0 引言

钢渣是钢铁冶炼过程中产生的一种副产品，是工业废渣，产量约为粗钢产量的15%～20%，其矿物组成成分随原材料、炼钢工艺、生产阶段、钢种、炉次等的不同而变化，一般认为其主要矿物组分是C3S，C2S和少量铁酸钙、铁酸二钙，是一种具有潜在活性的胶凝材料[1,2,5]。与矿渣和粉煤灰等固体废弃物得到广泛和充分利用相比，钢渣的化学成分及矿物组成不够稳定、难以加工粉磨、长期安定性不良、水化也不够快，从而导致长期以来难以实现将其资源化并有效利用，给钢铁公司造成经济损失的同时也引发了大量占用农田、污染水质和空气等诸多环境问题。目前，不少研究者进行了相关的探究工作[3,6]，取得了一些非常有意义的结果，但对其在长期强度发展和耐久性方面探究和验证仍然较少。

GRNN神经网络的第一层为径向基网络层，||dist||表示这一层的权值函数，它是欧几里德距离度量函数，用来计算网络输入与第一层的权值iIW1,1之间的距离。图中符号“·*”表示||dist||的输出值与阀值b1的元素之间的乘积关系，并将结果形成净输入n1，传送到传递函数。径向基网络层的传递函数一般使用用高斯函数Ri(x)=exp(-||x-ci||/2σi2)。σi被称为光滑因子，σi越大基函数越平缓。

本研究利用经热焖工艺处理的转炉钢渣与低品位粉煤灰复合，制备了复合矿物掺合料，研究了掺加复合掺合料的水泥胶砂的工作性能、强度以及混凝土长期强度发展和耐久性。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

试验用水泥为邻水红狮水泥有限公司生产的P·O 42.5R级水泥，其化学组成和基本物理力学性能分别见表1和表2。矿渣（SP）由重庆钰宏再生资源公司提供的S95级矿渣粉；粉煤灰（FA）为川维公司提供原状灰，钢渣（SS）为重钢公司经热焖工艺处理的转炉钢渣，经球磨机适度粉磨后使用，各矿物掺合料的物理性能见表3。细集料采用细度模数为2.6的河砂，粗骨料采用连续级配碎石，规格为5～25（mm），外加剂为建研科之杰新材料有限公司提供的聚羧酸高性能减水剂。

 

表1 水泥化学成分

  

化学成分 S i O 2 A l 2 O 3 F e 2 O 3 C a O K 2 O N a 2 O T i O 2 S O 3 C l-含量/% 2 8.1 0 4.9 6 2.4 8 5 4.0 5 0.8 1 1.0 2 0.7 0 7.7 4 0.0 1

 

表2 水泥物理力学性质

  

水泥品种P·O 4 2.5 R凝结时间/m i n 抗折强度/M P a 抗压强度/M P a 安定性初凝 3 d 3 d 2 8 d 1 3 0 2 1 0 5.4 7.2 3 5.2 5 1.4终凝 2 8 d检验合格

 

表3 矿物掺合料物理力学性质

  

2 8 d活性指数/%粉煤灰 2.2 6 3 7 8 0.1 0 1 3 5 8 1矿渣 2.8 3 3 9 0 0.8 2 9 8 9 7钢渣 3.4 5 4 2 7 0.4 6 8 5 8 8类别 密度/(g/c m 3)比表面积/(m 2/k g)含水率/%需水量比/%

1.2 试验方法

水泥胶砂的工作性能及强度测试按照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》和GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行；混凝土试件采用边长为100mmm立方体和100mm×100mm×400mm的棱柱体，脱模后，在标准养护条件（温度（20±2）℃，相对湿度≥95%）下养护至相应龄期，其中需自然养护的试件，在标准养护28d后取出，置于室外暴露环境中放置，不做额外温湿度保护措施。

试验用混凝土配合比按照JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》设计，混凝土物理力学性能和耐久性测试分别参照GB/T 50081-2009《普通混凝土力学性能试验方法标准》和GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。

图4是不同掺量的复合矿物掺合料对混凝土长期强度发展的影响，结果显示，混凝土强度随复合掺合料的掺量增加而迅速降低，其中早期强度降低更为明显，30%（A-3）和40%（A-4）掺量的混凝土3d强度较空白组分别降低了18.2%和33.3%；后期强度有较为理想的增长，矿物掺合料掺量越大，后期增长越明显。若以1年为检验期，参与试验的几组都能达到C30混凝土设计强度，若检验期缩短至56d，仍有复合掺合料比例分贝为 10%（A-1）、20%（A-2）、30（A-3）组合格，即复合掺合料比例在30%以内，混凝土都能达到设计强度。早期钢渣水化缓慢，影响了强度的发展，复合掺合料掺量越大，钢渣量也越多，对强度的影响越大；空白组（A-0）后期水化基本已经完成，强度不再增长，而钢渣组分仍在逐步参与水化，混凝土强度又得到了明显的补充。因此，强度试验结果为热焖钢渣和低品位粉煤灰复掺在混凝土中大量应用提供了重要依据。

