【摘 要】
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硫铝酸盐水泥（Calcium sulfoaluminate cement,CSA）是一种低碳水泥,具有早期强度高、凝结时间短和碱度低等特性。钢渣（Steel Slag,SS）作为炼钢过程中的废弃物,产量大,但再生利用率较低,造成了环境污染和土地资源占用等问题。本文通过对钢渣粉与硫铝酸盐水泥复合浆体的凝结时间、抗压强度、电阻率、内部温度、水化产物以及液相离子浓度等进行测试,研究了不同掺量的钢渣粉对硫
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硫铝酸盐水泥（Calcium sulfoaluminate cement,CSA）是一种低碳水泥,具有早期强度高、凝结时间短和碱度低等特性。钢渣（Steel Slag,SS）作为炼钢过程中的废弃物,产量大,但再生利用率较低,造成了环境污染和土地资源占用等问题。本文通过对钢渣粉与硫铝酸盐水泥复合浆体的凝结时间、抗压强度、电阻率、内部温度、水化产物以及液相离子浓度等进行测试,研究了不同掺量的钢渣粉对硫铝酸盐水泥浆体的物理力学性能、水化产物以及液相离子浓度演变过程的影响,并通过热力学模拟,探究了复合体系中固液相的演变规律以及在氯盐和硫酸盐环境下的水化过程。主要结论如下:（1）硫铝酸盐水泥浆体的凝结时间随钢渣粉掺量的增加先延长后缩短。在钢渣粉掺量为40%时,钢渣粉能够促进硫铝酸盐水泥浆体凝结。在90 d龄期内,硫铝酸盐水泥浆体的抗压强度先增大后降低,随着钢渣粉掺量的增大,强度倒缩程度减弱。钢渣粉掺量越大,水泥浆体强度增长率最大值出现的龄期越早。在龄期为7d时,钢渣粉掺量为40%的水泥浆体强度增长率达到最大值,为36.11%。（2）硫铝酸盐水泥浆体的电阻率随着龄期的增长逐渐增大。除SS40外,电阻率变化速率峰值随钢渣粉掺量的增大而减小,峰值出现的时间延长。由于钢渣粉参与了水泥早期水化,SS40电阻率变化速率较大,与SS0相近。硫铝酸盐水泥浆体内部温度随龄期的增长先升高后降低,其峰值随着钢渣粉掺量的增大而减小。电阻率曲线过渡段上的特征点与水泥浆体凝结时间有良好的线性关系,通过特征点能够预测水泥浆体的凝结时间。（3）钢渣粉-硫铝酸盐水泥复合体系的主要水化产物为钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）、三水铝石（AH3）和水化钙铝黄长石（C2ASH8）。水泥浆体液相电导率在28 d内逐渐减小,在28 d到60 d内逐渐增大,在60 d后逐渐减小。随着龄期的增长,浆体液相中钙离子和硫酸根离子的浓度先急剧下降,然后升高,最后略微下降。根据SS0、SS40的热力学模拟结果可知,与SS0相比,SS40水泥浆体生成了新的水化产物C2ASH8。SS40中的钙矾石和C2ASH8的总含量与SS0中钙矾石含量几乎相同,用钢渣粉替代40%的水泥并不会减少水化产物的总量。（4）通过建立SS0、SS40水化过程的的热力学模型,模拟了钢渣粉与硫铝酸盐水泥复合体系在氯盐和硫酸盐侵蚀环境下的水化产物演变规律。氯盐侵蚀的水化产物种类与水泥浆体接触到的Na Cl溶液质量有关,当Na Cl溶液质量大于178.6g时,水化产物为Kuzel盐;当Na Cl溶液质量大于178.6g、小于356.5g,水化产物为Kuzel盐和Friedel盐;当Na Cl溶液质量大于356.5g,水化产物为Friedel盐;硫酸盐侵蚀能够使AFm转化为AFt,随后生成更多的钙矾石,导致结构总体积急剧增大。氯盐-硫酸盐溶液的相互作用可分为两个方面。一方面,Friedel盐可以减少钙矾石的形成;另一方面,Friedel盐会被Na2SO4分解,但没有钙矾石和石膏生成。掺入40%的钢渣粉能够提高硫铝酸盐水泥的抗氯盐和硫酸盐侵蚀性能。
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