论文总字数：17413字

摘 要

利用工业固体废弃物制备高性能复合矿物掺合料，实现工业废渣资源化利用是当前研究的一项重大课题，本文总结了研究者们在新型矿物掺合料的制备和对矿物掺合料活性激发的进展。通过对工业固体废弃物的合理利用，更重要的意义在于理顺钢铁生产过程中主产品和副产废弃物的关系，促进主业发展。

本文研究矿粉以及其他工业固废进行复合时，不同的比例及掺量对水泥胶砂强度和活性的影响，并且设置对照，加入同样配比的掺合料，添加活化剂研究活化剂对水泥胶砂强度和活性的影响。研究表明1、同样配比的掺合料，添加活化剂可以大幅提高7天和28天强度和活性指数。2、无论是否添加活化剂，复合掺合料配比中矿粉用量愈小（90%，88%，86%，84%），水泥强度（7d、28d）整体上呈下降趋势。

关键词：矿物掺合料；活化剂；钢渣；强度

Abstract

The preparation of high-performance composite mineral admixtures from industrial solid wastes and the utilization of industrial wastes as resources are an important research topic at present. This paper summarizes the progress of researchers in the preparation of new mineral admixtures and the activation of mineral admixtures. Through the rational utilization of industrial solid waste, the more important significance is to straighten out the relationship between the main products and by-products waste in the steel production process, and promote the development of the main industry.

In this paper, when mineral powder and other industrial solid wastes are compounded, the influence of different proportion and dosage on the strength and activity of cement mortar is studied. The contrast is set, the same proportion of admixture is added, and the activator is added to study the influence of activator on the strength and activity of cement mortar. The results show that 1. The strength and activity index of 7 and 28 days can be greatly improved by adding activator with the same mixture ratio. 2. No matter whether the activator is added or not, the smaller the amount of mineral powder (90, 88, 86, 84) in the composite admixture ratio, the lower the mortar strength (7d, 28d) as a whole.

