复合矿物掺合料对热湿养护水泥砂浆强度和毛细吸水率的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1262

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (6): 2034-2040.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1262

复合矿物掺合料对热湿养护水泥砂浆强度和毛细吸水率的影响

胡成¹^,²^,³^,⁴(), 王启杰¹^,², 向玮衡¹^,²^,³^,⁴(), 梁钰湲²^,³, 曹康², 蔡广润²^,³

^1.桂林理工大学广西绿色建材与建筑工业化重点实验室，桂林 541004
^2.桂林理工大学土木工程学院，桂林 541004
^3.桂林理工大学广西工业废渣建材资源利用工程技术研究中心，桂林 541004
^4.桂林理工大学有色金属矿产勘查与资源高效利用省部共建协同创新中心，桂林 541004

收稿日期:2025-12-15 修订日期:2026-02-09 出版日期:2026-06-15 发布日期:2026-07-14
通信作者: 向玮衡，博士，副研究员。E-mail：XWH891116@163.com
作者简介:胡成（1988—），男，博士，副研究员。主要从事固废资源化利用、低碳胶凝材料方面的研究。E-mail：hucheng42@glut.edu.cn
基金资助:
广西青年科学基金(2023GXNSFBA026130);广西科技计划项目(桂科AD25069006);国家自然科学基金(52368029);国家自然科学基金(52468032)

Influences of Composite Mineral Admixtures on Strength and Capillary Water Absorption of Thermal Wet Curing Cement Mortar

HU Cheng¹^,²^,³^,⁴(), WANG Qijie¹^,², XIANG Weiheng¹^,²^,³^,⁴(), LIANG Yuyuan²^,³, CAO Kang², CAI Guangrun²^,³

^1.Guangxi Key Laboratory of Green Building Materials and Construction Industrialization，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China
^2.College of Civil Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China
^3.Guangxi Engineering and Technology Center for Utilization of Industrial Waste Residue in Building Materials，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China
^4.Collaborative Innovation Center for Exploration of Nonferrous Metal Deposits and Efficient Utilization of Resources，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China

Received:2025-12-15 Revised:2026-02-09 Published:2026-06-15 Online:2026-07-14

摘要/Abstract

摘要：

为驱动建材行业绿色低碳转型，本研究以钢渣、矿渣及粉煤灰作为矿物掺合料替代40%（质量分数，下同）的水泥，系统研究了在热湿养护下不同配合比设计对复合胶凝材料力学性能、毛细吸水特性及微观性能的影响。试验结果表明：在力学性能方面，当粉煤灰含量为10%时，砂浆试件的抗折与抗压强度高于0%与20%粉煤灰掺量的组别；同时，随着钢渣掺量的增加、矿渣掺量的下降，砂浆试件的抗折与抗压强度也逐渐下降。另外，当钢渣掺量为10%、矿渣掺量为20%时，抗折与抗压强度仅次于钢渣掺量为0%、矿渣掺量为30%的组别，两者的抗折强度增长量相近，而抗压强度增长量前者高于后者。在毛细吸水特性方面，随着钢渣掺量的增加，毛细吸水系数在逐渐上升，这反映了孔隙结构的劣化。在微观性能方面，钢渣掺量的增加会使复合胶凝材料的活性成分减少，但适量掺加能够促进矿渣的水化反应。

关键词: 钢渣, 矿渣, 粉煤灰, 热湿养护, 毛细吸水率

Abstract:

In order to drive the green and low-carbon transformation of the building materials industry， the steel slag （SS）， ground granulated blast furnace slag （GGBS） and fly ash （FA） were used to replace 40% （in mass， the same below） of cement， and systematically studied the effects of different mix designs on the mechanical properties，capillary water absorption characteristics and microscopic properties of composite cementitious materials under thermal wet curing. The test results show that in terms of mechanical properties， when the content of FA is 10%， the flexural and compressive strength of mortar specimen are higher than those of 0% and 20% FA. At the same time， with the increase of SS content and the decrease of GGBS content， the flexural and compressive strength of mortar specimen also decrease. In addition， when the SS content is 10% and GGBS content is 20%， the flexural strength and compressive strength are second only to the group with SS content of 0% and GGBS content of 30%， The increase in flexural strength is similar for both， while the increase in compressive strength is higher for the former than for the latter. In terms of capillary water absorption characteristics， with the increase of SS content， the capillary water absorption coefficient also increases gradually， reflecting the deterioration of pore structure. In terms of microscopic properties， the increase of SS content will reduce the active components of composite cementitious materials， but the appropriate amount of SS can promote the hydration reaction of GGBS.

