DOL:10.13374/.issn1001-053x.2011.05.001 第33卷第5期 北京科技大学学报 Vol.33 No.5 2011年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2011 矿渣一粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料 伏程红倪文区张旭芳王中杰 田明阳 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:niwen(@ces.usth.cdu.cm 摘要通过优化配比组分、粒级设计和使用外加剂，制备出一种高摻量矿旷渣、粉煤灰且使用水泥熟料较少的矿渣一粉煤灰基 高性能混凝土专用胶凝材料.研究了物料粉磨方式、石膏摻量、矿渣与粉煤灰的掺量及比例对复合高性能胶凝材料体系强度 的影响，并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析手段观察其微观结构和水化产物，阐明了复合胶凝材料活性与 级配协同优化效应.复合胶凝材料胶砂水胶比为0.36时具有较好的流动度，胶砂试块养护28d抗压强度可以达到58.9MP, 抗折强度达到14.2MPa,并具有良好的抗疏酸盐侵蚀性能，配制的混凝土具有良好的抗碳化性能. 关键词胶凝材料：矿渣；粉煤灰：抗压强度：抗侵蚀性能：抗碳化性能 分类号TD98 Slag-fly ash based cementitious materials special for high performance concrete FU Cheng-hong,NI Wen,ZHANG Xufang,WANG Zhong jie,TIAN Ming-yang Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines,University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083.China Corresponding author,E-mail:niwen@ces.ustb.edu.cn ABSTRACT Cementitious materials special for high performance concrete with high volume of fly ash and slag and less cement clink- er were prepared by optimizing the proportion of ingredients and the size fraction and using an additive.The effects of grinding modes, gypsum amount and the mix proportion of slag to fly ash on the strength of the cementitious materials were studied.X-ray diffraction analysis (XRD)and scanning electron microscopy (SEM)were used to observe the microstructure and hydration products and investi- gate the collaborative optimization effect between the activity and grading of the cementitious materials.The results show that cementi- tious materials have good mortar fluidity when the water-binder ratio (W/C)is 0.36,the compressive strength of colloidal mortar spec- imens cured for 28 d is 58.9 MPa and the 28d flexural strength is 14.2 MPa,which have favorable properties of erosion resistance to sulfates.The concrete made from the cementitious materials has a better ability of carbonation resistance. KEY WORDS cementitious materials:slags;fly ash:compressive strength:erosion resistance:carbonation resistance 20世纪90年代以来，高性能混凝土(high 代替水泥，通常会导致混凝土强度特别是早期强度 performance concrete,HPC)的研究与应用取得了快 大幅度降低，凝结时间延长，这限制了工业废渣在高 速发展-).目前矿渣和粉煤灰已经成为高性能混 性能混凝土中的使用. 凝土不可缺少的组分.高性能混凝土的制备一般采 如果把配制高性能混凝土的某些环节前移到 用的方法是将矿渣和粉煤灰作为矿物掺合料与水泥 水泥的生产过程中来，按照高性能混凝土的思想 复合，从而降低混凝土的水化热和提高混凝土的耐 对构成胶凝材料的不同组分进行粒级与活性的双 久性-习.将工业废渣作为高性能混凝土的有益组 重协同优化，再加上配比的调整就有可能生产出 分，可有效利用燃煤电厂产生的粉煤灰和钢铁工业 用于高性能混凝土的专用胶凝材料.高性能混凝 产生的高炉粒化矿渣，减少硅酸盐水泥熟料生产中 土专用胶凝材料可解决水泥生产与混凝土配制之 C0,S0,和NO,等废气和粉尘的排放量-.