掺杂矿渣对水泥收缩补偿效应的影响-毕业设计论文

1、掺杂矿渣对水泥收缩补偿效应的影响摘 要研究矿渣水泥的收缩补偿实验，通过调整不同原料（矿渣粉、硅酸盐水泥熟料、石膏 以及明矶）的配合比，达到最好的效果，即在满足强度的前提条件下测定矿渣水泥试块 的膨胀率。由于实验条件限制，主要测量其28 d的相对膨胀率（28 d相对膨胀率=28 d试 块长度/脱模试块长度），通过不同的实验配合比，可以得到以下的结论：矿渣掺量的不 同影响着水泥的收缩补偿效应；水泥熟料掺加量影响着水泥的收缩补偿效应；钙研石的 生成量影响着水泥收缩补偿效应。本文实验部分分为两个阶段，具采用的原料具有很大 的不同，在第一阶段实验中（原料：矿渣粉、硅酸盐水泥熟料粉以及石膏）可以得到矿 渣

2、：硅酸盐水泥熟料：石膏二55:38:7是为最佳实验配合比，此时可以看到明显的收缩补 偿效应。第二阶段实验在第一阶段实验的基础上引用了明帆添加硫酸根离子作为硫酸盐 激发剂，可以得到矿渣粉：硅酸盐水泥熟料粉：石膏：明研 =53:36:9:2是为最佳配合 比，可以明显的看到第二阶段实验比第一阶段实验具有较高的收缩补偿效应，这是因为 加入明研引入了硫酸根离子导致生成钙研石的量增加，钙研石微膨胀填充水泥水化导致 的收缩从而出现补偿效应。关键词：矿渣掺量；钙矶石微膨胀；收缩补偿效应The compensation effect of adding slag on the cementAbstractThe

3、 experiment of slag cement shrinkage compensation, by adjusting the different materials(slagpowder, the co-ordination of Portland cement clinker, gypsum, and alum)toachieve the best results, that is a prerequisite to meet the strength to determinate the expansionrate of slag cement. While experiment

4、al discondition, The main measureis the relativeexpansion rate of 28 days (the relative expansion rate of 28 days = specimen length of 28 days / block length of stripping test).The different experiments can obtained the following conclusions: the slag content affect the shrinkage compensationeffect

5、of the cement; Portland cement content affect the shrinkage compensation effect of the cement; The ettringite content affect the shrinkage compensation effect of the cement. The experimente can be divided into two phases. The use of different materials in different experiments, On the first experime

6、nt (materials can beconsist of slag powder Portland cement powder and gypsum) slag powder: Portland cement 订 powder : gypsum = 55:38:7 is the best experimentalmixing ratio.You can see a significant contraction compensationeffect. The secondexperimentson the basis of the first round of experiments re

7、ference the alum as the activating agent. Slag powder: Portland cement powder: Gypsum: Alum =53:36:9:2 is the best fit,You can see the second round of the experiment is well than the first round of experiments on the higher shrinkage compensation effect, Addition 线 the alum to increase the ettringit

8、e content. The micro-expansion of ettringite filled the contraction which results from the cement hydration.Key Words： Slag content; micro-expansion of ettringite; contraction and compensation effect;毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的 指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和 致谢的地方外，不包含其

9、他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不 包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的 说明并表示了谢意。作者签名： 日期：指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学 校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览 服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不 以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： TOC o 1-5 h z 弓I

10、言1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1文献综述2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 矿渣概述2矿渣的形成2矿渣的分类2矿渣的组成3矿渣的微观结构3矿渣的水化硬化反应4矿渣水泥的收缩补偿机理 5矿渣在水泥中的应用6 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 激发剂8激发剂的分类8双重激发剂8 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 膨胀机理8钙研石早期膨胀机理8方镁石的后期膨胀9 HYPERLINK l boo

11、kmark16 o Current Document 2实验部分10 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 实验目的10 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 实验原料10 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 实验设备10 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 实验步骤（第一阶段）11标准稠度需水量测定11矿渣水泥试块胶砂成型12矿渣水泥试块的养护13矿渣水泥试块抗折强度测定13矿渣水泥试块抗压强度测定13矿渣

12、水泥试块收缩补偿膨胀率的测定14实验配合比设计2714实验数据记录 15实验原因分析18 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 实验步骤（第二阶段）22实验配合比设计3322实验数据记录 22实验现象分析 25 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 结 论29装 致 谢30 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 参考文献31订引 言水泥混凝土是最为常用的路面材料之一。它在硬化过程中往往会发生明显的体积收 缩，其主要来源包括水泥浆体硬化产生的化学收缩1、自收缩

13、以及材料失水引起的干缩 等。在实际路面结构中，由于受到外在结构约束 （如钢筋）以及内部组分的约束（如骨 料），材料的收缩受到限制，在内部产生裂纹。在材料设计、结构设计和结构施工阶 段，如果没有采取适当措施控制收缩，材料自身存在的裂纹将会成为影响结构耐久性和 安全性的重要因素。混凝土裂缝几乎是所有工程技术人员都会面临的难题。目前，在混凝土中掺加膨装胀剂制作微膨胀补偿收缩混凝土的技术已成为混凝土工程控制裂缝较为理想的方法之一，并为广大设计、施工、建设方面的人员所接受。同时随着高性能混凝土的应用日趋 广泛，对补偿收缩提出了更高的要求。矿渣用于水泥混合材或混凝土矿物掺合料，在降低产品成本、保护环境方面