2 结果与讨论

2.1 钢渣与低品位粉煤灰复合对水泥混凝土物理力学性能的影响

2.1.1 水泥胶砂流动度和强度

热焖钢渣与低品位粉煤灰复合，以期能够在活性和需水量上互补，有利于工作性能和强度的提升。按钢渣占复合矿物掺合料的质量百分数，将掺合料比例设计为以下几组：全钢渣（S100）、10%（S10）、20%（S20）、30%（S30）、50%（S50）、80%（S80）、全粉煤灰（FA）。

  

图1 掺合料掺量对胶砂流动度的影响

随着电力系统日益庞大，边界条件增多，运行方式日趋复杂，其动态运行的非线性递增，出现大停电的可能性在上升，应该考虑大停电事件出现后的应对措施。而大力发展分布式能源及能源互联网是应对大停电事件技术防范的重要举措。当然，还应考虑停电时天然气输送系统的正常运行和天然气分布式能源黑启动的技术配备，真正起到应急作用。

根据图1显示的规律，选取水泥空白组、全钢渣、30%、40%、50%钢渣的复合矿物掺合料及全粉煤灰六组做强度试验，除空白组外，其余各组的矿物掺合料占胶凝材料的30%，分别记为J-0、J-S100、J-S30、J-S40、J-S50、J-FA，结果如图2所示。

  

图2 不同掺合料对水泥胶砂强度的影响

强度结果显示，掺加钢渣早期强度发展缓慢，全钢渣（J-S100）3d抗压强度只达到空白组（J-0）3d抗压强度的58%，掺加复合掺合料的7d胶砂抗压强度仍低于粉煤灰组（J-FA）。7d之后，掺入钢渣的胶砂强度增长速率均高于空白组；钢渣掺量为30%、40%、50%时，28d抗压强度分别达到空白组强度的82%，87%和90%，其中钢渣比例为50%的复合掺合料比纯粉煤灰组（J-FA）和钢渣组（J-S100）活性更高。

图5和图6为该机载合成孔径雷达聚束SAR模式0.3 m分辨率挂飞试验结果。图5的作用距离为35 km，采用滑动聚束SAR模式，方位向测绘带宽满足3.16 km指标要求，实测方位向分辨率为0.26 m；图6的作用距离为50 km，方位向测绘带宽满足3.12 km指标要求，实测方位向分辨率为0.22 m。

2.2.1 干燥收缩

进入互联网时代，所有渠道都被打通，信息如潮水一般涌来，将每个人都拉入数字的漩涡，从前被人珍视的纸质文本被遗忘在时光的角落。然则在数字阅读浪涛的冲击下，浙江印刷集团却没有受到明显的影响，我好奇地询问金汉宏董事长是不是有什么独门绝技，其笑着说：“并不是说数字阅读的量增多了，传统的纸质印刷产品就会减少。不可否认的是，报纸、期刊的印刷量确实减少了，但随着人们对于阅读的兴趣的增加，书籍的印量并没有大幅减少。现在正是生产旺季，我们并不苦恼数字阅读对我们有什么影响，而是思考如何完成如此大的印量。”

2) 地统计学分析。采用GS+9.0软件计算，以区域化变量理论为基础，以半方差函数为主要工具，通过块金值、基台值、块金效应、决定系数、残差以及变程等定量地描述各要素在空间异质性程度、组成、尺度和格局特征。

  

图3 掺加不同掺合料的胶砂微观形貌（SEM）

对混凝土的Cl-渗透深度测试采用色差显示法，图7为相同水灰比下，掺加复合掺合料（A-2）和矿渣（A-5）及空白组（胶凝材料为水泥A-0）混凝土Cl-渗透深度随浸泡时间的变化规律。

2.2.2 抗碳化

 

表4 混凝土配合比

  

编号 水泥 复合掺合料 矿渣 砂 石子 水 外加剂A-0 3 4 0— —7 6 6 1 1 1 4 1 7 5 4.6 8 A-1 3 0 6 3 4 —7 6 6 1 1 1 4 1 7 5 4.5 6 A-2 2 7 2 6 8 —7 6 6 1 1 1 4 1 7 5 4.2 9 A-3 2 3 8 1 0 2—7 6 6 1 1 1 4 1 7 5 4.1 2 A-4 2 0 4 1 3 6—7 6 6 1 1 1 4 1 7 5 4.0 5 A-5 2 7 2—6 8 7 6 6 1 1 1 4 1 7 5 4.3 5

