劉進(jìn)，王棟民

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

含鋼渣的復(fù)合摻合料的研究進(jìn)展

劉進(jìn)，王棟民

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

本文介紹了復(fù)合摻合料的研究意義，綜述了鋼渣的特點(diǎn)以及鋼渣與礦渣、硅灰、粉煤灰二元或三元復(fù)合對水泥混凝土工作性、強(qiáng)度、耐久性等性能的影響，并分析了產(chǎn)生“復(fù)合超疊加效應(yīng)”的原因。

鋼渣；復(fù)合摻合料；水泥；混凝土

0 引言

礦物摻合料應(yīng)用于水泥基材料中，可以通過化學(xué)反應(yīng)及物理填充作用，降低硬化水泥漿體的孔隙率，改善混凝土界面過渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)[1]。在混凝土中加入礦物摻合料，不僅能夠降低混凝土早期的內(nèi)部溫升，提高混凝土后期的強(qiáng)度及耐久性，滿足現(xiàn)代建筑對高性能混凝土的要求；還可以減少水泥熟料的用量，節(jié)約資源和能源，有利于環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展[2]。應(yīng)用于現(xiàn)代建筑尤其是超高層建筑的混凝土，已廣泛地使用礦物摻合料以改善其性能，礦物摻合料已成為現(xiàn)代混凝土中不可缺少的組分[3]。

隨著礦物摻合料在水泥基材料中的應(yīng)用及研究不斷深入，越來越多的學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，由兩種或兩種以上已知的礦物摻合料按一定比例復(fù)合而成的復(fù)合摻合料應(yīng)用于水泥基材料中，水泥基材料性能良好，甚至超過了各自單獨(dú)摻加時的情況，產(chǎn)生了“復(fù)合超疊加效應(yīng)”[4-7]。

復(fù)合礦物摻合料在改善水泥基材料性能的同時，還可以消耗更多種類的工業(yè)副產(chǎn)物，提高各種礦物資源的利用率，解決部分地區(qū)礦渣、硅灰、粉煤灰等某一資源匱乏的問題，具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于 2015 年8月 21日通過了建筑工業(yè)行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《混凝土用復(fù)合摻合料》，編號為 JG/T 486—2015，自 2016 年 4月 1日起實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施進(jìn)一步推動了復(fù)合礦物摻合料在混凝土中的研究及應(yīng)用。

鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，排放量為鋼產(chǎn)量的10%～15%[8,9]。我國鋼渣的積存量超過18億t，且每年以幾百萬噸的速度增長[10]，但利用率僅有 30%[11]。目前，鋼渣主要應(yīng)用于瀝青混凝土集料、工程回填料和路基工程等[12]，在混凝土中應(yīng)用的情況較少。研究表明，鋼渣具有自身膠凝性，是一種潛在的礦物摻合料[13,14]，將鋼渣與礦渣、硅灰、粉煤灰等礦物摻合料復(fù)合，不僅能夠提高鋼渣在混凝土中的利用價值，節(jié)約工程成本，還能夠避免鋼渣大量堆積引起的土地占用和環(huán)境污染問題。

1 鋼渣復(fù)合礦物摻合料的研究進(jìn)展

1.1 鋼渣的性能特點(diǎn)

我國 70% 的鋼渣為轉(zhuǎn)爐鋼渣，化學(xué)成分與硅酸鹽熟料相似，主要為 CaO、SiO2、Al2O3、F2O3、MgO、FeO、P2O5等[15,16]。礦物組成主要為 C2S、C3S、RO 相（MgO、FeO 和MnO 的固溶體）及少量 f-CaO、C4AF[17-19]。其中，C2S、C3S、C4AF 為膠凝組分，RO 相為惰性組分[20,21]；膠凝組分相的粒徑較小，RO 相的粒徑較大[22]。由于其膠凝組分的存在，鋼渣被認(rèn)為是一種潛在的礦物摻合料。研究表明，鋼渣應(yīng)用于水泥混凝土中，具有改善水泥漿體的流動性，延緩水泥的凝結(jié)時間[23]，減少早期水化放熱[24]，改善混凝土后期的耐久性[25]等特點(diǎn)。

