钢渣是炼钢过程中排放的炉渣,其排放量约占粗钢产量的25%。目前,钢渣主要被作为骨料或者填料应用于实际工程中,而作为胶凝材料的利用率较低。我国的绝大部分钢渣为转炉钢渣,虽然其自身具有水硬性,但是水化速率非常低。通过碱性激发的方式可以明显改善钢渣的胶凝性,将碱激发钢渣作为胶凝材料配制无水泥熟料混凝土既可以减少水泥的产量,又可以有效地解决因水泥生产和钢渣堆存而产生的环境污染问题。本文选取一种转炉钢渣,研究了其在碱性环境下的水化特性,探索了碱性环境和胶凝材料组分的变化对于碱激发钢渣水化硬化的影响,并对碱激发钢渣混凝土的宏观性能进行了评价。主要研究内容和结论如下:首先,研究了碱激发钢渣的水化特性,并与硅酸盐水泥水化作对比。仅对抗压强度而言,4种常用激发剂的激发效果为:水玻璃>Na2C03>NaOH>Na2S04。在水玻璃激发的环境下,钢渣与水泥的水化过程相似。碱激发钢渣的晶态水化产物是由硅酸钙水化产生的Ca(OH)2,非晶态产物是由硅酸钙和C3A水化产生的C-A-S-H凝胶。与硅酸盐水泥相比,虽然碱激发钢渣的水化速率较快,但是由于活性组分少导致水化产物含量低;碱激发钢渣产物中Ca(OH)2结晶差,C-A-S-H凝胶中的[SiO4]4-四面体主要以Q2的结构存在,Ca/Si比较小而Al/Si比相似。碱激发钢渣基体中存在较多的微裂缝和大量表面光滑的未反应颗粒,既不利于孔隙结构的发展,又损害了基体的粘结性,导致其抗压强度比较低。其次,通过变化水玻璃的模数而改变碱性环境和硅酸盐含量,研究了模数变化对于碱激发钢渣水化硬化的影响。提高水玻璃模数并不影响水化产物的类型,但是会略微降低C-A-S-H凝胶中Ca/Si比和Al/Si比,还增加了凝胶的聚合度。提高模数虽然降低了钢渣颗粒的溶解和反应速率,从而降低了体系的水化程度并减少了水化产物的含量,但是使得水化产物分布的更加均匀,细化了孔隙结构,提高了抗压强度。此外,提高模数使得新拌浆体的流动性变差,初凝时间延长。然后,通过掺加矿渣改变胶凝组分,研究了矿渣掺量对于碱激发钢渣水化硬化的影响。掺加矿渣并不会改变碱激发钢渣水化产物的类型,但是掺加矿渣明显减小了凝胶中Ca/Si比,增大了 Al/Si比,也增加了凝胶中[Si04]4-四面体的聚合度。虽然掺加矿渣延缓了水化反应,但对96 h累计水化热影响较小。掺加矿渣使得新拌浆体的流动性变差,掺加10%的矿渣明显缩短了浆体的初凝时间,掺加20%的矿渣对于初凝时间的影响较小。虽然掺加矿渣对整个碱激发钢渣体系的水化产物含量影响较小,但是矿渣的掺加使得水化产物分布的更加均匀,改善了孔隙结构,明显提高了抗压强度。最后,研究了碱激发钢渣混凝土的力学性能、体积稳定性和耐久性。提高水玻璃的模数或者矿渣的掺量都能降低碱激发钢渣混凝土的连通孔隙率,改善基体的孔隙结构,提高混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和静弹性模量。随着水玻璃模数的提高,自生收缩、干燥收缩和化学收缩都明显增加;随着矿渣掺量的增加,干燥收缩和化学收缩减小,而自生收缩先增大后减小。碱激发钢渣混凝土的抗早期开裂性能好,属于低开裂风险等级。碱激发钢渣混凝土的抗硫酸盐侵蚀性优于水泥混凝土。在Na2SO4侵蚀的环境中,碱激发钢渣体系中没有AFt的形成,仅仅发生化学反应生成少量的CaSO4·2H2O和物理结晶产生少量的Na2SO4·10H2O。碱激发纯钢渣混凝土的抗火性不如水泥混凝土,且水玻璃模数越高,抗火性越差。掺加矿渣可以改善碱激发钢渣混凝土在500℃之前的抗火性,矿渣掺量越高,混凝土的抗火性越好。