小商桥之所以闻名海内外，除了茅以升、罗哲文等专家的认可，还与北宋抗金名将岳飞和杨再兴有着密切的关系，一千多年前的小商桥除了“凭栏处”之外，还曾发生过惊天动地的故事。

  

图4 复合掺合料掺量对混凝土长期强度的影响

2.2 复合矿物掺合料对混凝土耐久性的影响

钢渣未能大量用于建筑材料的资源化利用中，很大程度上是其存在化学成分和矿物组分波动较大及长期安定性不良的潜在问题[6-8]。热焖处理后，钢渣中的f-CaO和f-MgO得到有效消解，其安定性更加良好，本文通过与空白组及掺加等量矿渣的混凝土性能相比，研究了复合掺合料对混凝土耐久性的影响。参考图4试验结果和考虑其他研究者的结论，钢渣掺量宜控制在30%内，故在耐久性测试的混凝土配合比选择上，较为保守的选择了总掺量为20%（A-2），强度试验结果也证明了20%掺量的混凝土长期强度发展也是最理想的。

图 3（a）、（b）和（c）分别是龄期为 28d，水泥空白组、全钢渣和复合掺合料的SEM图。水泥水化产物主要是C-S-H凝胶、水化铝酸钙凝胶、片状Ca（OH）2晶体等，质地较为疏松，结构松散[7]。由SEM图可知，单掺钢渣能够有效改善水化产物结构，但由于钢渣水化较慢，水化产物表面存在很多钢渣颗粒后，影响了早期强度发展；复合掺合料的火山灰反应将吸收水泥熟料水化产生的Ca（OH）2，削弱了因Ca（OH）2存在而产生的薄弱环节且两者累积，具有一定的叠加效应，活性得到相互激发，结果显示与其他研究者得出的相关结论是吻合的[3,4]。因此，随龄期增加，后续强度仍有一定的再提升趋势，50%钢渣掺量的复合矿物掺合料，56d强度活性指数达到了94%。

研究了钢渣-低品位粉煤灰复掺与矿渣在不同养护条件下对混凝土干燥收缩性能的影响。其中标准养护条件试件作为空白组。图5结果表明，试件在空气中自然养护（胶凝材料为水泥（A-0'），复合掺合料掺量为20%（A-2'），矿渣掺量为20%（A-5'））的干燥收缩率明显要大于同龄期标准养护（胶凝材料水泥（A-0），复合掺合料掺量为20%（A-2），掺合料为矿渣且掺量为20%（A-5））的试件，且自然空气中养试件后期收缩率增长更为明显。相同养护条件下，复合矿物掺合料和矿渣的掺加能有效降低混凝土的干燥收缩，且复合矿物掺合料的效果更好；不同养护条件下，自然空养的掺加复合掺合料和矿渣的混凝土收缩率比标准养护的大，但掺加复合掺合料和矿渣后，收缩率比未掺加掺合料时减小幅度大，且掺加复合掺合料后收缩更小。由此可见，复合矿物掺合料对抑制混凝土干燥收缩具有有利作用[8，9]。可能的原因是复合矿物掺合料的掺入替代了混凝土体系中的一部分水泥，且改善了水泥浆体的孔结构和浆体与集料的界面结构，孔隙率减小，细化孔径，阻断了毛细孔通道，一定程度上抑制了混凝土的干燥收缩；同时，钢渣中的f-CaO遇水后，将与水反应形成Ca（OH）2，体积有一定的增加，混凝土的早期干缩一定程度上得到了弥补。

  

图5 不同类型的掺合料对混凝土干燥收缩的影响

综合上述结果可知，钢渣与粉煤灰比例为1:1时，既能够优化胶砂的工作性能，更能够一定程度上提升复合矿物掺合料的活性，因此在后续试验中，采用此比例的复合矿物掺合料来制备混凝土，以测试其对混凝土物理力学性能和耐久性的影响。混凝土配合比参考规范设计，强度等级为C30，保持水灰比一致，调整混凝土坍落度在（200±10）mm，具体如表4所示：