但是鋼渣存在安定性不良的問題[26]，限制了其在水泥混凝土中的應(yīng)用。研究表明，當(dāng) RO 相中的 MgO 超過 70%時，鋼渣的安定性不良[27]；鋼渣中的 f-CaO 水化生成 Ca(OH)2后，導(dǎo)致體積膨脹，引起安定性不良[28]；李永鑫[26]對金屬 Fe含量較高（3.55%）的鋼渣試樣進(jìn)行壓蒸法測試，結(jié)果顯示安定性不良，并認(rèn)為金屬 Fe 含量應(yīng)該在 2% 以下較為安全。此外，鋼渣并沒有像礦渣、硅灰、粉煤灰一樣得到充分的重視，大部分鋼廠將鋼渣視為廢料排放，導(dǎo)致鋼渣的成分波動較大，也增加了鋼渣在水泥混凝土中應(yīng)用的困難。

1.2 鋼渣與礦渣的復(fù)合

林茂松[29]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 3:7 復(fù)摻，在摻入 0.5% 助磨劑粉磨 15min 后，復(fù)合粉 7d、28d 的活性指數(shù)分別為 97%、112%，能夠滿足 GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土的?；郀t礦渣粉》中 S105 礦粉的活性要求。蘇興文[30]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 9:1、4:1、7:3、3:2、1:1復(fù)摻，復(fù)合粉 3d、7d、28d 的活性指數(shù)優(yōu)于鋼渣粉，且復(fù)摻粉具有較好的流動性。佟銀子[31]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 1:1、1:2、1:3 復(fù)摻，復(fù)合粉 7d 時的活性指數(shù)高于鋼渣粉及礦渣粉，復(fù)合粉 28d 時的活性指數(shù)達(dá)到 90%。

萬超[7]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30% 時，與鋼渣、礦渣分別單摻 30% 的硬化漿體相比，摻復(fù)合摻合料的硬化漿體中，小于 20nm 的無害孔和 20～50nm 的少害孔分別增加 27%、12%，大于 200nm的有害孔分別減小 13%、9%，平均孔徑分別減小 35.2nm、2.2nm。李永鑫[4]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30% 時，與純水泥相比，摻復(fù)合摻合料的硬化漿體 7d、28d、90d 齡期的孔隙率和中值孔徑減?。磺?d、28d 齡期時，孔隙率和中值孔徑低于單摻 30% 鋼渣、單摻 30% 礦渣的硬化漿體。王玲玲[32]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 4:1、7:3、3:2、1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30%時，與純水泥混凝土相比，復(fù)合摻合料混凝土的坍落度升高，且坍落度值隨復(fù)合摻合料中鋼渣的比例的增加而增加，復(fù)合摻合料混凝土 7d、28d、90d 齡期的抗壓強(qiáng)度升高，且抗壓強(qiáng)度值隨復(fù)合摻合料中鋼渣的比例的減少而增加；當(dāng)鋼渣∶礦渣按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 20%～50% 時，與純水泥混凝土相比，復(fù)合摻合料混凝土的坍落度升高，且坍落度值隨復(fù)合摻合料的摻量的增加而增加，復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度在 7d、28d 齡期時與純水泥混凝土相比變化不大，但在 90d 齡期時明顯高于純水泥混凝土，復(fù)合摻合料混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度隨復(fù)合摻合料摻量的增加呈先增加后減小的趨勢，當(dāng)摻量為 30% 時，復(fù)合摻合料混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度均較高。鄒小平[33]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 10%～40% 時，隨著復(fù)合摻合料摻量的增加，復(fù)合摻合料混凝土的初始坍落度和 1h后坍落度逐漸增加，7d、28d 齡期的抗壓強(qiáng)度逐漸下降，當(dāng)復(fù)合摻合料的摻量低于 20% 時，復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度略低于純水泥混凝土，當(dāng)復(fù)合摻合料的摻量超過 20% 后，復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯降低。王喆[34]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30% 時，復(fù)合摻合料混凝土 360d、720d 齡期的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度與純水泥混凝土相比均有所提高。施鐘毅[35]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 3:7 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 42% 時，復(fù)合摻合料混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相差不大，90d 齡期時復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度略高于基準(zhǔn)混凝土。張愛萍[6]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 1:4、3:7、2:3復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 40% 時，復(fù)合摻合料混凝土 28d齡期的抗壓強(qiáng)度接近甚至超過了單摻 40% 鋼渣的混凝土及單摻 40% 礦渣的混凝土；當(dāng)鋼渣∶礦渣為 3:7 時，復(fù)合摻合料混凝土的力學(xué)性能最好。袁玲[36]的研究結(jié)果顯示，鋼渣：礦渣按 2:3 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 50% 時，摻復(fù)合摻合料的硬化水泥漿體各齡期的抗壓強(qiáng)度均較高，接近甚至超過了純水泥硬化漿體。

