李彥君，閻蕊珍，王建成，韓東霄，樊盼盼

(1.山西工程科技職業(yè)大學(xué) 工程管理學(xué)院，山西 晉中 030619；2.太原理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，山西 太原 030024；3.太原理工大學(xué) 省部共建煤基能源清潔高效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024)

0 引 言

我國(guó)能源分布特點(diǎn)為富煤、貧油、少氣，2021年1—2月，我國(guó)原煤產(chǎn)量達(dá)62 494.3萬(wàn)t，增長(zhǎng)率25.53%[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)原煤多直接燃燒利用，造成煙塵、SO2、NOx、CO2等大氣污染和大面積酸雨，發(fā)展高效潔凈的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)具有戰(zhàn)略意義。煤炭清潔高效利用的核心技術(shù)之一——煤氣化，是指煤與氣化劑作用發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將煤炭轉(zhuǎn)化為合成氣和少量殘?jiān)倪^(guò)程。隨著煤氣化技術(shù)的發(fā)展推廣，產(chǎn)生大量煤氣化渣，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2019年氣化渣產(chǎn)量就超過(guò)3 500萬(wàn)t[2]。煤氣化渣是煤與氧氣或富氧空氣發(fā)生不完全燃燒生成CO、H2的過(guò)程中，煤中無(wú)機(jī)礦物質(zhì)經(jīng)過(guò)不同物理化學(xué)轉(zhuǎn)變，并伴隨煤中殘留碳顆粒形成的固態(tài)殘?jiān)黐2]。因其含碳量高、雜質(zhì)高，導(dǎo)致品質(zhì)不穩(wěn)定、處理成本高，大部分氣化渣只能填埋處理，造成嚴(yán)重污染[3]，氣化渣利用率亟待提高。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)煤氣化渣規(guī)模化處置利用主要聚焦在建工建材、土壤水體修復(fù)、殘?zhí)祭?、高值化利用等方面[2-9]。

煤氣化渣分為粗渣和細(xì)渣2類。受煤氣化工藝、煤產(chǎn)地的影響，產(chǎn)生的氣化渣成分亦不同，研究發(fā)現(xiàn)[10-11]，煤氣化渣的主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3和殘余碳，這4種物質(zhì)占煤氣化渣總質(zhì)量的80%以上；粗渣和細(xì)渣中均含有較多的碳元素，細(xì)渣的碳含量高于粗渣，且碳元素在渣中多以絮狀殘?zhí)夹问酱嬖赱12]，氣流床高溫高壓下，殘?jiān)械V物質(zhì)極易發(fā)生熔融聚合形成玻璃體渣，殘?zhí)荚谝欢ǔ潭壬峡梢宰柚惯@種聚合，使其形成小顆粒熔融體，分散在殘?zhí)贾車?，殘?zhí)冀Y(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度低、吸水量大[13-15]。因煤炭礦物在高溫(1 200～1 700 ℃)和高壓(2.5～3.0 MPa)下快速反應(yīng)，渣中礦物質(zhì)在激冷室凝聚，其中含有大量SiO2和Al2O3等具有一定火山灰活性的物質(zhì)，使氣化渣在建材領(lǐng)域的資源化利用受到關(guān)注[16]。

BLAISI等[17]研究了高溫電弧氣化渣(HTAG)在混凝土方面的再利用，發(fā)現(xiàn)通過(guò)降低氣化渣的平均粒徑可以提高其活性，表明適當(dāng)處理的HTAG可作為膠凝材料部分替代水泥，減少水泥用量。劉開平等[15]探討了煤氣化渣應(yīng)用于水泥混凝土的可行性，結(jié)果表明，在混凝土中摻入研磨后粗渣，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于基準(zhǔn)混凝土；摻細(xì)渣的混凝土強(qiáng)度低于基準(zhǔn)混凝土，且研磨過(guò)的細(xì)渣對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)影響不大；摻煤氣化渣有利于減小混凝土干縮率。杭美艷等[18]將煤氣化渣摻入水泥基材料中，研究其膠砂強(qiáng)度、水化熱、微觀形態(tài)等，發(fā)現(xiàn)在同水膠比、同摻量的條件下，摻煤氣化渣微粉組膠砂跳桌流動(dòng)度較小，需水量大；摻煤氣化渣微粉組早期強(qiáng)度高于粉煤灰組，后期強(qiáng)度低于粉煤灰組。古悅等[19]研究發(fā)現(xiàn)，氣化渣存在水化活性，低摻量氣化渣能夠在后期促進(jìn)水化產(chǎn)物生成，減小孔隙率，從而改善膠凝材料體系力學(xué)性能。