14、具有重 要意义，同时，也影响到水泥的水化硬化过程，导致水泥混凝土某些性能的改变，体积 变形性能是水泥及其混凝土性能的重要方面3,为了补偿水泥及其混凝土在水化硬化过 程中产生的体积收缩，人常常在水泥生产或混凝土拌制时引入膨胀，而应用水泥混合材 线或混凝土矿物掺合料4不可避免地影响到水泥及其混凝土的膨胀性能，本次实验研究矿渣对水泥膨胀性能的影响情况，并对影响的机理进行了一些探讨，目的是想生产膨胀 型水泥或配制膨胀混凝土。1文献综述矿渣概述矿渣的形成高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。在冶炼生铁时，加入高炉的原 料，除了铁矿石和燃料（焦炭）外，还有助熔剂。当炉温达到1400c-1600C时，

15、助熔剂与 铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进 入生铁中的杂质所组成的易熔混合物。从化学成分上看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材 料。每生产1t生铁时高炉矿渣的排放量，随着矿石品位和冶炼方法不同而变化。例如 米用贫铁矿炼铁时，生产1 t生铁产出1.0-2.0 t局炉矿渣；用富铁矿炼铁时，生产l t生 铁只产出0.25 t高炉矿渣。由于近代选矿和炼铁技术的提高，每吨生铁产生的高炉矿渣 量已经大大下降6。订1.1.2矿渣的分类由于炼铁原料品种和成分的变化以及操作等工艺因素的影响，高炉矿渣的组成和性 质也不同。高炉矿渣的分类主要有两种方法。按照冶炼生铁的品种分类高炉

16、矿渣按冶炼生铁的品种可分为：铸造生铁矿渣，冶炼铸造生铁时排出的矿渣； 炼钢生铁矿渣，冶炼供炼钢用生铁时排出的矿渣；特种生铁矿渣，用含有其他金属的铁 矿石熔炼生铁时排出的矿渣。按矿渣的碱度分类高炉矿渣的化学成分中的碱性氧化物之和与酸性氧化物之和的比值称为高炉矿渣的 碱度或碱性率（以Mo表示），即碱性率 Mo=（CaO+MgO）/（SiO2+A12O3） 7按照高炉矿渣的碱性率（Mo）可把矿渣分为如下3类：碱性矿渣：碱性率Mo1的矿渣；中性矿渣：碱性率Mo=1的矿渣；酸性矿渣：碱性率MoSiO2+x Ca(OHt+H2O=x CaO SiO2 H2OAl 2O3+y Ca(OH)2+H2O=y C

17、aOAI2O3 H2O水化反应的同时就降低了水泥水化产物中Ca(OH的浓度，促进了水泥水化的数量 大幅度增加，凝胶与集料的界面结构也达到改善120矿渣水泥的收缩补偿机理矿渣硅酸盐水泥在水泥水化硬化过程的过程中起到的收缩补偿效果，较普通硅酸盐 水泥水化硬化更为复杂，有两种解释机理分别从宏观上和微观结构对其在水化硬化过程 中起到的收缩补偿效应进行解说13o从宏观上看：矿渣硅酸盐水泥调水后，首先水泥熟料矿物与水作用，生成水化硅酸 钙、水化铝酸钙等，这些水化物的性质与纯硅酸盐水泥水化时是相同的。生成的氢氧化 钙是矿渣的碱性激发剂，它解离了玻璃体的结构，使得玻璃体中的CJ+、AIO45-、Al3+、Si

18、O44+离子进入溶液，生成新的水化物，即水化硅酸钙、水化铝酸钙。有石膏和 明帆提供SO42离子时还会生成水化硫铝酸钙AFT即(钙矶石)14,钙矶石具有一定的微 膨胀性能，从而对水泥水化硬化过程中的体积收缩具有一定的补偿作用。从微观结构上看，在一般情况下，矿渣的碱性系数越高，表现出的水硬性就越高， 从矿渣玻璃体微观结构模型可以知道，矿渣是由富钙相和富硅相组成的具有致密结构的 整体，其中富钙相占多数为连续相，将非连续的呈类似球状或柱状分布的富硅相包裹于 其中，富钙相可以认为是矿渣玻璃体的结构形成体，维持着矿渣玻璃体结构的稳定，在 富钙相玻璃中，网络形成体中的Ca-O Mg-O键比Si-O15键弱得

19、多，这是因为富钙相 本身有具有很多细小单元聚集而成的堆积结构，具有庞大的内比表面积，更增加了热力 学不稳定性，但另一方面，富钙相又具有一定的热力学稳定性，使其破坏必须克服一定 的活化能。在通常情况下，由于水分子的弱作用不足以克服富钙相分解活化能，富钙相在水中 能够保持其结构的稳定，故矿渣玻璃体在水中是近似惰性的，矿渣在通常情况下与水不能发生反应，在碱性环境中，情况则大不一样，高浓度的 OH-离子的强烈作用克服了富 钙相的分解活化能，富钙相迅速与OH-发生了如下反应而溶解：-Si-O-Ca-O-Si+NaOH=Si-O-Na+Ca(OH)(1)由于富钙相是连续相，富硅相呈类似球状分布于富钙相中，

