摘要
钢渣作为冶金过程中产生的一种灰黑色固体废料，其产出率约为粗钢产量的15%左右。目前，我国钢渣以转炉钢渣为主，虽然具有一定的水硬性，但水化反应速率不高，很难直接用于胶凝材料的制备。为了实现钢渣的资源化利用，响应国家“双碳目标”，本文采用行星式球磨机对钢渣进行物理活化，探讨机械力粉磨对钢渣粉体粉磨特征的影响和对火山灰活性的增强作用机制。同时选用所制备的钢渣粉体、矿渣与脱硫石膏作为主要原材料，在Na2CO3和MgO的联合激发作用下制备钢渣基胶凝材料，对钢渣基胶凝材料的水化过程、水化产物以及微观形貌进行重点研究。并在后续通过碳化养护进一步增强钢渣基胶凝材料的力学性能，主要研究内容与结论如下： （1）本文研究了不同粉磨时间下钢渣粉体的粉磨特征，通过水泥钢渣复合胶凝材料的力学性能、水化产物与微观形貌来探究不同细度下钢渣粉体的火山灰活性变化规律，并利用比强度法对其火山灰活性进行了定量分析。试验结果表明，当钢渣粉体的中粒径为50.4μm，比表面积为465.09m2/kg时，钢渣粉体的火山灰活性指数与火山灰效应贡献率分别达到87.01%与19.55%，适用于钢渣基胶凝材料的制备。 （2）钢渣基胶凝材料的水化机制：激发剂的加入与矿物相的解离可以为胶凝体系提供碱性环境与相关离子。而在水化前期生成的AFt与水滑石相则分别起到为水化产物提供生成位点与加速碳酸盐相转化的作用。最后在钢渣与矿渣的水化协同作用下，胶凝体系中生成了大量的水化产物，促进了钢渣基胶凝材料力学性能的提升。 （3）通过三因素四水平正交试验，探究矿渣与脱硫石膏掺比、碳酸钠和氧化镁掺量对钢渣基胶凝材料流动度与力学性能的影响规律，并确定钢渣基胶凝材料的最优配比。试验结果表明将钢渣、矿渣与脱硫石膏按照40∶57∶3的比例混合，外掺胶凝材料质量2%的碳酸钠、5%的氧化镁以及0.3%的萘系减水剂，胶砂比1∶2，水胶比0.35，可以配制出流动度171mm，28d抗折强度与抗压强度分别为9.86MPa和40.62MPa的钢渣基胶凝材料。 （4）在钢渣基胶凝材料碳化养护的过程中，随着碳化温度与CO2压力的提升，钢渣基胶凝材料净浆试块的抗压强度先提升后降低，这是因为过高的温度会降低CO2的溶解度并且导致胶凝体系的水分快速蒸发，进而影响碳化效果，而过高的CO2压力则会使大量的方解石堆积在试块表面，提高试块表面的密实度，降低孔隙率，阻碍了CO2进入试块内部，影响碳化效果。另一方面长时间的碳化对钢渣基胶凝材料的抗压强度影响不大。试验结果表明：当碳化温度70℃、碳化压力0.7MPa、碳化时间30min时钢渣基胶凝材料净浆试块的碳化效果最合适，抗压强度可以达到49.24MPa与未碳化相比提升25.38%。
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