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摘 要

截止2019年，我国粗钢生产总量超10亿吨，每年会产生近1亿吨钢渣，但目前我国钢渣利用率很低，大量钢渣处于填埋状态。填埋钢渣不仅会浪费土地资源，而且钢渣内的重金属元素经雨水冲刷会污染环境。因此需要寻找一种合理利用钢渣的方式。因钢渣化学组成和矿物组成与水泥基材料相似，所以钢渣有应用于水泥基材料的可能性。

本文综述了钢渣的种类，钢渣的化学组成、矿物组成，并将预碳化处理钢渣和传统处理钢渣的方法进行了比较。重点阐述了钢渣的组成、钢渣粒径大小及颗粒级配、CO₂浓度、含水量和碳化时间对钢渣碳化反应程度的影响。

本实验拟探索不同碳化时间、碳化压力和含水量对钢渣碳化程度的影响。分别将碳化条件不同的钢渣以15%、30%、50%的掺入量加入水泥基材料中，拟探究不同碳化条件、不同预碳化钢渣掺入量对水泥基材料力学性能影响。

本文在前人的研究上分析表明：碳化时间60min、压力0.25MPa、含水量8%可能为钢渣最佳碳化条件。在此条件下制成的水泥基材料力学性能可能最佳。

关键词：钢渣 碳化 掺合料 力学性能

Effect of stabilizing and activating steel slag on mechanical properties of cement-based materials

Abstract

By 2019, China's steel production volume exceeds 1 billion tons, and nearly 100 million tons of steel slag will be produced every year. However, the utilization rate of steel slag in China is very low, and a large number of steel slag are in landfill. Landfill steel slag will not only waste land resources, but also the heavy metal elements in the steel slag will pollute the environment when washed by rain. Therefore，it is necessary to find a way to utilize steel slag. Because the chemical and mineral composition of steel slag is similar to that of cement based materials, it is possible to apply steel slag to cement based materials.

This paper reviews the types of steel slag, the chemical composition and mineral composition of the steel slag, and compared the pre-carbonized steel slag with the traditional steel slag treatment methods. The effects of the composition of steel slag, particle size and size, carbon dioxide concentration, water content and carbonization time on the carbonization reaction of steel slag were discussed.

This experiment aims to explore the influence of different carbonization time, carbonization pressure and water content on carbonization degree of steel slag. Steel slag with different carbonization conditions was added into cement-based materials at the incorporation rates of 15%, 30% and 50% respectively, in order to explore the influence of different carbonization conditions and different pre-carbonization steel slag incorporation rates on the mechanical properties of cement-based materials.

Based on the analysis of scholars, this paper shows that 60 minutes of carbonization time, 0.25MPa pressure and 8% water content may be the best carbonization conditions for steel slag. The mechanical properties of cement-based materials may be optimal under these conditions.

Key words: Steel slag; Carbonization; Admixture; Mechanical properties

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 辅助性胶凝材料在水泥工业中的应用 1

1.3 钢渣的化学组成与矿物组成 2

1.3.1 钢渣的化学组成 2

1.3.2 钢渣的矿物组成 2

1.4 传统处理钢渣和碳化处理钢渣 3

1.5 钢渣碳化以及碳化反应类型 5

1.5.1 钢渣的碳化 5

1.5.2 钢渣碳化反应类型 5

1.6 影响钢渣碳化反应程度的因素 6

1.6.1 钢渣的组成 6

1.6.2 粒径大小及颗粒级配 9

1.6.3 CO₂浓度 9

1.6.4 水分 10

1.6.5 碳化时间 10

1.7 课题研究目的与内容 11

第二章 原材料与实验方法 13

2.1 原材料 13

2.1.1 钢渣 13

2.1.2 水泥 13

2.1.3 其他 14

2.2 试验方法 15

2.2.1 钢渣的碳化 15

2.2.2 钢渣试件的成型 15

2.2.3 试件的养护 16

2.2.4 力学性能测试 16

2.2.5 安定性测试 16

2.2.6 微观结构分析 17

2.3 实验仪器 17

第三章 结果与讨论 19

3.1 试件宏观性能分析 19

3.1.1 预期力学性能分析 19

3.1.2 安定性的测试 20

3.2 试件微观形貌分析 20

3.2.1 XRD分析 20

3.2.2 TG-DSC热分析 21

3.2.3 MIP分析 21

3.2.4 SEM分析 22

3.3 讨论与小结 23

第四章 结论与展望 24

4.1结论 24

4.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

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