20、故在矿渣玻璃体中，富 钙相相当于胶结物维持着整个矿渣玻璃体结构的稳定，当富钙相在碱性介质中与 OH-迅 速反应而溶解后，矿渣玻璃体解体，富硅相逐步暴露于碱性介质中，它与 OH-能发生如 下反应：-Si-O-Si=+H - OH-+-Si-OH(2)-Si-OH+NaOH=Si-O-Na+H-OH(3)装由于Si-O键的键能比Ca-O或Mg-O键的键能大三倍左右，且富硅相本身的分散度又比富钙相小得多，从化学键和分散结构的特点可以判断，在碱性溶液中，富钙相的反 应较为剧烈和迅速，而富硅相的反应则较为缓慢和持久，故矿渣在碱性介质环境中，初 期的水化过程以富钙相的迅速水化和解体并导致矿渣玻璃体解体为主

21、,里面原先结构的 富硅相则填充在富钙相的水化产物的间隙中，随着富硅相水化反应的进行，具水化产物 不断填充于富钙相的水化产物之间的间隙中，所以富硅相的存在，在前期提高了水泥石 的致密度，而后期则保证了水泥后期强度的不断增长。线矿渣的微观结构特点及富钙相、富硅相的性质决定了矿渣玻璃体中富钙相所占的比例越大，矿渣在碱性环境中的水化就越迅速，表现出的水硬活性就越高；矿渣玻璃体中 富硅相所占的比例越大，矿渣在碱性环境中的水化就越迟缓，在水化初期表现出的水硬 活性就越低。1.1.7矿渣在水泥中的应用粒化矿渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，可 显示出水硬胶凝性能，是优质的水泥原

22、料。粒化矿渣既可以作为水泥混合料使用，也可 以制成无熟料水泥16。.矿渣硅酸盐水泥，是用硅酸盐水泥熟料与粒化高炉矿渣再加入3% -5%的石膏混合磨细或者分别磨后再加以混合均匀而制成的。矿渣硅酸盐水泥简称为矿渣水泥。在磨制矿渣水泥时，其掺入量可以占到水泥重量的 20%-85%。这样对于提高水泥质量，降低水泥生产成本是十分有利的矿渣水泥与普通水泥相比有如下特点：第一：具有较强的抗溶出性和抗硫酸盐侵蚀 性能，故能用于水上工程、海港及地下工程等，但在酸性水以及含镁盐的水中，矿渣水 泥的抗侵蚀性较普通水泥差。第二：水化热较低17,适合于浇筑大体积混凝土。第三： 耐热性较强，使用在高温车间及高炉基础等容易

23、受热的地方比普通水泥好。第四：早期 强度低18,而后期强度增长率高，所以在施工时应注意早期养护。止匕外，在循环受干湿 或冻融作用条件下，其抗冻性不如硅酸盐水泥，所以不适宜用在水位时常变动的水下混 凝土建筑中190.石膏矿渣水泥，是将干燥的粒化矿渣和石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰按照一定的 比例混合磨细或者分别磨细后再混合均匀所得到的一种水硬性胶凝材料。在配制石膏矿渣水泥时，高炉粒化矿渣是主要的原料，一般配入量可高达80%左 右。石膏在石膏矿渣水泥中是属于硫酸盐激发剂。它的作用在于提供水化时所需要的硫 酸钙成分，激发矿渣中的活性。一般石膏的加人量以15%为宜。少量硅酸盐水泥熟料或石灰，系属于碱性激发

24、剂，对矿渣起碱性活化作用，能促进 铝酸钙和硅酸钙的水化。在一般情况下，如用石灰作碱性激发剂，具掺入量宜在 3%以 上，最高不得超过5%,如用普通水泥熟料代替石灰，掺人量在5%以上，最大不超过 8%。这种石膏矿渣水泥成本较低，具有较好的抗硫酸盐侵蚀和抗渗透性。适用于混凝土 的水下建筑物。.石灰矿75水泥20,是将干燥的粒化高炉矿渣、生石灰以及 5%以下的天然石膏。 按适当的比例配合磨细而成的一种水硬性胶凝材料。石灰的掺加量一般为10%-30%。它的作用是激发矿渣中的活性成分，生成水化铝 酸钙和水化硅酸钙。石灰掺量太少，矿渣中的活性成分难以充分激发；掺人量太多，则 会使水泥凝结不正常、强度下降和安

25、定性不良。石灰的掺人量往往随原料中氧化铝含量 的高低而增减，氧化铝含量高或氧化钙含量低时应多掺石灰。通常先在12%-20%范围内配制。石灰矿渣水泥可用于蒸汽养护的各种混凝土的预制品，水中、地下、路面等的无筋 混凝土和工业与民用建筑砂浆。激发剂激发剂的分类根据激发剂的成分可以粗略的将其分为碱土金属化合物激发剂。如：CaO Ca(OH)2等。碱金属激发剂。如：NaOH、Na4SiO4、NaF等。硫酸盐激发剂。如：CaSQ、KAl(SO4)12H2O等。双重激发剂通常情况下，只加入硫酸盐时，矿渣的活性并不能很好的激发，只有在一定的碱性 环境中，在加入一定量的硫酸盐，矿渣的活性才能充分的发挥，并能得到