王喆[34]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30% 時，復(fù)合摻合料混凝土 360d、720d 齡期的氯離子滲透性比純水泥混凝土低一個等級。施鐘毅[35]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣按 3:7 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 42% 時，復(fù)合摻合料混凝土經(jīng) 50 次凍融循環(huán)后，強(qiáng)度損失率低于基準(zhǔn)混凝土及同摻量的礦渣混凝土；復(fù)合摻合料混凝土的氯離子滲透性低于基準(zhǔn)混凝土及同摻量的礦渣混凝土。

1.3 鋼渣與硅灰的復(fù)合

程宇科[5]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶硅灰按 3:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 40% 時，與純水泥硬化漿體相比，摻復(fù)合摻合料的硬化漿體 28d 齡期的總孔隙率降低，小于 50nm 的微觀孔的比例增多，大于 200nm 的多害孔的比例減少，鋼渣與硅灰復(fù)摻改善了硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)。胡瑾[37]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶硅灰按 96:4、93:7、85:15 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 20%、35% 時，復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度隨復(fù)合摻合料中硅灰的比例的增加而增加，水灰比為 0.5 時，復(fù)合摻合料混凝土 28d、90d 齡期的抗壓強(qiáng)度高于同摻量的鋼渣混凝土，但低于同摻量的礦渣混凝土和純水泥混凝土；水灰比為0.3 時，鋼渣∶硅灰為 85:15 的復(fù)合摻合料混凝土 28d、90d齡期的抗壓強(qiáng)度高于同摻量的礦渣混凝土，接近甚至略高于純水泥混凝土，鋼渣∶硅灰為 96:4、93:7 的復(fù)合摻合料混凝土28d、90d齡期的抗壓強(qiáng)度略低于同摻量的礦渣混凝土及純水泥混凝土。杜君[38]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶硅灰按 29:1、28:2、27:3、26:4、25:5 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30% 時，隨著復(fù)合摻合料中硅灰的比例增加，摻復(fù)合摻合料的水泥砂漿各齡期的抗壓強(qiáng)度增加；當(dāng)鋼渣∶硅灰為 26:4 時，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1% 的 CaSO4·2H2O 后，摻復(fù)合摻合料的水泥砂漿3d、7d 齡期的抗壓強(qiáng)度高于單摻 30% 鋼渣的水泥砂漿，低于基準(zhǔn)水泥砂漿，但 28d 齡期時復(fù)合水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度高于基準(zhǔn)水泥砂漿。鄧海斌[39]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶硅灰按 1:1復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 10% 時，與純水泥混凝土相比，復(fù)合摻合料混凝土 7d 齡期的抗壓強(qiáng)度、28d 齡期的抗壓強(qiáng)度、28d 齡期的劈裂抗拉強(qiáng)度分別提高 14%、3%、58%，且均高于單摻 10% 鋼渣的混凝土。

胡瑾[37]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶硅灰按 96:4、93:7、85:15 復(fù)摻，水灰比為 0.5 時，復(fù)合摻合料的摻量為 20% 的混凝土 28d、90d 齡期的氯離子滲透性與純水泥混凝土相同，復(fù)合摻合料的摻量為 35% 的混凝土的氯離子滲透性隨復(fù)合摻合料中硅灰的比例增大，28d 時先高于后等于純水泥混凝土，90d 時先等于后低于純水泥混凝土；水灰比為 0.3 時，結(jié)果相似，復(fù)合摻合料的摻量為 20% 和 35% 的混凝土的氯離子滲透性隨復(fù)合摻合料中硅灰的比例增大，28d 時先高于后等于純水泥混凝土，90d 時先等于后低于純水泥混凝土。鄧海斌[39]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶硅灰按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 10% 時，復(fù)合摻合料混凝土 28d 齡期的氯離子滲透系數(shù)顯著低于純水泥混凝土及單摻 10% 鋼渣的混凝土。