上述將氣化渣用于建材，特別是在水泥基材料中的研究只對(duì)氣化渣進(jìn)行了研磨，并未減少其中殘?zhí)肌Ｈ粢阅ゼ?xì)氣化渣粉作為水泥的替代組分，氣化渣中殘?zhí)己可?，?huì)阻礙氣化渣與水泥或石灰之間的膠凝反應(yīng)[2]。

鑒于此，筆者將脫碳并磨細(xì)的煤氣化渣粉、粉煤灰和鋼渣粉分別用于制備水泥混凝土和膠砂試件，對(duì)比分析其工作性能和力學(xué)性能，結(jié)合礦物組成及微觀結(jié)構(gòu)等分析方法，探討了脫碳?xì)饣塾米魉嗷牧现休o助膠凝材料的可行性，為用于水泥及混凝土中煤氣化渣粉相關(guān)規(guī)范的制定提供依據(jù)。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

采用太原山水水泥有限公司P·0 42.5普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 水泥基本技術(shù)指標(biāo)

脫碳?xì)饣∽杂芰帜郴S水煤漿氣化爐產(chǎn)生的氣化粗渣，原渣燒失量22.23%。根據(jù)氣化渣中殘?zhí)寂c玻璃體物質(zhì)在水介質(zhì)分選環(huán)境中的視密度差異，采用課題組專利產(chǎn)品——水介重力分選旋流器對(duì)其進(jìn)行碳灰(脫碳)分離。在前期探索得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)下(復(fù)錐結(jié)構(gòu)，底流口直徑25 mm，溢流管插入深度150 mm，溢流管直徑48 mm，入料壓力0.15 MPa)，原渣一次分選可得到有機(jī)碳產(chǎn)品(占比21.32%，燒失量90.21%)、少量富碳產(chǎn)品(占比4.02%，燒失量50.04%)和玻璃體產(chǎn)品(占比74.66%，燒失量1.32%)。

將脫碳?xì)饣肣M50L球磨機(jī)研磨至45 μm方孔篩篩余量10.1%。采用X-射線熒光分析儀分析了脫碳?xì)饣幕瘜W(xué)組成，結(jié)果見表2。

表2 脫碳?xì)饣饕瘜W(xué)組成

粉煤灰采用朔州神頭電廠提供的Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度11.0%/(45 μm篩余量)，需水量比95%，燒失量3.8%，其主要化學(xué)組成見表3。鋼渣粉來(lái)自山西太鋼哈斯科科技有限公司，基本技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)和化學(xué)組成見表4、5。

表3 粉煤灰主要化學(xué)組成

表4 鋼渣基本技術(shù)指標(biāo)

粗骨料采用碎石，5～25連續(xù)級(jí)配，滿足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(表6)。

表5 鋼渣主要化學(xué)組成

表6 粗骨料基本技術(shù)指標(biāo)

細(xì)骨料采用河砂，Ⅱ區(qū)中砂，機(jī)制砂，含泥量3.0%，泥塊質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%，壓碎值13.2%，細(xì)度模數(shù)為3。

外加劑采用太原市砼高效減水劑廠的JSS聚羧酸系高性能減水劑，減水率為28%，含氣量為2.2%。

1.2 配合比

試驗(yàn)以C35作為混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，依據(jù)GB/T 51003—2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》礦物摻合料占膠凝材料總量的限值規(guī)定，分別將粉煤灰、鋼渣粉、脫碳?xì)饣垡再|(zhì)量分?jǐn)?shù)20%取代水泥，配制C35混凝土，并測(cè)試拌合物工作性能(坍落度、擴(kuò)展度)和不同齡期(3、7、28、60 d)的抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)配合比見表7。

表7 混凝土配合比

為進(jìn)一步探討3種灰渣粉對(duì)膠凝體系的影響，參考GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和GB/T 20491—2017《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》中評(píng)價(jià)粉煤灰和鋼渣粉活性指數(shù)的方法，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%取代水泥，制備膠砂試件，分別為標(biāo)準(zhǔn)組(OPC)、粉煤灰組(FA)、鋼渣粉組(SSP)和脫碳?xì)饣M(DGSP)，分析其工作性能(流動(dòng)度)和不同齡期(7、28 d)力學(xué)性能。膠砂配合比見表8。