26、较高的胶凝强 度，这是因为，碱性环境中 OH-将促使矿渣中的硅氧聚合链的键破坏，加速矿渣的分 散、溶解，并形成水化硅酸钙和水化铝酸钙。在硫酸盐存在的条件下，SO42-离子可与矿 法中活性Al2O3和水化铝酸钙化合生成水化硫铝酸钙，大量消耗溶液中的钙、铝离子， 反过来又加速了矿渣水化进程，这两种作用相互促进，硫酸盐激发实质是碱和铝酸盐共 同作用的混合激发。膨胀机理钙研石早期膨胀机理水泥浆体中，石膏与C3A和C4AF等含铝矿物反应生成钙矶石，钙矶石在水泥硬化 浆体中普遍存在，通常为针状晶体，很容易生成，并且十分稳定21o钙矶石膨胀特性与水泥液相的碱性条件有关。在液相中Ca(OH饱和条件下形成的 钙

27、矶石，结晶细小，并靠近原始含铝相表面，单位重量引起的膨胀大，但不易控制。在 液相中Ca(OH)2低于饱和条件下形成的钙研石22,其晶体比较粗大，并且比较分散，其 膨胀作用小，且较易控制。钙矶石的膨胀特性还与和钙矶石同时形成的凝胶相的特点和数量有关，对于水泥中 钙矶石的膨胀，石膏的掺加量是一个十分关键的因素，适当增加石膏掺量可以延续膨胀 持续的时间，从而增加最终的膨胀量，同时，又必须控制合适的石膏掺量，以避免不稳定的膨胀。含铝矿物对钙矶石膨胀也影响很大23, 一般在相同石膏掺量时， 含铝矿物越多, 其膨胀也越大。另外，不同含铝矿物形成的钙矶石，其膨胀作用也不同。钙矶石膨胀的 最主要特性是膨胀发生

28、很快，一般情况下，钙帆石膨胀在28 d时已基本稳定24。方镁石的后期膨胀方镁石是晶态氧化镁25,存在于熟料各矿物之间，它的数量主要为熟料中氧化镁总 含量减去固溶氧化镁含量.经高温煨烧的熟料中的方镁石，水化以后形成水镁石，其固 相体积增大近一倍.方镁石水化形成水镁石的膨胀，其特点是十分缓慢，主要发生在后 期 26。2实验部分实验目的研究矿渣水泥的收缩补偿实验，通过调整不同原料的配合比包括矿渣粉、硅酸盐水 泥熟料、石膏以及明研，达到最好的效果，即在满足强度的前提条件下测定矿渣水泥试 块的膨胀率，通过对实验数据的分析，达到希望的目标。实验原料选用马钢高炉水淬矿渣，其化学成分（）表1.1马钢矿渣化学成

29、分MFe F微 微县县里里 TOC o 1-5 h z SiO2CaO33.4140.02-33.94 40.92AI2O3 MgO13.478.19-14.179.16MnO TiO20.262.10-0.362. 71FeOS0.660.74-1.150.87无水石膏、集料（标准砂）1250 g硅酸盐水泥熟料（粉末）明帆（市售分析纯）实验设备NRJ-411A型水泥胶砂搅拌机：自动程序控制，搅拌180 s停车NJ-160A型水泥净浆搅拌机：自动程序控制，慢搅拌120 s,停车15 s,然后快速 搅拌120 s停车。GZ-85型水泥胶砂振动台GJ-84水泥快速养护箱三联模具40M0X60 mm

30、抗压试验机：NYJ-300型压力试验机抗折试验机：DKZ-500型电动抗折试验机实验步骤（第一阶段）标准稠度需水量测定测量矿渣水泥的标准稠度用水量时，可参照水泥标准稠度用水量的原理。水泥标准 稠度用水量，是按国家标准规定的方法和指定的仪器，将水泥制成具有标准稠度所需要 的用水量，水泥标准稠度是以用水量与水泥质量的百分数来表示的。当一定质量的标准试锥，在规定时间内，在净浆中自由沉落时，以试锥下落深度s（mm）的大小，反应水泥净浆稠度（）的大小，以试锥下沉净浆深度规定值s=28 5 mm 时的稠度为标准稠度，以P调（）表示。水泥标准稠度净浆可用来测定水泥凝结时间 和安定性。标准稠度测定有调整水量和

31、固定水量两种方法，如有争议时以调整水量法为准。调 整水量法：改变拌和水量，找出使拌制的水泥净浆达到特定塑性状态时所需的水量；固 定水量法：将不同种类的水泥，按照相同的需水量142.5 ml水，调制好500 g的水泥净 浆，测定试锥下沉深度，此时水泥净浆的稠度即为标准稠度，以PM表示。本次试验因为采用了对照组（空白组，纯硅酸盐水泥熟料粉末）采用的是自动搅拌程 序与固定水量法。自动搅拌操作：把1K开关置于即完成搅拌120 s、彳f 10 s后报警5 s供彳f 15 s）、快 搅拌120 s的动作，然后自动停止。每次自动程序结束后，必须将1K开关置于停，以 防止停电后程控器误动作。当一次自动程序结束

