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2005年我国水泥产量高达10.64亿吨,大量资源和能源的消耗,使水泥行业的可持续发展面临严峻挑战。利用工业废渣作为水泥混合材和制备特殊功能胶凝材料是解决问题的有效途径之一,不仅节约资源、能源,减少污染,还可以利用废渣特性克服硅酸盐水泥自身缺陷。论文依托国家“863”课题《低环境负荷型水泥及胶凝材料关键制备技术》,通过开发复合改性技术,利用高钙灰、钢渣研制出高耐久性胶凝掺合料,并系统研究其使用性能和耐久性能。 高钙灰特性研究表明,除了组分含量波动、f-CaO含量高以外,显著延长凝结时间,掺50%高钙原灰的复合水泥不能正常凝结并可能引起安定性不良。钢渣特性研究表明,除了组分含量波动,钢渣活性较高钙灰低,掺量超过30%明显降低水泥、混凝土强度。 利用煅烧磷石膏、三乙醇胺和机械活化等措施对高钙灰和钢渣进行活性激发,研制出高耐久性胶凝掺合料,使高钙灰和钢渣可等量取代水泥用量的20%～50%并显著改善水泥、混凝土耐久性。矿物复合改性技术的化学激发机理是,煅烧石膏具有溶解度高及晶体结构松弛的特性,这种特性使煅烧磷石膏既具有较高的活性激发效果又能具有一定缓凝作用;三乙醇胺既具有早强作用,又能起到良好的助磨效果;磨细的物理激发使高钙灰、钢渣粗颗粒减少,比表面增加,增加反应活性,同时弱化f-CaO引起的安定性不良。 利用高钙灰、钢渣和煅烧磷石膏制备的高耐久性胶凝掺合料MPS以50%等量取代水泥,胶砂28天抗折抗压强度虽然降低,但二次水化作用促使胶砂90天抗折抗压强度明显提高。并且采用20℃,淡水浸泡养护、50%RH干燥养护和5%Na2SO4溶液浸泡养护三种养护制度研究MPS高耐久性胶凝掺合料对胶砂体积收缩性能影响,发现胶砂28天、90天体积收缩均有明显抑制作用。养护28天,纯水泥试样体积均呈收缩状态,而采用MPS高耐久性胶凝掺合料试样在三种养护制度下都处于体积膨胀状态,未出现收缩现象。养护90天,在淡水养护制度下,收缩率降低56.9%;干燥养护制度下,收缩率降低28.4%;在5%Na2SO4溶液养护制度下,收缩率降低88.1%,试体接近零收缩。混凝土氯离子渗透性试验和抗冻融循环试验证明,采用MPS高耐久性胶凝掺合料,渗透性只有纯水泥试样的66.9%,而100次冻融循环动弹模损失只有纯水泥试样的29.9%。