Key words: steel slag, ground granulated blast furnace slag, fly ash, thermal wet curing, capillary water absorption

中图分类号:

TU528

胡成, 王启杰, 向玮衡, 梁钰湲, 曹康, 蔡广润. 复合矿物掺合料对热湿养护水泥砂浆强度和毛细吸水率的影响[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(6): 2034-2040.

HU Cheng, WANG Qijie, XIANG Weiheng, LIANG Yuyuan, CAO Kang, CAI Guangrun. Influences of Composite Mineral Admixtures on Strength and Capillary Water Absorption of Thermal Wet Curing Cement Mortar[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(6): 2034-2040.

图/表 8

表1 钢渣、矿渣、粉煤灰和水泥的主要化学成分

Table 1 Main chemical composition of SS， GGBS， FA and cement

Material	Mass fraction/%
Material	CaO	Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	P₂O₅	K₂O	MnO	BaO	SO₃
SS	48.06	30.89	11.39	3.71	1.07	0.84	—	3.10	0.14	—
GGBS	50.00	1.40	29.34	16.41	1.63	—	0.24	0.58	0.20	—
FA	4.38	6.10	46.70	37.40	2.22	—	2.20	—	0.10	0.38
Cement	51.06	3.08	23.98	14.98	0.17	—	0.51	0.70	0.17	1.55

图1 钢渣、粉煤灰、矿渣的XRD谱

Fig.1 XRD patterns of SS， FA and GGBS

表2 胶凝材料配合比

Table 2 Mix ratio of cementitious material

Sample No.	Mass fraction/%
Sample No.	SS	FA	GGBS	Cement
A1	0	0	40	60
A2	10	0	30	60
A3	20	0	20	60
A4	30	0	10	60
A5	40	0	0	60
B1	0	10	30	60
B2	10	10	20	60
B3	20	10	10	60
B4	30	10	0	60
C1	0	20	20	60
C2	10	20	10	60
C3	20	20	0	60

图2 A、B、C组砂浆试件不同龄期的抗折与抗压强度

Fig.2 Flexural and compressive strength of mortar specimens in group A， B， C at different ages

表3 B组1和28 d抗折与抗压强度及其增量

Table 3 Flexural and compressive strengths and their increments of group B at 1 and 28 d

Strength	B1	B2	B3	B4
1 d flexural strength/MPa	9.3	8.5	7.3	6.1
28 d flexural strength/MPa	14.6	13.7	11.4	10.8
1 d compressive strength/MPa	54.8	45.1	37.5	30.8
28 d compressive strength/MPa	85.3	80.6	71.7	62.8
Flexural strength increment/MPa	5.3	5.2	4.1	4.7
Compressive strength increment/MPa	30.5	35.5	34.2	32.0

图3 B组不同配比砂浆试件水化28 d的毛细吸水率

Fig.3 Capillary water absorption of mortar specimens with different proportion in group B after hydration for 28 d

图4 不同配合比复合水泥水化28 d的XRD谱

Fig.4 XRD patterns of composite cement with different proportion after hydration for 28 d

图5 不同配合比复合水泥水化28 d的SEM照片

Fig.5 SEM images of composite cement with different proportion after hydration for 28 d