1.4 鋼渣與粉煤灰的復(fù)合

萬超[7]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 1:2 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 15% 時，與鋼渣、粉煤灰分別單摻 15% 的硬化漿體相比，摻復(fù)合摻合料的硬化漿體的孔隙率分別減小52%、42%，大于 200nm 的有害孔分別減小 22%、5%，平均孔徑分別減小 25.4nm、1.5nm。程宇科[5]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 4:3 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 40% 時，與純水泥硬化漿體相比，摻復(fù)合摻合料的硬化漿體 28d 齡期的總孔隙率升高，最可幾孔徑略有增大。王玲玲[32]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 4:1、7:3、3:2、1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30% 時，與純水泥混凝土相比，復(fù)合摻合料混凝土的坍落度升高，且坍落度值隨復(fù)合摻合料中鋼渣的比例的減小而增加，復(fù)合摻合料混凝土 7d、28d 齡期的抗壓強(qiáng)度降低，90d 齡期的抗壓強(qiáng)度升高，各齡期的抗壓強(qiáng)度隨復(fù)合摻合料中鋼渣的比例的不同變化不大；鋼渣∶粉煤灰按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 20%～50% 時，與純水泥混凝土相比，復(fù)合摻合料混凝土的坍落度增加，且坍落度值隨復(fù)合摻合料的摻量的增加而增加，復(fù)合摻合料混凝土 7d 齡期的抗壓強(qiáng)度明顯降低，28d 齡期的抗壓強(qiáng)度略低于純水泥混凝土，但 90d 齡期時復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于純水泥混凝土，當(dāng)摻量為 30% 時，復(fù)合摻合料混凝土各齡期強(qiáng)度均較高。鄒小平[33]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 10%～40% 時，與純水泥混凝土相比，復(fù)合摻合料混凝土的初始坍落度和 1h 后坍落度升高，且初始坍落度值和 1h 后坍落度值隨復(fù)合摻合料的摻量的增加而增加，復(fù)合摻合料混凝土 7d、28d 齡期的抗壓強(qiáng)度低于純水泥混凝土，且抗壓強(qiáng)度隨復(fù)合摻合料摻量的增加而降低，當(dāng)摻量超過30% 后，復(fù)合摻合料混凝土強(qiáng)度下降明顯。王喆[40]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 7:3、3:2 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 20%、35% 時，復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度高于同摻量的鋼渣混凝土，且復(fù)合摻合料混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度隨復(fù)合摻合料中粉煤灰比例的增加而增加；水膠比為 0.5 時，復(fù)合摻合料混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度均低于純水泥混凝土，但 90d時兩者相差不大；水膠比為 0.3 時，復(fù)合摻合料混凝土28d、90d 齡期的抗壓強(qiáng)度接近甚至超過了純水泥混凝土。李鑫[41]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 3:2 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30%，以及鋼渣∶粉煤灰按 2:3 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 40% 時，兩種復(fù)合摻合料混凝土 7d 齡期的抗壓強(qiáng)度均明顯低于純水泥混凝土，但 28d 齡期時兩種復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度均與純水泥混凝土相差不大，90d 時兩種復(fù)合摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度均高于純水泥混凝土。丁華柱[42]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 1:9、1:4 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 10% 時，復(fù)合摻合料混凝土 28d 齡期的抗壓強(qiáng)度高于單摻 10% 粉煤灰的混凝土。

王喆[40]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 7:3、3:2 復(fù)摻，水膠比為 0.5，摻量為 35% 時，復(fù)合摻合料混凝土的氯離子滲透性在 28d 齡期時高于純水泥混凝土，等于鋼渣混凝土，在 90d 齡期時隨復(fù)合摻合料中粉煤灰的比例的增大，復(fù)合摻合料混凝土的氯離子滲透性先等于后低于純水泥混凝土，低于同摻量的鋼渣混凝土，復(fù)合摻合料的摻量為 20%時，復(fù)合摻合料混凝土的氯離子滲透性在 28d 齡期時等于純水泥混凝土，高于同摻量的鋼渣混凝土，在 90d 齡期時隨復(fù)合摻合料中粉煤灰的比例的增大，復(fù)合摻合料混凝土的氯離子滲透性先等于后低于純水泥混凝土及同摻量的鋼渣混凝土；水灰比為 0.3，復(fù)合摻合料的摻量為 20% 和 35% 時，復(fù)合摻合料混凝土的氯離子滲透性在 28d 齡期時高于純水泥混凝土，低于或等于同摻量的鋼渣混凝土，在 90d 齡期時低于純水泥混凝土及同摻量的鋼渣混凝土。李鑫[41]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰按 3:2 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30%，以及鋼渣∶粉煤灰按 2:3 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 40%時，兩種復(fù)合摻合料混凝土的絕熱溫升、自生收縮均低于純水泥混凝土，兩種復(fù)合摻合料混凝土的氯離子滲透性等級在28d 齡期時均與純水泥混凝土相同，在 90d 齡期時均低于純水泥混凝土。

