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矿渣、钢渣、粉煤灰作为大宗工业废渣,自作为辅助性胶凝材料应用于水泥及混凝土中以来,人们对它的研究越来越重视。目前对这些辅助性胶凝材料的研究主要集中在其细度、活性及掺量对水泥及混凝土性能的影响,一般认为辅助性胶凝材料的粒径越小越有利于其水化,随之水泥混凝土强度越高。因此在水泥生产中,出现了过度追求超细的混合材的现象,这大大提高水泥的生产成本。同时,将过细的矿物掺合料应用于混凝土中也会带来一系列的问题,如增加混凝土的需水量、对混凝土后期强度增长无贡献,影响混凝土的耐久性等等。
本文采用比表面积、粒度分布、均匀性系数n、粉体分形维数四种方法对各工业废渣颗粒群细度进行表征,为辅助性胶凝材料的制备提供依据。对于复合水泥而言,通过研究不同细度矿渣-钢渣、矿渣-粉煤灰、钢渣-粉煤灰复合,找出最佳的复合体系,同时,研究各辅助性胶凝材料的细度对复合水泥强度的影响。当辅助性胶凝材料掺量一定时,研究不同的复合比例的辅助性胶凝材料对复合水泥强度的影响。研究发现,矿渣的细度对复合水泥(3d、7d、28d)强度影响较大,矿渣细度越细,复合水泥强度越高;当辅助性胶凝材料掺量为50%时,矿渣占辅助性胶凝材料的比例越大,复合水泥的强度越高。研究发现钢渣、粉煤灰活性相近,它们的细度对复合水泥强度影响较小。
对于混凝土而言,通过不同细度矿渣-钢渣、矿渣-粉煤灰、钢渣-粉煤灰复合,制备出不同粒度分布的复合矿物掺合料,考察不同复合体系对混凝土力学性能的影响。由试验可知,矿渣细度对混凝土(7d)强度影响较大,矿渣越细,混凝土(7d)强度越高。粉煤灰的细度在不同的复合体系中所起的效果不同,在矿渣-粉煤灰复合体系中,粉煤灰越细,混凝土(28d)强度越高,在钢渣-粉煤灰复合体系中,粉煤灰越细,混凝土的(7d)强度越高。同时还发现粉煤灰在混凝土中的形态效应最为显著。
本文还对辅助性胶凝材料在水泥和混凝土中的作用机理进行分析,研究发现:矿渣越细,各龄期非蒸发水量增多,48h、72h累计水化放热量增多,各龄期水化生成的CH量减少,体系的水化速率加快;而细度对钢渣、粉煤灰影响不明显。通过对混凝土微观结构及孔结构的研究得出,通过合理调整各矿物掺合料的细度,可以改善混凝土的结构,改善混凝土的孔隙率。