32、后，将1K开关置于停，再将1K开关 置于自动，即可执行下一次自动操作程序。搅拌锅的装卸：扳动固定手柄可使滑板带动搅拌锅沿立柱上的导轨上下移动，上移 到位置后旋紧定位螺栓即可进行搅拌操作，卸下搅拌锅的顺序相反。测定步骤：用湿布擦净搅拌锅、搅拌叶。称取470 g硅酸盐水泥熟料粉末、30 g无 水石膏倒入搅拌锅内，将搅拌锅放到搅拌机锅座上，上升，至搅拌位置，开动机器，同 时徐徐加入量好的拌和水。量取的拌和水量为142.5 mb将拌和好的净浆立即装入锥模内，小刀插捣，振动数次，刮去多余净浆，抹平后迅 速放到试锥下面固定位置上，将试锥降至净浆表面，试锥尖端刚好与净浆面接触后，立即拧紧固定螺栓1-2 s,

33、然后突然放松，让试锥靠自身重力自由下降沉入净浆中，到试锥 下沉或释放试锥30 s时，记录试锥下沉的深度。整个过程要在搅拌的1.5 min内完成。 用上述方法测量用水量时：即P=33.4 0.185 S其中P为标准稠度用水量(), S为测得的试锥下沉深度(mm)。本次实验测量得S为39 mm,计算可得标准稠度用水量P为26.2%。矿渣水泥试块胶砂成型矿渣水泥胶砂试块是矿渣、硅酸盐水泥熟料粉末、标准砂1250 g和水以一定的配合 比混合，用胶砂搅拌机搅拌均匀后，经符合一定标准的振动台振动装模而成的特定规格 的试体。国家标准对胶砂试块的成型环境、用料及所使用的仪器有明确的规定。实验用标准砂应具有一定

34、的颗粒级配。实验用胶砂搅拌机为双转叶片，搅拌叶与搅拌锅作相反方向转动。实验中采用振动台。由装有两个对称偏心轮的0.25 KW电动机产生振动，振动部分 包括电动机、台面、卡具与拉杆。振动台面上装有夹具把试模与下料漏斗紧紧夹住。振 动台装有制动器，使电动机在停车5 s内停止转动。试块成型步骤(1)将试模擦干净，模板与底座接触面处涂黄干油，内壁均匀涂一层薄机油，紧密 装配。(2)按照实验配比方案准确称量石膏、矿渣以及硅酸盐水泥熟料粉末试样。把水加 入锅里，在加入称量好的试样，把锅放在固定架上，上升至固定位置。然后立即开动机 器，实验胶砂搅拌机是自动控制程序，搅拌30分钟后停止搅拌。(3)将搅拌好的胶

35、砂全部均匀地装入已卡紧于试模与振动台面中心的下料漏斗中， 开动振动台。(4)振动完毕，取下试模，轻轻用刮刀刮去高出试模的胶砂并抹平，然后编号。(5)将编号后的试块放入养护箱内养护，因为实验室测定矿渣水泥的收缩补偿效应，故采用大头针插在试块两端，测定其相对膨胀率进而得到最佳的实验配比。矿渣水泥试块的养护本次实验从3月8日开始，但由于当时的天气较为寒冷，室温内的水温不足25 C, 因此，在试块3天脱模时，若放入水中继续水化导致其强度降低，本次试验脱模后采用 滴水水化，每天两次滴水水化。矿渣水泥试块抗折强度测定各龄期试块必须在规定的时间内进行碳型。每龄期的三条试块先做抗折强度试验， 然后对折断的试块

36、做抗压实验。龄期为1d的试块，破型时间为24 h土5 min；龄期为3 d的试块，破型时间为72 h节0 min；龄期为7 d的试块，破型时间为7 d受h;龄期为 28d的试块，破型时间为28 d 8 h。测定抗折强度时，调节电动抗折实验机使杠杆处于平衡位置，从水中将各龄期试块 取出，用湿布盖上。试验时擦去试块表面水分与砂粒。防止砂粒影响实验结果。将擦拭 干净的试块放在抗折实验机的两个支承辗上，试块的成型面（即用刮平刀刮平的表面）应 侧立，试块各棱边与各辗垂直，并使加荷辗与二个支承辗保持等距。使试块折断时，杠 杆尽可能接近平衡位置。抗折实验加荷速度为（50力0） N/s。记录3个试块的抗折强度

37、 （MPa）并计算其平均值，精确至0.1 MPa。如果测得的三个值与它们平均值的差不大于 10%,则用该平均值作为抗折强度；如果有一个值与平均值的差大于10%,应将此值舍 去，以其余二值计算平均值；如果有一个以上的值与平均值之差大于10%,应重做实验。矿渣水泥试块抗压强度测定做完抗折实验后的半块试块需要进行抗压强度的测定。实验时将试块放在抗压夹具 内，试块的成型面应与受压面垂直，受压面积为40.0 mmX40.0 mm。将抗压夹具连同试 块置于抗压实验机上、下台板之间，试块的底面紧靠夹具定位销，下台板球轴应通过试 块受压面中心。开动机器，将实验的加荷速度控制在（2400 200） N/s,使试