1.5 含鋼渣的三元復(fù)合

萬超[7]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰∶礦渣按 1:2:1 復(fù)摻，三元復(fù)合摻合料的摻量為 15% 時，與鋼渣∶粉煤灰按1:2 復(fù)摻、二元復(fù)合摻合料的摻量為 15% 的硬化漿體相比，摻三元復(fù)合摻合料的硬化漿體 28d 齡期時小于 20nm 的無害孔和 20～50nm 的少害孔增加 16%，大于 200nm 的有害孔減小 38%，平均孔徑減小 7.9nm，摻三元復(fù)合摻合料的硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)優(yōu)于摻二元復(fù)合摻合料的硬化漿體。程宇科[5]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰∶硅灰按 3:5:2 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 40% 時，與純水泥硬化漿體相比，摻復(fù)合摻合料的硬化漿體 28d 齡期的總孔隙率降低，小于 50nm 的微觀孔的比例增多，大于 200nm 的多害孔減少，三元復(fù)合摻合料改善了硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)。王玲玲[32]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰∶礦渣按 1:1:1、1:2:1、1:1:2、2:1:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 20%～60% 時，復(fù)合摻合料混凝土的坍落度隨復(fù)合摻合料摻量的增加而增加，隨復(fù)合摻合料中粉煤灰比例的增加而增加，隨復(fù)合摻合料中礦渣比例的增加而減小，并高于同摻量下三種礦物摻合料各自單摻及兩兩復(fù)摻時的結(jié)果；摻三元復(fù)合摻合料的混凝土的抗壓強(qiáng)度在 7d 齡期時低于純水泥混凝土，在 28d 齡期時接近或略高于純水泥混凝土，在90d 齡期時已明顯高于純水泥混凝土；當(dāng)三元復(fù)合摻合料的摻量為 30%，鋼渣∶粉煤灰∶礦渣為 1:2:1 時，復(fù)合摻合料混凝土各齡期強(qiáng)度均較高。劉靜[43]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶粉煤灰∶硅灰按 3:5:2 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 10%～50%時，與純水泥混凝土相比，摻復(fù)合摻合料的混凝土的氯離子電通量在 28d 齡期時降低了 53%～82%，在 90d 齡期時降低了 56%～89%；鋼渣∶礦渣∶粉煤灰為 1:2:1，摻量為10%～50% 時，與純水泥混凝土相比，摻復(fù)合摻合料的混凝土的氯離子電通量在 28d 齡期時降低了 2%～43%，在 90d 齡期時降低了 9%～59%。趙蘇政[44]的研究結(jié)果顯示，鋼渣∶礦渣∶粉煤灰按 1:2:1 復(fù)摻，復(fù)合摻合料的摻量為 30%～50%時，復(fù)合摻合料混凝土各個齡期的氯離子電通量均低于基準(zhǔn)混凝土，且電通量值隨復(fù)合礦物摻合料摻量的增加而降低。

1.6 討論

礦物摻合料在水泥基材料中的作用機(jī)理可大致分為物理作用和化學(xué)作用兩大類[45-48]：其中，物理作用主要是由于礦物摻合料通常顆粒尺寸較小，能夠填充水泥漿體的孔隙及混凝土的界面過渡區(qū)，使材料內(nèi)部更加密實(shí)，起到“填充效應(yīng)”，同時，粉煤灰等礦物摻合料具有顆粒表面光滑、球形度高等特點(diǎn)，可以提高漿體的流動性，改善水泥基材料的工作性，起到“形態(tài)效應(yīng)”；化學(xué)作用主要是指礦物摻合料中的活性組分，通過自身的膠凝性，或者在堿存在的環(huán)境下進(jìn)行的火山灰反應(yīng)，產(chǎn)生比早期更細(xì)小的水化產(chǎn)物，細(xì)化漿體孔徑，填充混凝土的界面過渡區(qū)，尤其是火山灰反應(yīng)在產(chǎn)生水化產(chǎn)物的同時還消耗對強(qiáng)度不利的 Ca(OH)2晶體，因而提高了水泥基材料的后期強(qiáng)度及耐久性。