表8 水泥膠砂配合比

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容

混凝土和膠砂的工作性能及力學(xué)性能所用試件尺寸及參照標(biāo)準(zhǔn)見表9。

表9 混凝土和水泥膠砂性能所用試件尺寸及標(biāo)準(zhǔn)

混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用HYE-2000型恒加載萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)采用TYE-300C電子試驗(yàn)機(jī)。

灰渣粉的礦物分析采用MiniFelex 600型X射線衍射儀，微觀分析采用FEI QUANTA 200 SEM儀器，分別將3種灰渣粉經(jīng)(105±5)℃烘干至恒重，冷卻后進(jìn)行微觀形貌分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫碳?xì)饣刍炷恋男阅?/h3>

2.1.1新拌混凝土工作性能

混凝土工作性能主要測(cè)試拌合物的坍落度和擴(kuò)展度，摻有不同灰渣粉的混凝土拌合物工作性能見表10。

表10 新拌混凝土工作性能

由表10可知，粉煤灰的工作性能表現(xiàn)最佳，其拌合物的坍落度和擴(kuò)展度分別為215和520 mm，明顯優(yōu)于其他2組拌合物，鋼渣粉次之，脫碳?xì)饣涠群蛿U(kuò)展度相對(duì)最小，分別為210和500 mm，但仍可滿足工作性能要求。結(jié)合SEM圖(圖1)可知，粉

圖1 FA、DGSP、SSP微觀形貌分析Fig.1 Micro morphology analysis of FA，DGSP，SSP

煤灰中含有大量球形微珠，可以發(fā)揮“滾珠”形態(tài)效應(yīng)；鋼渣粉中也存在一定量的球形玻璃體，相比之下，脫碳?xì)饣壑袆t多為形狀不規(guī)則、表面粗糙多孔的微小顆粒，且脫碳?xì)饣腥杂猩倭繗執(zhí)迹杷看?，在相同用水量下，拌合物流?dòng)性略有降低，說(shuō)明灰渣粉的形貌及殘?zhí)继卣鲗?duì)混凝土工作性能有顯著影響。

2.1.2脫碳?xì)饣刍炷敛煌g期的抗壓強(qiáng)度

摻灰渣粉混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度如圖2所示。可知各組混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增加不斷增長(zhǎng)。早齡期3 d時(shí)，鋼渣粉的混凝土抗壓強(qiáng)度相對(duì)最高，粉煤灰混凝土次之，摻脫碳?xì)饣刍炷恋脑琮g期抗壓強(qiáng)度最低。結(jié)合3種灰渣粉的XRD圖譜(圖3、4)可知，鋼渣粉中除含有氧化鈣、石膏等外，還有一定量的硅酸鹽礦物，特別是C3S，早期可形成C-S-H等水化產(chǎn)物，使混凝土早期強(qiáng)度顯著提高。

圖2 摻不同灰渣粉混凝土的抗壓強(qiáng)度Fig.2 Compressive strength of concrete mixed withdifferent ash powders

圖3 SSP、FA的XRD圖譜Fig.3 XRD spectrum of SSP and FA

7 d齡期時(shí)，粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，由圖3可知，粉煤灰中含有一定量氧化鈣和石膏，其中的玻璃體SiO2可在上述2種激發(fā)劑的激發(fā)下發(fā)生水化反應(yīng)，生成C-S-H等水化產(chǎn)物，細(xì)化混凝土內(nèi)部孔隙，提高混凝土抗壓強(qiáng)度。而脫碳?xì)饣炷恋膹?qiáng)度依然最低。由圖4可知，經(jīng)脫碳處理的氣化渣中只顯示單一的石英晶體衍射峰，其余為玻璃體，受水泥水化反應(yīng)的影響，玻璃體水化反應(yīng)有所延遲，故強(qiáng)度發(fā)展緩慢。