38、块在加荷开 始后2040 s内破坏。一般说来，加荷速度快，强度偏高，反之则偏低，尤其是当试块 接受破坏时，要防止加荷过猛使试块出现崩裂甚至溅出。实验记录每个试块的破坏载荷 P,抗压强度R按下式计算：即R=P/F式中：R-抗压强度MPa；P破坏弓S度N;F-试样横截面积mm2。计算6个试块抗压强度的平均值。如果所测得的六个值与它们平均值的差不大于 10%,则用该平均值作为抗压强度；如果有某个值与平均值之差大于10%,应将此值舍 去，以其余的值计算平均值；如果有二个以上的值与平均值之差大于10%,应重做实验。矿渣水泥试块收缩补偿膨胀率的测定三联矿渣水泥试块上均插有大头针，测定其相对膨胀率，本次试验

39、也设计了对照 组，即空白组试验，采用470 g硅酸盐水泥熟料、30 g石膏，净浆搅拌，测定其硅酸盐 水泥的收缩率。相对膨胀率(28 d)= 式块长度(28 d)/l兑模试块长度实验配合比设计27表1.2实验配比设计在舁 厅P矿渣粉硅酸盐水泥熟料粉末%集料1250 g石膏%195标准砂5线25539标准砂635538标准砂745537标准砂856034标准砂666033标准砂776032标准砂886529标准砂696528标准砂7106527标准砂8实验数据记录抗折实验数据记录抗折强度计算方法：三条模块试体抗折强度平均值作为抗折强度值，当三个强度值 有超过平均值由0%时，舍弃该值，以剩下的两个值

40、再求平均值，不足两个值时改组作 废。表1.3抗折数据记录在舁 厅P矿渣粉水泥集料右臂一一二平均值抗折(%)(%)1250 g(%)MPaMPaMPaMPa195标准砂510.2110.5510.0710.28衣25539标准砂612.1312.0011.9812.0435538标准砂711.2510.1110.6510.67订45537标准砂812.2712.1711.3711.9456034标准砂612.2712.1712.2712.2466033标准砂710.7510.5711.3210.88线76032标准砂811.9412.1112.2712.1186529标准砂612.1512.17

41、12.2512.1996528标准砂710.5110.9210.8510.76106527标准砂810.5010.7510.6310.63抗压实验数据记录抗压强度计算方法：六个抗压强度值中取平均值作为抗压强度值，当六个强度值有 超过平均值由0%时，舍弃该值，以剩下的五个值再求平均值，不足四个值时改组作 废。表1.4抗压数据记录在舁 厅P第一块第二块第三块第四块第五块第六块平均值抗压(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)154.1665.6453.4357.6463.5458.8357.52257.0559.7253.6157.5255.8355.6456.563

42、49.7342.5150.2150.2342.0050.4147.52457.4052.6051.1049.4049.1056.3052.70装550.7054.9051.0056.4053.8053.0053.00655.7053.8051.8052.3053.6052.2053.20订753.8057.9054.5054.3052.7056.5054.95852.5056.3049.4051.1051.4053.7052.40线951.7051.9049.1050.6050.2050.2350.621043.2042.8043.7045.9043.9047.1044.43试块长度数据记录膨

43、胀率计算方法：三条模块试体以28 d的模块长度与脱模模块长度的比值，得出 膨胀率，第一组实验为空白组实验，即是采用标准稠度需水量所做的普通硅酸盐水泥试 块，本实验由于测得是28 d的相对膨胀率，所以不需要空白组的试块长度记录，因 此，第一组的长度数据是为空值。脱模记录(mm)3天记录(mm)7天记录(mm)28天记录(mm)序号12124.130.130.124.130.130.123.130.132.124.130.130.0020100428689228544366583127.126.126.126.126.127.128.126.127.127.126.126.000000804080

44、007830484650装4120.120.120.120.120.120.120.120.120.120.120.121.0210763150941074803864125125.127.130.125.127.130.126.128.131.125.128.130.订640135.80138.76135.30138.42138.84135.12138.40138.00135.94135.04138.98135.7818388230486424268844927137.133.128.137.134.128.137.134.128.137.133.128.线26443420484026184

45、42072348143.146.143.143.146.143.143.146.143.143.145.143.5236607042708072503482549135.137.139.135.137.139.135.137.139.135.137.139.88506276744482455278763210140.144.146.140.143.146.140.143.146.139.144.146.001408109002009806901010表1.5试块长度数据记录二十八天内的长度数据记录，包括3 d、7 d、28 d的数据值，因为钙矶石的膨胀 机理大都发生在早期，方镁石的膨胀机理大部

46、分发生在后期，事故，本次实验只是计算28 d的相对膨胀率，希望从28 d的相对膨胀率中得到很好的实验效果，取得波动 相对比较稳定的一组。2.4.8.4二十八天相对膨胀率的数据记录表1.6二十八天相对膨胀率在舁厅P1二十八天相对膨胀率是否合格12-+ 0.3468%+ 0.353%+ 0.368%-V3+ 0.3779%+ 0.3651%+ 0.396%V4+ 0.2999%+ 0.449%+ 0.2981%V5+ 0.4306%+ 0.187既+ 0.168%V6+ 0.09267%+ 0.188%+ 0.398%V7-0.04372%+ 0.209既+ 0.000阴X8-0.1254%- 0