與礦渣、硅灰、粉煤灰相比，鋼渣在物理性能及化學(xué)性能上均有一定差別。鋼渣與其他礦物摻合料復(fù)合產(chǎn)生的“復(fù)合超疊加效應(yīng)”可以從物理和化學(xué)兩個方面解釋。首先，由于鋼渣中的 RO 相較難磨，以膠凝組分為主的顆粒和以 RO相為主顆粒的尺寸通常相差較大，導(dǎo)致鋼渣的粒徑分布不均勻，粒徑分布曲線存在兩個峰，再加上不同種礦物摻合料的顆粒的整體粒徑分布范圍也不盡相同，因此鋼渣在顆粒級配上與其他礦物摻合料存在較大差異，鋼渣與礦渣、硅灰、粉煤灰等復(fù)摻后，優(yōu)化了礦物摻合料的粒徑級配，使填充效果更好，進(jìn)而使水泥基材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更密實(shí)。在化學(xué)反應(yīng)方面，鋼渣水化依靠自身膠凝性，而無火山灰反應(yīng)，水化會產(chǎn)生 Ca(OH)2[49]，增大了漿體中堿的濃度，有利于促進(jìn)礦渣、硅灰、粉煤灰的火山灰反應(yīng)，同時，礦渣、硅灰、粉煤灰的火山灰反應(yīng)消耗 Ca(OH)2，反過來又促進(jìn)鋼渣水化反應(yīng)的正向進(jìn)行，兩種水化反應(yīng)能夠相互促進(jìn)。此外，與水泥相比，雖然各種礦物摻合料水化反應(yīng)主要是在后期，水化速率較慢，但不同種礦物摻合料由于化學(xué)組成、礦物組成及玻璃體含量的不同，在同一時期的水化速率存在差異[50]，盡管不同種礦物摻合料之間水化速率的差異可能較小，但在水化后期，漿體孔隙已經(jīng)較小，界面過渡區(qū)已經(jīng)較密實(shí)的情況下，這種差異產(chǎn)生的影響不應(yīng)被忽略，因此，在水泥水化后期，反應(yīng)速率較快的礦物摻合料通過水化反應(yīng)使?jié){體及界面過渡區(qū)密實(shí)，在此基礎(chǔ)上，反應(yīng)速率較慢的礦物摻合料在更后期通過水化反應(yīng)對漿體的孔結(jié)構(gòu)及界面過渡區(qū)進(jìn)行了進(jìn)一步的填充，多種礦物摻合料的多重改善作用使結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，最終使復(fù)合摻合料達(dá)到了 1+1＞2 的效果。

2 結(jié)論

鋼渣與礦渣、粉煤灰、硅灰二元或三元復(fù)摻后，由于參與復(fù)摻的摻合料的種類、各自所占比例以及復(fù)合摻合料的摻量不同，對水泥基材料的性能影響略有差異，但大體規(guī)律一致，均會降低水泥混凝土的早期強(qiáng)度，改善混凝土的工作性，優(yōu)化硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，提升混凝土的后期強(qiáng)度和耐久性，復(fù)合礦物摻合料對水泥基材料性能的改善具有良好的效果。

鋼渣與不同的礦物摻合料進(jìn)行復(fù)摻時，復(fù)合摻合料中鋼渣的最佳比例以及復(fù)合摻合料的最佳摻量不盡相同，但無論是鋼渣與哪種礦物摻合料復(fù)摻，在適當(dāng)?shù)呐浔确秶皳搅肯拢獜?fù)合摻合料能夠優(yōu)于單摻其中某一種礦物摻合料，三元復(fù)合摻合料能夠優(yōu)于二元復(fù)合摻合料，復(fù)合礦物摻合料均能體現(xiàn)出“復(fù)合超疊加效應(yīng)”，鋼渣適合作為復(fù)合摻合料中的一種組分與其他礦物摻合料進(jìn)行復(fù)摻使用。

[1] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國鐵道出版社，1999．

[2] 王強(qiáng)，閻培渝，周予啟，等．超高層建筑大體積混凝土設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2016．

[3] 水中和，魏小勝，王棟民．現(xiàn)代混凝土科學(xué)技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2015．

[4] 李永鑫．磨細(xì)礦物摻合料對水泥硬化漿體孔結(jié)構(gòu)及砂漿強(qiáng)度的影響（英文）[J]．硅酸鹽學(xué)報，2006, 34(5): 575-579．