圖4 脫碳?xì)饣黊RD譜圖Fig.4 XRD spectrum of decarbonizedcoal gasification slag

特別地，28 d齡期時(shí)，脫碳?xì)饣刍炷恋目箟簭?qiáng)度相較最高，該結(jié)果與劉開平等[15]研究基本一致，結(jié)合文獻(xiàn)[15]及脫碳?xì)饣腦RD圖譜可知，粗渣中所含衍射峰較少，且在衍射角2θ=20°～30°處衍射曲線有明顯的凸起似“饅頭”狀峰結(jié)構(gòu)，表明該物質(zhì)含有較多非晶體，與水泥發(fā)生水化反應(yīng)后，粗渣與水泥水化產(chǎn)物的衍射峰清晰獨(dú)立，原先的“饅頭”峰消失，說(shuō)明粗渣中的非晶態(tài)物質(zhì)已參與到水泥水化反應(yīng)中。由于粗渣內(nèi)的大量非晶態(tài)物質(zhì)具有火山灰活性，經(jīng)磨細(xì)后與水泥充分接觸，被水泥水化生成的Ca(OH)2激發(fā)，并與之反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，促進(jìn)強(qiáng)度增長(zhǎng)[15]。因該過(guò)程首先需水泥水化，提供激發(fā)劑Ca(OH)2，故在28 d齡期時(shí)，脫碳?xì)饣鄣摹岸嗡碑a(chǎn)生強(qiáng)度才得到明顯體現(xiàn)。對(duì)于60 d較長(zhǎng)齡期而言，3組混凝土的抗壓強(qiáng)度基本接近，均達(dá)到45 MPa以上。為更好地描述不同灰渣混凝土抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，定義混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率Ir為

(1)

式中，Sn為混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度，MPa；Sk為混凝土強(qiáng)度等級(jí)，取35 MPa。

不同灰渣粉混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率如圖5所示?？芍鹘M混凝土的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨齡期增長(zhǎng)不斷增加。3 d齡期時(shí)，各組混凝土強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的70%以上；7 d時(shí)，粉煤灰組的強(qiáng)度已滿足設(shè)計(jì)值要求，脫碳?xì)饣炷恋目箟簭?qiáng)度增長(zhǎng)率在28 d前始終低于其他2組混凝土，但28 d時(shí)，超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度值23%。氣化渣中因不含氧化鈣、石膏等激發(fā)劑，其中的玻璃體發(fā)生水化反應(yīng)必須以水泥水化為前提。28 d齡期后，脫碳?xì)饣炷量箟簭?qiáng)度增長(zhǎng)率增長(zhǎng)顯著，尤其在60 d齡期，其強(qiáng)度增長(zhǎng)率超過(guò)鋼渣粉混凝土和粉煤灰混凝土，表明脫碳?xì)饣胁Ａw的水化改善了內(nèi)部微結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為對(duì)混凝土后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大。

圖5 摻不同灰渣粉混凝土的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率Fig.5 Compressive strength growth rate of concretemixed with different ash powder

2.2 摻脫碳?xì)饣乃嗄z砂性能

2.2.1脫碳?xì)饣嗄z砂流動(dòng)性

不同灰渣粉制備的水泥膠砂跳桌流動(dòng)度結(jié)果見表11?？芍鹘M流動(dòng)度規(guī)律與前述混凝土坍落度規(guī)律一致，粉煤灰水泥膠砂流動(dòng)度最高，為158 mm，鋼渣粉組及脫碳?xì)饣M的膠砂流動(dòng)度相對(duì)較低，且低于基準(zhǔn)組流動(dòng)度值150 mm。結(jié)合SEM圖(圖1)可知，粉煤灰顆粒絕大多數(shù)為球狀玻璃體，有助于提高漿體流動(dòng)性，而鋼渣粉中除零星分布少量球狀體外，大部分與脫碳?xì)饣w粒類似，表面粗糙多棱角，故鋼渣粉組流動(dòng)度介于粉煤灰組和脫碳?xì)饣M之間，這種不規(guī)則的形貌對(duì)混凝土及砂漿的流動(dòng)性影響顯著，該結(jié)果也與文獻(xiàn)[19]一致。

表11 水泥膠砂流動(dòng)度

2.2.2脫碳?xì)饣z砂試件的抗壓強(qiáng)度

膠砂試件的抗壓強(qiáng)度如圖6所示，可知與不同灰渣粉混凝土的抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律一致，隨著齡期增長(zhǎng)，膠砂試件的抗壓強(qiáng)度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。7 d和28 d兩個(gè)齡期，各組膠砂試件抗壓強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)組，其中，粉煤灰組與鋼渣粉組試件的7 d強(qiáng)度均達(dá)到同期基準(zhǔn)組強(qiáng)度的70%以上，但脫碳?xì)饣M僅為基準(zhǔn)組強(qiáng)度的52%，如前所述，脫碳?xì)饣Ａw水化反應(yīng)遲緩，使早期的硬化漿體內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，故強(qiáng)度較低。值得注意的是，脫碳?xì)饣M28 d齡期的抗壓強(qiáng)度達(dá)到同期基準(zhǔn)組強(qiáng)度的62%，且較其他2組膠砂試件的強(qiáng)度增長(zhǎng)率高，說(shuō)明脫碳?xì)饣鼘?duì)后期膠砂抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)較多。