47、.3689%- 0.0417%X9-0.0735%+ 0.1891%- 0.214%X10- 0.0714%- 0.0277阴+ 0.0136%x实验原因分析矿渣掺量的不同对水泥收缩补偿的影响下图分别是第一阶段实验的抗折、抗压、二十八大膨胀率数据绘图28。由表1.5、1.6以及图1.3可知，矿渣胶凝材料胶砂在早期具有较小的干缩，在7 d 以后具有一定的微膨胀，并随着龄期的增长膨胀逐渐增加，28 d后膨胀趋势明显减缓。在试验早期，随着矿渣掺量的增加，水泥熟料的减少29,碱性激发剂的较少，矿渣掺 量在55%时，矿渣的微膨胀补偿较为理想，收缩补偿数值在(0.2981%-+0.4496%)波动， 此组

48、实验的结果令人满意；当矿渣掺量在60%时，收缩补偿具有一定的影响，其数值波 动在(-0.04371%-+0.4306%)波动；但当矿渣掺量在 65%时，其没有出项收缩补偿效 果，数值在(-0.368% -+0.1891% )。抗压数据绘图446.06.57.07.58.0石膏掺加量 %8 6 4 2 0 8 65 5 5 5 5 4 4度强压抗图1.1抗压强度随石膏掺加量的不同的变化抗折数据绘图4208642086 2221111100R度强折抗6.06.57.07.58.0石膏掺加量 图1.2抗折强度随石膏掺加量的不同的变化0.30.20.10.0-0.1-0.2 6.06.57.07.58

49、.00.4%率胀膨对相天八十二石膏掺加量%图1.3二十八大膨胀率随石膏掺加量的不同的变化在试验中后期，随着矿渣掺量的增加，伴随着碱性激发剂与硫酸盐激发剂的减少，导 致了矿渣的活性无法激发完全，进而微膨胀减小，矿渣掺量在52%-55%时存在最大微膨 线 胀。在混凝土的应用中，开裂主要由体积不稳定引起的，因而则要求胶凝材料早期收缩小， 后期微膨胀大，以补偿早期收缩。故以矿渣掺量为53 %时干缩最好。水泥熟料的掺加量对水泥收缩补偿效应的影响在水化早期，主要是水泥熟料和少量的矿渣发生反应,熟料既是胶凝材料，又是矿渣 的激发剂。随着水泥掺量的增加，激发的矿渣越多，生成的水化硅酸钙（C-S-H ）凝胶和钙

50、 锐石（AFt ） 30也就越多。研究表明矿渣具有微集料效应和火山灰效应，可生成致密的C- S-H,填充了孔隙，降低了干缩。而本次实验，水泥熟料的掺加量逐步变小的，碱性激发 剂的数量减少，在一方面无法使更多的矿渣玻璃体激发，令一方面，水泥熟料的减少， 相应的导致在水化硬化的过程中生成的碱性环境较低，从而影响着钙矶石的生成，钙研 石具有膨胀作用。因而随着水泥掺量的减少，水化产物减少，水泥砂浆收缩增大，微膨胀 效果得不到很好的观察31。在水化中后期，水化则主要由大量未水化白矿渣提供。矿渣掺量在53%附近时生成 的水化产物微膨胀较大。钙矶石的生成量对水泥收缩补偿效应的影响在水泥浆体中的矿渣实际上处于

51、碱激发和硫酸盐激发状态.在水泥水化硬化过程中 矿渣玻璃网络解体.能够较快的提供 A102-.在本实验体系中.由于每次实验所加入的 石膏量均为6%、7%以及8%,可见石膏引入的硫酸根离子并不是影响本次实验钙矶石 形成量的主要原因，在本次实验中，钙研石32的形成及其膨胀主要受 A102-溶出制约.掺矿渣时能够更多的提供 A102-.但必须在碱性激发剂与硫酸盐激发剂比较足够的 情况下，A102-溶出的量才能足够的多，意味着能加快钙帆石的形成，从而加快膨胀的 发挥.2.5实验步骤（第二阶段）2.5.1实验配合比设计33表2.1实验配比设计在舁 厅P水泥熟料集料1250 g矿渣石曾明研134%标准砂53

52、%9%4%235%标准砂53%9%3%336%标准砂53%9%2%437%标准砂53%9%1%538%标准砂53%9%0%2.5.2实验数据2.5.2.1抗折实验数据记录抗折强度计算方法：三条模块试体抗折强度平均值作为抗折强度值，当三个强度值 有超过平均值由0%时，踢出该值，以剩下的两个值再求平均值，不足两个值时改组作 废。表2.2抗折数据记录在舁 厅P抗折矿渣 %水泥 %集料1250 g石骨%明帆一二MPa平均值MPa%MPaMPa153%34%标准砂9%4%9.9610.0210.009.99253%35%标准砂9%3%11.2411.8211.4311.50353%36%标准砂9%2%1

53、0.2410.8410.6510.58453%37%标准砂9%1%9.629.439.869.64553%38%标准砂9%0%9.549.329.429.43抗压实验数据记录抗压强度计算方法：先从六个抗压强度值中取平均值作为最初抗压强度值，当六个 强度值有超过平均值0%时，踢出该值，以剩下的五个值再求平均值，不足四个值时 改组实验数据作废表2.3抗压数据记录在舁 厅P抗压第一块(MPa)第二块(MPa)第三块(MPa)第四块(MPa)第五块(MPa)第六块(MPa)平均值(MPa)155.3664.5355.2356.5364.4659.4359.26255.6259.2354.7255.78