Key Words：Mineral admixture; activator; steel slag; strength

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 矿物掺合料制备的理论基础 3

1.2.1 矿渣的组成和胶凝性能 3

1.2.2 矿物掺合料的活性激发 3

1.3国内外研究现状 4

1.3.1 矿物掺合料的活性激发进展 4

1.3.2 矿物掺合料的制备 4

1．4本文研究的主要目的及内容 6

1.4.1 研究的目的 6

1.4.2 研究的主要内容 7

第2章 实验原材料与实验方法 8

2.1矿物掺合料原材料选择标准 8

2.2主要原材料及基本性能 8

2.2.1 矿渣 8

2.2.2 水泥 8

2.2.3 钢渣 9

2.2.4 石膏 9

2.2.5 脱硫灰 9

2.2.6 石灰石 9

2.3 实验主要仪器和设备 10

2.4 试验方法和和检测标准 10

2.4.1 水泥胶砂试块的成型 10

2.4.2 试体养护 11

2.4.3 抗折强度实验 11

2.4.4 抗压强度实验 11

2.4.5试样检测标准 12

第3章 实验结果与讨论 13

3.1 钢渣粉对水泥物理性能的影响 13

3.2复合掺合料的活性试验 16

第 4章 结论与展望 22

3.1结论 22

3.2展望 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着现代社会的发展，人们对新型建筑材料的需求逐年增加，特别是高性能，耐用的建筑材料。但是，能源危机，环境污染和矿产资源枯竭等问题迫使建筑材料生产满足绿色和可持续发展的要求。因此，在混凝土中添加一定量的矿物掺合料代替水泥，以减少水泥用量和水泥产量，已成为解决原料短缺问题的一种常用的方法。同时，新型添加剂的出现增加了矿物掺合料对混凝土的影响，增加了矿物掺合料的应用空间，促进了新型复合矿物掺合料的研究开发。
工业社会的发展越来越与高性能混凝土密不可分。通过在混凝土的基本成分（砂，石，水泥和水）中添加外加剂和矿物外加剂，可以配制出各种高性能混凝土。矿物掺合料已成为高性能混凝土（如水，水泥，骨料和掺合料）的重要组成部分。复合矿物掺合料具有良好的活性，可以增加工业固体废物的回收利用并减少水泥含量。消费量符合中国工业绿色和可持续发展战略的要求。
目前，矿渣已成为优质的辅助胶凝材料，矿渣粉作为矿物掺合料用于制备优质的建筑材料。矿渣具备应用技术成熟，活性较高，综合利用率甚至接近100％的特点。但是，随着水泥和混凝土产量的持续增长，矿渣细粉的供应变得越来越紧张。在某些地区，矿渣细粉的价格甚至可以与水泥熟料相提并论，这增加了矿渣掺合料的应用成本。在这种情况下，很容易获得工业固体废物（例如石屑，工业炉渣，低级粉煤灰，锰渣，工业废石膏，废混凝土，硅粉等）和炉渣以制备绿色矿物掺合料，可以减轻混合的负担。矿粉供应在一定程度上紧张的问题，同时可以提高固废综合利用率，减少环境污染，变废为宝，增加矿渣的经济价值，节约社会资源，具有巨大的经济效益和社会效益。在这种背景下，矿粉与工业固废的高性能复合材料将成为矿渣细粉生产与应用的重要发展方向，也是我国工业废渣综合利用的重要途径。
目前，作为炼钢工业废渣的钢渣约占钢铁产量的10％。很长一段时间以来，钢渣不能得到有效，彻底的利用，同时工业生产造成的工业废渣累计量大，分布广泛，既浪费了土地资源，又造成了严重的水质和空气污染状况。钢渣含有一定数量的C₃S，C₂S等矿物，这些成分为钢渣成为水泥外加剂和混凝土外加剂提供了条件。但是，钢渣包含许多成分，例如CaO和MgO。如果无法合理控制，则很容易导致稳定性差。经过研究发现，钢渣细粉活化处理可以在一定程度上解决解决CaO和MgO造成的有害膨胀的问题，同时钢渣的活性能够得到大幅度的提高。将处理后的钢渣用作掺合料加入建筑材料中，提供了将工业固体废弃物进行合理资源转化利用的思路。钢渣作为一种矿物掺合料，不仅可以解决矿粉供应紧张的问题，而且可以解决大量钢渣的回收利用问题，符合绿色可持续发展战略。改善钢渣作为矿物掺合料的性能具有广阔的前景。
石灰石添加进水泥作为混合材料已经有相当长的一段历史。添加少量石灰石，水泥的早期强度就能得到提升。石灰石作为水泥的混合材料在应用和理论上都有相当成熟的研究成果，研究表明石灰石作为掺合料具有改善水泥的保水性，可加工性和抗渗透性的物理性能。但是，石灰石作为水泥的掺合料的主要缺陷是会降低水泥的后期强度，并且随着石灰石的掺入量的提高，这种效应会越显著。有研究指出石灰石和矿渣微粉按照合适的比例复合成矿物掺合料，能够有效提高水泥的强度。工业生产中的废弃石灰石产量大，容易获得，用作矿物掺合料可以实现石灰石的再利用，变废为宝。石灰石用作矿物掺合料还有许多问题需要克服，通过进一步研究能更好地提高石灰石用作水泥混合材的性能。

钢铁行业在生产过程中会产生大量的SO₂，对环境造成巨大的污染。通过干法、半干法脱硫技术得到产物脱硫灰，脱硫灰的主要产物是亚硫酸钙。脱硫灰的作用之一是作掺合料掺入胶凝材料中，由于脱硫灰呈碱性，可以起到碱性激发的作用，能够提高矿物掺合料的活性。通过大量的研究表明脱硫灰和矿渣微粉以适当的比例复合，能够有效提升建筑材料的强度和性能。脱硫灰是SO₂经过脱硫处理后的产物，能够作为矿物掺合料，将工业生产中的固体废渣进行有效利用，既保证工厂的利益，又符合国家的环保政策。脱硫灰作矿物掺合料有巨大的应用前景。

随着矿渣微粉供应越来越紧张，价格越来越高，科研工作者越来越重视对工业固体废弃物，如钢渣、石灰石、脱硫灰等作为矿物掺合料的功能。这些工业固废生产量大、分布广泛且容易获得，同时它们本来就浪费土地资源，并对环境造成污染，对这些固废的合理利用有利于资源回收，实现可持续发展，更重要的是能够顺钢铁生产过程中主产品和副产废弃物的关系，促进主业发展。

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