圖6 膠砂試件的抗壓強(qiáng)度Fig.6 Compressive strength of mortar

參考GB/T 203—2008《用于水泥中的?；郀t礦渣》，以質(zhì)量系數(shù)K來(lái)評(píng)價(jià)灰渣粉活性，具體為

(2)

質(zhì)量系數(shù)K反映了灰渣粉中活性組分與非活性組分之間的比例。K值越大，灰渣粉的活性越高。經(jīng)計(jì)算，鋼渣粉、粉煤灰、脫碳?xì)饣鄣腒值分別為1.691、0.910和0.712?？梢?，鋼渣粉的活性最高，粉煤灰次之，脫碳?xì)饣圩畹停c3組試件抗壓強(qiáng)度大小關(guān)系一致。

此外，鋼渣粉膠砂試件的強(qiáng)度較粉煤灰組和脫碳?xì)饣M的強(qiáng)度更高，這與對(duì)應(yīng)混凝土中的強(qiáng)度規(guī)律并不完全一致，說(shuō)明3種灰渣粉的活性并非影響混凝土強(qiáng)度的唯一因素，這一點(diǎn)將在后期研究中繼續(xù)展開。

2.2.3脫碳?xì)饣勰z砂試件的抗折強(qiáng)度

膠砂試件的抗折強(qiáng)度如圖7所示，可知膠砂試件的抗折強(qiáng)度規(guī)律與抗壓強(qiáng)度不同，7 d齡期時(shí)，鋼渣粉膠砂試件的抗折強(qiáng)度仍最高，達(dá)到同期基準(zhǔn)組強(qiáng)度的83.5%，28 d時(shí)，超過(guò)基準(zhǔn)組強(qiáng)度20.9%；而脫碳?xì)饣哪z砂試件抗折強(qiáng)度較摻粉煤灰的膠砂試件強(qiáng)度高，7 d時(shí)，達(dá)到同期基準(zhǔn)組強(qiáng)度的78.4%，28 d時(shí)，超過(guò)基準(zhǔn)組10%。

圖7 膠砂試件的抗折強(qiáng)度Fig.7 Flexural strength of mortar

由3種灰渣SEM圖(圖1)及XRD圖譜可知，鋼渣粉中含有一定量的硅酸鹽礦物，能早期水化形成水化產(chǎn)物；同時(shí)顆粒形狀不規(guī)則，提高了與漿體間的黏結(jié)力，凝膠體粒子間的作用力以及顆粒與漿體的黏結(jié)力共同作用，使膠砂試件的抗折強(qiáng)度顯著提高；脫碳?xì)饣w粒表面粗糙、棱角多，有助于提高漿體之間結(jié)合力，但其質(zhì)量系數(shù)較鋼渣粉低，且其中玻璃體水化反應(yīng)遲緩，故抗折強(qiáng)度較鋼渣粉組略低；而粉煤灰多數(shù)為表面光圓的球形顆粒，與漿體的結(jié)合力相對(duì)較低，其強(qiáng)度主要取決于水化凝膠體粒子間作用力。

2.2.4灰渣粉膠砂的折壓比

折壓比是混凝土或砂漿的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比，是評(píng)價(jià)混凝土材料韌性的重要指標(biāo)，材料的折壓比越大，其韌性越好[20]。膠砂試件的折壓比如圖8所示。

圖8 膠砂試件的折壓比Fig.8 Flexural strength to compressive strength ratio of mortar

由圖8可知，7 d齡期時(shí)，脫碳?xì)饣z砂試件的折壓比最高，為0.231，同比基準(zhǔn)組高出50%；鋼渣粉組次之，但均高于基準(zhǔn)組的折壓比0.154；28 d時(shí)，粉煤灰膠砂試件的折壓比在3種灰渣粉試件中最低，為0.24，仍高于基準(zhǔn)組的折壓比0.172，脫碳?xì)饣M折壓比高出同期基準(zhǔn)組78%。這主要是由于粉煤灰中玻璃體水化后形成的水化硅酸鈣與水泥石界面的黏結(jié)力增強(qiáng)[21]，如前所述，脫碳?xì)饣纬傻乃a(chǎn)物提高了黏聚力，同時(shí)，顆粒表面不規(guī)則增強(qiáng)了與漿體之間的結(jié)合力。由此可見，脫碳?xì)饣塾兄谔岣吣z砂試件韌性。