但是， 间的脱节问题，也有助于解决目前尚无高性能混 简单地在混凝土中大量掺入矿渣、粉煤灰等掺和料 凝土生产的我国中小城镇和农村对高性能混凝土 收稿日期：2010-05-17 基金项目：“十五”国家科技攻关计划资助项目(Na.2004BA615A05-O8)第 33 卷 第 5 期 2011 年 5 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 5 May 2011 矿渣--粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料 伏程红 倪 文 张旭芳 王中杰 田明阳 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 通信作者，E-mail: niwen@ ces． ustb． edu． cn 摘 要 通过优化配比组分、粒级设计和使用外加剂，制备出一种高掺量矿渣、粉煤灰且使用水泥熟料较少的矿渣--粉煤灰基 高性能混凝土专用胶凝材料． 研究了物料粉磨方式、石膏掺量、矿渣与粉煤灰的掺量及比例对复合高性能胶凝材料体系强度 的影响，并通过 X 射线衍射( XRD) 和扫描电镜( SEM) 微观分析手段观察其微观结构和水化产物，阐明了复合胶凝材料活性与 级配协同优化效应． 复合胶凝材料胶砂水胶比为 0. 36 时具有较好的流动度，胶砂试块养护 28 d 抗压强度可以达到 58. 9 MPa， 抗折强度达到 14. 2 MPa，并具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能，配制的混凝土具有良好的抗碳化性能． 关键词 胶凝材料; 矿渣; 粉煤灰; 抗压强度; 抗侵蚀性能; 抗碳化性能 分类号 TD98 Slag-fly ash based cementitious materials special for high performance concrete FU Cheng-hong，NI Wen ，ZHANG Xu-fang，WANG Zhong-jie，TIAN Ming-yang Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines，University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: niwen@ ces． ustb． edu． cn ABSTRACT Cementitious materials special for high performance concrete with high volume of fly ash and slag and less cement clink￾er were prepared by optimizing the proportion of ingredients and the size fraction and using an additive． The effects of grinding modes， gypsum amount and the mix proportion of slag to fly ash on the strength of the cementitious materials were studied． X-ray diffraction analysis ( XRD) and scanning electron microscopy ( SEM) were used to observe the microstructure and hydration products and investi￾gate the collaborative optimization effect between the activity and grading of the cementitious materials． The results show that cementi￾tious materials have good mortar fluidity when the water-binder ratio ( W/C) is 0. 36，the compressive strength of colloidal mortar spec￾imens cured for 28 d is 58. 9 MPa and the 28 d flexural strength is 14. 2 MPa，which have favorable properties of erosion resistance to sulfates． The concrete made from the cementitious materials has a better ability of carbonation resistance． KEY WORDS cementitious materials; slags; fly ash; compressive strength; erosion resistance; carbonation resistance 收稿日期: 2010--05--17 基金项目:“十五”国家科技攻关计划资助项目( No． 2004BA615A--05--08) 20 世 纪 90 年 代 以 来，高 性 能 混 凝 土 ( high performance concrete，HPC) 的研究与应用取得了快 速发展［1--3］． 目前矿渣和粉煤灰已经成为高性能混 凝土不可缺少的组分． 高性能混凝土的制备一般采 用的方法是将矿渣和粉煤灰作为矿物掺合料与水泥 复合，从而降低混凝土的水化热和提高混凝土的耐 久性［4--7］． 将工业废渣作为高性能混凝土的有益组 分，可有效利用燃煤电厂产生的粉煤灰和钢铁工业 产生的高炉粒化矿渣，减少硅酸盐水泥熟料生产中 CO2、SO2 和 NOx等废气和粉尘的排放量［8--9］． 但是， 简单地在混凝土中大量掺入矿渣、粉煤灰等掺和料 代替水泥，通常会导致混凝土强度特别是早期强度 大幅度降低，凝结时间延长，这限制了工业废渣在高 性能混凝土中的使用． 如果把配制高性能混凝土的某些环节前移到 水泥的生产过程中来，按照高性能混凝土的思想 对构成胶凝材料的不同组分进行粒级与活性的双 重协同优化，再加上配比的调整就有可能生产出 用于高性能混凝土的专用胶凝材料． 高性能混凝 土专用胶凝材料可解决水泥生产与混凝土配制之 间的脱节问题，也有助于解决目前尚无高性能混 凝土生产的我国中小城镇和农村对高性能混凝土 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.05.001