摘要
碱矿渣胶凝材料以磨细水淬粒化高炉矿渣为固态分散相，配以一定量碱激发组分组成，其生产过程节能、利废、环保，并且具有优良的强度及耐久性，开发利用符合经济社会可持续发展政策。但配置的混凝土具有干缩率明显高于普通混凝土的问题，极易导致结构表面龟裂和干缩裂缝的形成。形成一定量钙矾石可以有效补偿普通混凝土的收缩，其形成与混凝土的碱含量有关。碱矿渣混凝土是一种超高碱混凝土，研究钙矾石在超高碱混凝土的形成与稳定规律，对开发适用于碱矿渣混凝土的补偿收缩技术至关重要。 试验研究了钙、铝、硫比例、碱当量等参数对碱矿渣水化产物、微观形貌、抗压强度、膨胀性能的影响。结合XRD、SEM等测试结果，分析了碱矿渣胶凝材料系统中钙矾石的形成条件和机理。揭示的主要规律如下： ①硫酸盐掺量和碱当量对碱矿渣水泥体系钙矾石的形成有重要影响。水胶比为0.35时，石膏掺量在5.8-14.49%范围内，硫酸钠掺量在2.39-8.37%范围内，掺量的提高使碱矿渣水泥水化产物中钙矾石形成量增加。比较而言，掺加石膏时钙矾石形成速率较快。其他条件一定时，碱当量由0提高至6%，碱矿渣体系形成的钙矾石量减少。 ②随着石膏掺量增加，钙矾石的形貌由短粗的六边形柱状逐渐变长变细，成为细长的针棒状；随着硫酸钠掺量增加，钙矾石由细长的针棒状逐渐变为更短更细的纤维状；随着碱当量的增长，生成的钙矾石逐渐变细变长。 ③钙矾石的形成会提高碱矿渣水泥3d及7d抗压强度，对28d强度影响不明显，未反应的石膏或硫酸钠对抗压强度有不利影响。 ④养护温度提高不利于碱矿渣水泥体系中钙矾石的形成，70℃-100℃快速养护的碱矿渣浆体中未见钙矾石生成。 ⑤孔隙溶液pH值随石膏或硫酸钠掺量的增加而下降，随着碱当量的增加而上升。掺入硫酸钠时孔隙溶液Ca离子浓度较低，低碱当量时Al浓度较低，均可能是钙矾石形成的控制因素。 ⑥碱矿渣水泥砂浆生成钙矾石时，限制膨胀率有所提高，干燥收缩率有所降低，在水化反应早期的膨胀作用较为明显。
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