2.2.5SEM圖形分析

3種灰渣粉膠砂試件不同齡期的微觀結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 不同灰渣粉膠砂SEM分析Fig.9 SEM of different ash powders

由圖9可知，與7 d齡期相比，3種灰渣粉膠砂28 d齡期水化產(chǎn)物增多，微結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，表現(xiàn)為相應(yīng)齡期強(qiáng)度顯著提高。7 d齡期時(shí)，鋼渣粉膠砂中的水化產(chǎn)物相對(duì)較多，且晶體結(jié)構(gòu)密實(shí)，再次證明鋼渣粉質(zhì)量系數(shù)高，其中的硅酸鹽礦物早期水化反應(yīng)充分；而粉煤灰膠砂中仍可見部分球形顆粒分布于硬化漿體中，沒(méi)有完成水化反應(yīng)，脫碳?xì)饣M的內(nèi)部結(jié)構(gòu)同樣較為疏松，僅分布部分水化產(chǎn)物。28 d 齡期時(shí)，鋼渣粉膠砂內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，水化硅酸鈣、氫氧化鈣晶體等水化產(chǎn)物在硬化漿體中分布較均勻，不規(guī)則顆粒表面棱角分明，且被漿體包裹；粉煤灰膠砂中球形顆粒顯著減少，形成更多水化產(chǎn)物，但結(jié)構(gòu)中缺少粗糙有棱角的顆粒；脫碳?xì)饣z砂中不僅含有水化產(chǎn)物，硬化漿體內(nèi)孔隙中還有一定量未發(fā)生反應(yīng)且形狀不規(guī)則的顆粒，這也是脫碳?xì)饣M試件后期強(qiáng)度增長(zhǎng)的主要原因。

3 結(jié) 論

1)由SEM分析可知，粉煤灰中含有大量球狀玻璃體，鋼渣粉中也存在部分表面光滑的球體顆粒，有助于提高拌合物的流動(dòng)性；脫碳?xì)饣鼊t表面粗糙、多孔，相同摻量下，脫碳?xì)饣炷涟韬衔锏奶涠葹?10 mm、擴(kuò)展度500 mm，略低于其他2組，但仍滿足工作性能要求。

2)不同灰渣粉混凝土的抗壓強(qiáng)度隨齡期增加均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，3 d齡期時(shí)，所有試件強(qiáng)度均已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的70%以上；鋼渣粉中含有C3S和C2S水化反應(yīng)形成的產(chǎn)物，有助于增長(zhǎng)早齡期強(qiáng)度；粉煤灰中含有的氧化鈣和石膏作為激發(fā)劑，激發(fā)活性SiO2水化；28 d時(shí)，脫碳?xì)饣M的強(qiáng)度增長(zhǎng)率最高，為123%，其中玻璃體含量高，在水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2激發(fā)下發(fā)生水化，故后期強(qiáng)度增長(zhǎng)顯著。

3)不同灰渣粉膠砂試件的抗壓強(qiáng)度與灰渣粉的活性(質(zhì)量系數(shù))正相關(guān)，質(zhì)量系數(shù)高的鋼渣粉組早齡期內(nèi)部微結(jié)構(gòu)較密實(shí)，質(zhì)量系數(shù)低的脫碳?xì)饣M則結(jié)構(gòu)疏松，水化生成物少，故而強(qiáng)度發(fā)展緩慢；28 d時(shí)，脫碳?xì)饣M內(nèi)部的水化產(chǎn)物增加，結(jié)構(gòu)密實(shí)度增加，抗壓強(qiáng)度顯著提高；但膠砂強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度在相同齡期的變化規(guī)律并不完全一致，說(shuō)明活性指數(shù)并非影響混凝土強(qiáng)度的唯一因素。

4)脫碳?xì)饣砻娲植?、棱角多的形貌特征，使其與水泥漿的黏結(jié)力更高，加之后期形成的凝膠體粒子間作用力，使脫碳?xì)饣z砂試件抗折強(qiáng)度提高，且折壓比相對(duì)最高。7 d時(shí)，脫碳?xì)饣M折壓高于同期基準(zhǔn)組50%，28 d時(shí)達(dá)到0.30，高于基準(zhǔn)組78%，脫碳?xì)饣兄谔岣呋炷?砂漿)韌性。

5)脫碳?xì)饣鼩執(zhí)碱w粒顯著減少，玻璃體含量高，具有一定活性，與鋼渣粉和粉煤灰的作用相似，作為礦物摻合料用于混凝土有一定的可行性。