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钢渣是一种大宗工业固体废弃物,因其富含硅酸钙矿物,具备在水泥和混凝土中应用的基础条件,但不同来源钢渣之间的胶凝活性差异较大。为实现钢渣大规模工业化应用时品质稳定性的控制,急需研究开发出对钢渣胶凝活性进行快速评价的方法。本文依托“十一五”国家科技支撑计划项目“钢渣重构技术与装备”(课题编号:2006BAF02A24),针对钢渣胶凝活性快速评价的技术难题,开展了钢渣的胶凝活性与化学溶出特性关系的研究,主要工作成果如下。
本文选择了七种不同来源的钢渣,设计了六种胶凝体系,开展了钢渣胶凝活性的比较研究,以期寻求有利于钢渣胶凝活性发挥的胶凝体系,并初步探索钢渣组成与性能的关系。研究结果表明:钢渣与高炉矿渣的配合使用,有利于钢渣胶凝活性的发挥,钢渣的CaO/(SiO2+Al2O3)值可以在一定程度上反映其自身胶凝活性的大小。
分别采用氢氧化钾.蔗糖(KOSH)溶液、EDTA-碱溶液和水杨酸-甲醇-丙酮(SAMA)溶液作为溶剂,对基准水泥和七种钢渣进行选择性溶解。分析钢渣处理工艺、钢渣粉体比表面积、选择性溶解的时间、溶解温度和萃取剂溶液浓度等因素对钢渣溶出量的影响。结合砂浆力学性能,分析了钢渣的溶出总量、主要组分溶出量与胶凝材料的抗压强度之间的关系。实验结果表明,钢渣的溶出总量、主要组分的溶出量与相关胶凝材料的抗压强度具有良好的对应关系,相关系数均在0.98以上,这种良好的对应关系可以用于钢渣胶凝活性的快速评价。
在上述宏观性能研究基础上,利用化学全分析、XRD、SEM及EDS等测试方法,从微观组成和结构出发,分别测定了基准水泥和钢渣溶出前后的化学组成、矿物组成及结构,分析了三种化学溶出方法对各种矿物的溶解程度,初步探讨了三种化学溶出方法的溶出机理。实验结果表明,KOSH溶液能够完全溶解基准水泥和钢渣中的C3A、C12A7、C2F和C4AF,部分溶解Ca(OH)2、SiO2、C3S和C2S; EDTA-碱溶液能够完全溶解基准水泥和钢渣中的C3S、C2S、C2F、C3A、C4AF、C12A7、f-CaO和Ca(OH)2,部分溶解尖晶石(MA)、原顽火辉石(MS)和钙铝黄长石(C2AS); SAMA溶液能够完全溶解基准水泥和钢渣中的C3S、C2S和f-CaO,部分溶解Ca(OH)2,少量溶解C4AF、C3A和无定形含铝矿物;三种溶剂都不能溶解RO相、MgO、FeO、Al2O3和钙铁橄榄石(CFS)等矿物。