54、56.2356.2356.30354.5455.6259.7354.6254.6455.3255.75456.7453.3252.2051.2350.3456.6353.41552.2354.3252.2055.5453.8954.4053.76试块长度数据记录本次第二阶段实验均采用的游标卡尺所测数据，其实验数据得到比较准确，由于实 验温度所致，本次实验的养护条件是放入水中养护。待二十八天后测量其抗折、抗压以 及二十八大膨胀率的数据。表2.4试块长度数据记录序号脱模记录mm三天t己录mm七天记录mm二十八天记mm1141140145141140145141140145142141145.32.

55、56.22.30.58.24.34.58.26.00.32.862140140141140140141140140142140141142.20.6888.18.66.90.24.70.00.88.34.563139139136139139136139140136139140137.22.88.56.20.86.54.34.00.62.96.62.404141139137141139137141139137141139137.20.02.16.18.00.18.24.12.30.86.66.745140137138140137138140137138140138139.02.56.62.06.

56、58.56.10.72.66.68.32.282.5.2.4二十八天相对膨胀率的数据记录表2.5二十八天相对膨胀率在舁 厅P二十八天相对膨胀率是否合格1+0.4812%+0.5407%+0.4408%V2+0.4851%+0.469%+0.479%V3+0.5415%+0.5291%+0.6151%V4+0.4674%+0.460%+0.422%V5+0.4714%+0.5525%+0.4761%V2.5.3实验现象分析抗折数据绘图910111213硫酸根离子掺量%5 0 5 0 5 110 0 9 1111度强折抗抗压数据绘图图2.1抗折强度随SO42掺加量的不同的变化0 9 8/6546

57、5 5 5 5 5 5度强压抗53910111213硫酸根离子掺加量 %图2.2抗压强度随SO42掺加量的不同的变化8642086420855555444443 OOOOOOOOOOO %率胀膨对相天八十二910111213硫酸根离子掺M %图2.3二十八天相对膨胀率随SO42-掺加量的不同的变化现象一：抗折、抗压强度比第一阶段实验偏低由第一阶段实验数据的表1.3、1.4;图1.1、1.2以及第二阶段实验的表2.2、2.3; 图2.1、2.2可知，第二阶段的抗折、抗压强度比第一阶段的实验偏低。原因一：水化缺水，水化反应受到影响，水化不完全在正常情况下，水泥接触到水后各组分开始溶解，极短的时间便

58、能够与水发生水化 反应，此时填充在颗粒间的液相已不再是纯水，而是含有Ca2 +、OH-、A l （OH）4、 SO42 -等多种离子的混合溶液，接着水化反应继续进行，水在混凝土生产的过程中起重 要作用：.满足拌合的需要.满足水泥水化反应的需要，水分子中H与OH的键角是105,由于这个键角 易形成氢键，因而会形成分子缔合体（H2O） n0根据水的这一特点，可以选择分子结构 与水相似、易形成氢键、物化性质与水近似的物质作为混凝土添加剂来改善混凝土的性 能，当该物质溶于水后，会使缔合水分子断裂至基本形式的四面体而易于与水泥硅氧四 面体公用隅角生成水泥水化物，这样，既提高了水泥熟料矿物的水化率，也提高

59、了水的 利用率。分子的羟基胺基的氢原子和水泥四面体中电负性很强的氧原子间产生强烈的作 用而形成氢键，并生成分子间的结合体，这种有序的作用，使水泥的强度也得到了提 宫 同。原因二：第一阶段实验的龄期大于28 d由于实验条件所限制，抗压实验机的缺失，第一阶段实验的十组实验，每隔两天做 一组实验，当第一阶段实验的最后一组龄期28 d后，才做的抗折抗压实验，但此时， 第一阶段实验的前六组的实验龄期已经足够35 d左右，而众所周知，普通硅酸盐水泥 中引入矿渣作为混合材，会导致后期的抗压、抗折强度高于普通硅酸盐水泥。现象二：二十八天的相对膨胀率比第一阶段实验高装由第一阶段实验的表15 1.6;图1.3以及

60、第二阶段实验的表2.4、2.5;图2.3,可知，二十八天的相对膨胀率比第一阶段的相对膨胀率要高。原因一；钙矶石的早期膨胀34各试样数据表明，在第二阶段实验中，添加了明研作为引入硫酸根离子，硫酸根离订子的掺量对膨胀的影响与硫酸根离子的掺量对钙矶石形成的影响是一致的，硫酸根离子的掺量在一定范围内越大，固相石膏耗完的时间越迟，钙帆石形成持续的时间越长，相 应地膨胀持续的时间越长，当固相石膏基本耗完以后，钙矶石形成基本停止，相应地膨 胀即趋于稳定35。线可见，随着矿渣掺量固定在第一阶段得出的实验最好数据53%的基础上，改变硫酸根离子的加入量，二十八天相对膨胀率数值并没有出现太大的波动，其数值在 0.4