图6是掺加复合矿物掺合料和矿渣与空白组混凝土的碳化深度与碳化时间的关系曲线，试验采用6个边长为100mm立方体试件，每个试件中间破型且只使用一次。

与空白组（胶凝材料为水泥A-0）相比，掺加矿渣（A-5）在碳化的各个阶段都优于空白组，碳化360d的碳化深度只有空白组的一半；掺加复合矿物掺合料（A-2）在前期与空白组（A-0）相比略差，但碳化28d之后的碳化深度明显小于空白组，且减小趋势十分明显，360d时碳化程度与矿渣组非常接近。矿物掺合料掺入后，水泥总用量降低，且体系碱含量也相对下降，对抗碳化不利；一方面增加了混凝土密实性，且混凝土碳化条件下对混凝土水化及二次水化具有一定的加强作用，明显改观了混凝土的孔形结构，提高了抗碳化性能[5]。矿渣的掺入对体系抗碳化性能的影响明显在各个碳化阶段都是利大于弊；而前期钢渣和粉煤灰的复掺，不仅水泥掺量相对较少且水化缓慢，强度较低，对混凝土抗碳化不利，但随着龄期增长，水泥水化逐渐进行，同时碳化的进行，碳化的温湿度条件对水化反应也有一定的促进作用，混凝土强度和密实度逐步提升 [10]，后期对混凝土抗碳化性能的提升非常显著。

2.2.3 抗氯离子渗透

2011年10月，我国教育部印发了《课程标准》。《课程标准》从基本理念、教师教育课程目标与课程设置、实施建议三个方面对教师教育机构设置和教师教育课程提出基本要求，为职业技术师范院校制定教师教育课程方案、开发课程资源、实施教学与评价了提供重要依据。

2.1.2 混凝土长期强度发展

图1 为胶砂流动度随掺合料掺量变化的曲线。其中不掺入掺合料的空白组的流动度为180mm。结果显示，以全粉煤灰作为掺合料（FA）掺入后，胶砂流动度大幅度降低；当掺量超过25%后，胶砂流动度变化较小，工作性能表现较差。而随着钢渣比例的增加，胶砂流动度整体呈现改善趋势；当钢渣比例为50%（S50）时，流动度随掺合料掺量增加而略有提高，但整体改善效果不显著。钢渣比例为30%（S30）且掺合料掺量大于30%时，胶砂流动度与空白组差异不大。而钢渣比例50%时的复合掺合料组皆优于空白组。将钢渣和低品位粉煤灰复掺能够有效改善水泥胶砂的工作性能，随着其中钢渣比例和总掺量的增加，对工作性能的改善效果越来越好，因此，热焖钢渣与低品位粉煤灰复掺能够有效解决粉煤灰需水量过大的问题。钢渣比例不低于50%时，水泥胶砂具有良好的流动度。

  

图6 不同类型的掺合料对混凝土抗碳化性能的影响

  

图7 不同类型的掺合料对混凝土抗Cl-渗透的影响

结果显示，与空白组（A-0）相比，掺加矿渣（A-5）能有效提升混凝土抗Cl-渗透性能，随浸泡时间不同，Cl-渗透深度一直比空白组的低30%～50%；而掺加复合掺合料（A-2）后，早期与空白组基本一致，浸泡90d后其对混凝土抗Cl-渗透性能的提升逐渐凸显且提升幅度随浸泡时间增长而越来越大，到360d时只有空白组的65%左右，仅略差于矿渣组。主要的原因在于，复合矿物掺合料前期水化较慢，混凝土在强度和密实度上都比较低，这个阶段Cl-渗透较为容易，故与空白组能够保持一致甚至略差；随后矿渣和复合矿物掺合料与水泥水化产生的Ca（OH）2发生二次反应，反应产物填充孔隙并堵塞贯通的毛细孔通道，使连通的孔隙减少，从而提高混凝土抗渗性及抗Cl-渗透性能；此外，矿渣、粉煤灰的物理吸附和二次水化产物的物理化学吸附作用也使混凝土对Cl-有较强的固结能力[6]。

3 结论

（1）热焖钢渣与低品位粉煤灰按1:1复掺，适量掺加能够有效提升胶砂的工作性能，复合矿物掺合料间存在一定的互相激发作用，具有非常高的活性且后续强度增长显著。

（2）混凝土中掺加复合矿物掺合料，掺量控制在30%以内，能够有效改善混凝土工作性能和满足混凝土强度要求。

（3）相比空白组（胶凝材料为水泥）混凝土，掺加20%的复合矿物掺合料后，混凝土的耐久性显著提高，抗碳化、抗氯离子渗透能力比相同条件下矿渣混凝土稍低，但干燥收缩性能的改善则优于矿渣混凝土。

参考文献：

ICMI还有一些附属的研究组和国际或跨国的组织，如数学史与数学教学的关系国际研究小组（简称HPM）、国际数学教育心理学研究小组（简称PME）、数学建模和应用国际研究小组（简称ICTMA）、国际数学竞赛联盟（简称WFNMC）、国际数学教学研究与改进研究会（简称CIEAEM）等．

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[2]王雨清,申丽.PLC控制系统在钢渣热焖工艺中的应用[J].环境工程,2011,29(2):104-106.

[3]杨钱荣,张树青,杨全兵.掺钢渣-矿渣-粉煤灰复合微粉混凝土性能研究[J].粉煤灰综合利用,2009,(4):3-6.

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