[5] 程宇科，王元綱，長高勤，等．復(fù)合型摻合料對高性能混凝土孔結(jié)構(gòu)的影響[J]．混凝土，2011(2): 38-41．

[6] 張愛萍，李永鑫．鋼渣復(fù)合摻合料配制混凝土的工作性能與力學(xué)性能研究[J]．混凝土，2006(6): 38-41．

[7] 萬超．復(fù)合型摻合料高性能混凝土工作性的研究[D]．南京：南京林業(yè)大學(xué)，2012．

[8] AKin Altun, Ismail Yilmaz. Study on steel furnace slags with MgO as additive in Portland cement[J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32(8): 1247-1249.

[9] Shi Caijun. Steel slag-its production, processing, characteristics, and cementitious properties[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2004, 16(3): 230-236.

[10] Chen Meizu, Zhou Mingkai, Wu Shaopeng. Optimization of blended mortars using steel slag sand[J]. Journal of Wuhan University of Technology Materials Science, 2007, 22(4): 741-744.

[11] 王強(qiáng)，曹豐澤，于超，等．鋼渣骨料對混凝土性能的影響[J]．硅酸鹽通報， 2015, 34(4): 1004-1010．

[12] 王強(qiáng)，鮑立楠，閻培渝．轉(zhuǎn)爐鋼渣粉在水泥混凝土中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J]．混凝土，2009(2): 53-56．

[13] Wang Qiang, Yan Peiyu, Yang Jianwei. Influence of steel slag on mechanical properties and durability of concrete [J]. Construction and Building Materials, 2013, 47: 1414-1420.

[14] Wang Qiang, Shi Mengxiao, Yang Jianwei. Influence of classified steel slag with particle sizes smaller than 20μm on the properties of cement and concrete[J]. Construction and Building Materials, 2016, 123: 601-610.

[15] Shi Caijun, Qian Jueshi. High performance cementing materials form industrial slags-a review[J]. Resources, Conservation and Recycling, 2000, 29: 195-207.

[16] Mehmet Tufekci, Demirbas Ayhan, Hakan Genc. Evaluationof steel furnace slags as cement additives[J]. Cement and Concrete Research, 1997, 27(11): 1713-1717.

[17] H. Motz, J. Geiseler. Products of steel slags-an opportunity to save natural resources[J]. Waste Manage, 2001, 21(3): 285-293.

[18] Shi Caijun. Characteristics and cementitious properties of ladle slag fines from steel production[J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32: 459-462.

[19] S. Kourounis, S. Tsivilis, P.E. Tsakiridis, et al. Properties and hydration of blended cements with steelmaking slag[J]. Cement and Concrete Research, 2007, 37:815-822.

[20] Wang Qiang, Yan Peiyu, Feng Jianwen. A discussion on improving hydration activity of steel slag by altering its mineral compositions[J]. Journal of Hazardous Materials, 2011, 186(2): 1070-1075.

[21] Wang Qiang, Yan Peiyu. Hydration properties of basic oxygen furnace steel slag[J]. Construction and Building Materials, 2010, 24(7): 1134-1140.

[22] 王強(qiáng)．鋼渣的膠凝性能及在復(fù)合膠凝材料水化硬化過程中的作用[D]．北京：清華大學(xué)，2010．

[23] 袁玲，汪正蘭．鋼渣礦渣復(fù)合摻合料對水泥漿體性能的影響[J]．安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2004, 12(3): 43-46．

[24] 王強(qiáng)，閻培渝．大摻量鋼渣復(fù)合膠凝材料早期水化性能和漿體結(jié)構(gòu)[J]．硅酸鹽學(xué)報，2008,36(10): 70-75．

[25] 朱航．鋼渣礦粉的制備及其在水泥混凝土中的應(yīng)用研究[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2006．

[26] 李永鑫．含鋼渣粉摻合料的水泥混凝土組成結(jié)構(gòu)及性能研究[D]．北京：中國建筑材料科學(xué)研究院，2003．

[27] G. R. Qian , D. D. Sun, J. H. Tay, et al. Hydrothermal reaction and autoclave stability of Mg bearing RO phase in steel slag. British Ceramic Transactions, 2002, 101(4): 159-164.

