的影响规律。

两种钢渣等量取代水泥的质量分数为15%（CS15和SS15）和30%（CS30和SS30）。实验结果表明:CS相比于SS表现出更高的碱度和pH值,以及更多具有水化反应活性的物相;两种钢渣由于其颗粒细度更高,均展现出一定程度的减水效果;CS颗粒加入水泥净浆后,尤其在掺量较高时,会造成净浆闪凝并缩短初凝时间;CS或SS掺量为50%的水泥净浆的pH值,均低于纯水泥净浆的碱度。

并且,通过复掺钢渣的水泥净浆（OPC-CS和OPC-SS）的力学强度和孔隙结构测试结果证明,SS的整体水化活性不如CS;水化热分析表明两种钢渣的水化反应均为放热反应,但CS浆体相比于SS浆体具有更高的早期水化活性,而SS浆体水化活性在长龄期时则高于CS浆体;钢渣与水泥复合的净浆OPC-CS和OPC-SS在初始3天内的水化速率相似,但前者在后期的水化速率更高;当钢渣掺量不超过15%

时,其对水泥砂浆强度的不良影响可以忽略。采用X射线衍射仪（XRD）、热重-扫描差式量热仪（TG/DSC）、傅里叶转换红外光谱仪（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）等多种测试分析技术,对净浆和砂浆的微观机理进行了定量分析。

研究结果表明,CS硬化浆体内的主要水化产物为C-S-H、C-A-H、C-A-S-H、AH₃和CH,而SS硬化浆体内的反应产物主要为C-S-H;SS相比于CS,会进一步降低水泥基体中的CH含量。通过背散射电子成像技术（BSE）/X射线能谱（EDS）分析,复合净浆OPC-CS和OPC-SS在水化90天时,水化产物C-S-H 的Si/Ca比分别为0.31和0.52,而同龄期纯水泥净浆中C-S-H的Si/Ca比则介于二者之间。

对其水化产物进行EDS面扫描分析后发现,钢渣颗粒周围分布有Si和Ca元素,其中,CS颗粒周围还分布有Al元素。