[28] 肖琪仲．鋼渣的膨脹破壞與抑制[J]．硅酸鹽學(xué)報，1996, 24(6): 635-640．

[29] 林茂松，王瓊，於林峰．鋼渣礦渣復(fù)合摻合料的試驗(yàn)研究[J]．材料導(dǎo)報，2014, 28(4): 372-374．

[30] 蘇興文，王晉東，張志彪．轉(zhuǎn)爐鋼渣粉與高爐礦渣粉的雙摻粉的活性研究[A]．第七屆(2009)中國鋼鐵年會論文集[C]，2009: 360-362．

[31] 佟銀子．混凝土用復(fù)合摻合料的活性分析方法研究[D]．南京：南京林業(yè)大學(xué)，2014．

[32] 王玲玲．多組分摻合料混凝土力學(xué)性能研究[D]．山東：山東科技大學(xué)，2011．

[33] 鄒小平，曾亮．摻鋼渣粉與粉煤灰礦粉復(fù)合微粉混凝土的試驗(yàn)研究[J]．江西建材，2015(23): 5-6．

[34] 王喆，王棟民．不同復(fù)合礦物摻合料對混凝土長期性能的影響差異[J]．硅酸鹽通報，2015, 34(8): 2392-2397．

[35] 施鐘毅，林茂松，王瓊，等．大摻量鋼渣礦粉復(fù)合摻合料對混凝土性能影響的研究[J]．廣東建材，2014(9): 16-18．

[36] 袁玲，汪正蘭．鋼渣礦渣復(fù)合摻合料對水泥漿體性能的影響[J]．安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2004, 12(3): 43-46．

[37] 胡瑾，王強(qiáng)，楊建偉．鋼渣—硅灰復(fù)合礦物摻合料對混凝土性能的影響[J]．清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015(2): 145-149．

[38] 杜君，劉家祥．石膏與硅灰對鋼渣水泥基膠凝材料復(fù)合改性效應(yīng)[J]．土木建筑與環(huán)境工程，2013,35(3): 131-136．

[39] 鄧海斌，王海龍，彭琪雯，等．鋼渣粉硅灰混凝土的力學(xué)性能及耐久性研究[J]．混凝土，2014(12): 97-100．

[40] 王喆，王強(qiáng)，楊建偉，等．鋼渣—磨細(xì)粉煤灰復(fù)合礦物摻合料對混凝土性能的影響[J]．混凝土，2015(5): 79-82．

[41] 李鑫，王志剛，劉數(shù)華．鋼渣和超細(xì)粉煤灰在高強(qiáng)混凝土中的應(yīng)用[J]．硅酸鹽通報，2014, 33(8): 2114-2118．

[42] 丁華柱，都增延，劉圍，等．鋼渣和粉煤灰對混凝土力學(xué)性能的影響[J]．粉煤灰，2015(5): 11-13．

[43] 劉靜，王元綱．含鋼渣復(fù)合摻合料對高性能混凝土抗氯離子滲透性能的影響[J]．混凝土與水泥制品， 2013(8): 9-12. [44] 趙蘇政，王元綱，張高勤，等．復(fù)合摻合料改善混凝土抗氯離子滲透能力的研究[J]．森林工程，2010, 26(6): 59-61．[45] 王復(fù)生．礦物摻合料在高性能混凝土中的作用探討[J]．山東建材學(xué)院學(xué)報，1996(3):23-27．

[46] 謝友均，周士瓊，尹建，等．超細(xì)磨粉煤灰作用效應(yīng)研究[J]．山東建材學(xué)院學(xué)報，1998(S1): 121-124．

[47] 蒲心誠，王勇威．高效活性礦物摻合料與混凝土的高性能化[J]．混凝土，2002(2): 3-6．

[48] 蒲心誠，王勇威．高效活性礦物摻合料與混凝土的高性能化（續(xù)）[J]．混凝土，2002(3): 21-23．

[49] Wang Qiang, Yang Jianwei, Yan Peiyu. Cementitious properties of super-fine steel slag [J]. Powder Technology, 2013, 245: 35-39.

[50] 王強(qiáng)，黎夢圓，石夢曉．水泥—鋼渣—礦渣復(fù)合膠凝材料的水化特性[J]．硅酸鹽學(xué)報，2014, 42(05): 629-634．

［通訊地址］北京市海淀區(qū)學(xué)院路丁 11 號中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院（100083）

劉進(jìn)（1992—），男，碩士，現(xiàn)就讀于中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，主要從事建筑材料方面研究。