参考文献 26

[1]	周丽波，陈平，胡成，等. 钢渣-赤泥-水泥基复合砂浆的水化硬化特性［J］. 硅酸盐通报， 2023， 42（8）： 2837-2845.
	ZHOU L B， CHEN P， HU C， et al. Hydration hardening characteristics of steel slag-red mud-cement based composite mortar［J］. Bulletin of the Chinese Ceramic Society， 2023， 42（8）： 2837-2845 （in Chinese）.
[2]	王强，张兴军，杜晓伟，等. 多元固废基胶凝材料的组成优化及强度形成机理［J］. 科学技术与工程， 2024， 24（23）： 10063-10071.
	WANG Q， ZHANG X J， DU X W， et al. Optimization of composition and analysis of strength formation mechanism of multi-solid waste-based cementitious materials［J］. Science Technology and Engineering， 2024， 24（23）： 10063-10071.
[3]	WANG Q， YAN P Y. Hydration properties of basic oxygen furnace steel slag［J］. Construction and Building Materials， 2010， 24（7）： 1134-1140. DOI URL
[4]	陈平，夏海洋，胡成，等. 多元固废基复合胶凝材料的硬化特征与抗蚀性能研究［J］. 混凝土， 2025（3）： 24-28.
	CHEN P， XIA H Y， HU C， et al. Study on hardening characteristics and corrosion resistance of multifunctional solid waste-based composite cementitious materials［J］. Concrete， 2025（3）： 24-28 （in Chinese）.
[5]	HU C， WANG Q J， XIANG W H， et al. Study on mechanical strength and chloride corrosion resistance of composite mortars mixed with steel slag， bayer red mud， and phosphogypsum［J］. Buildings， 2025， 15（9）： 1510. DOI URL
[6]	ZHU X， HOU H B， HUANG X Q， et al. Enhance hydration properties of steel slag using grinding aids by mechanochemical effect［J］. Construction and Building Materials， 2012， 29： 476-481. DOI URL
[7]	SIDDIQUE R. Utilization （recycling） of iron and steel industry by-product （GGBS） in concrete： strength and durability properties［J］. Journal of Material Cycles and Waste Management， 2014， 16（3）： 460-467. DOI URL
[8]	WANG Y L， HU X B， YAO Y H， et al. Research progress of slag structure and hydration activity［J］. Materials Science Forum， 2021， 1035： 972-979. DOI URL
[9]	张志明，桂联政，廖达琛，等. 燃煤电厂粉煤灰高值化利用研究进展［J］. 能源环境保护， 2023， 37（4）： 1-11.
	ZHANG Z M， GUI L Z， LIAO D C， et al. Advances in high-value utilization of fly ash from coal-fired power plants［J］. Energy Environmental Protection， 2023， 37（4）： 1-11 （in Chinese）.
[10]	李虹燕，丁铸，邢锋，等. 粉煤灰、矿渣对水泥水化热的影响［J］. 混凝土， 2008（10）： 54-57.
	LI H Y， DING Z， XING F， et al. Effect of fly ash and slag on hydration heat evolution of cement［J］. Concrete， 2008（10）： 54-57 （in Chinese）.
[11]	WILIŃSKA I， PACEWSKA B. Influence of selected activating methods on hydration processes of mixtures containing high and very high amount of fly ash［J］. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry， 2018， 133（1）： 823-843. DOI URL
[12]	陈平，梁志锋，胡成，等. 蒸养温度和矿物掺合料对钢渣基水泥强度和微结构的影响［J］. 混凝土， 2025（6）： 126-129+136.
	CHEN P， LIANG Z F， HU C， et al. Effects of steam curing temperature and mineral admixtures on strength and microstructure of steel slag-based cement［J］. Concrete， 2025（6）： 126-129+136 （in Chinese）.
[13]	田耀刚，李炜光，彭波，等. 蒸养参数对高强混凝土抗冻性能的影响［J］. 建筑材料学报， 2010， 13（4）： 515-519.
	TIAN Y G， LI W G， PENG B， et al. Influence of steam-curing regimes on the freezing-thawing resistance of high strength concrete［J］. Journal of Building Materials， 2010， 13（4）： 515-519 （in Chinese）.
[14]	GUTTERIDGE W A， DALZIEL J A. Filler cement： the effect of the secondary component on the hydration of Portland cement.Part Ⅰ： a fine non-hydraulic filler［J］. Cement and Concrete Research， 1990， 20（5）： 778-782. DOI URL
[15]	GUTTERIDGE W A， DALZIEL J A. Filler cement： the effect of the secondary component on the hydration of Portland cement.Part Ⅱ： fine hydraulic binders［J］. Cement and Concrete Research， 1990， 20（6）： 853-861. DOI URL
[16]	GIRÃO A V， RICHARDSON I G， TAYLOR R， et al. Composition， morphology and nanostructure of C-S-H in 70% white Portland cement -30% fly ash blends hydrated at 55 ℃［J］. Cement and Concrete Research， 2010， 40（9）： 1350-1359. DOI URL
[17]	BULLARD J W， JENNINGS H M， LIVINGSTON R A， et al. Mechanisms of cement hydration［J］. Cement and Concrete Research， 2011， 41（12）： 1208-1223. DOI URL
[18]	WANG A Q， ZHANG C Z， SUN W. Fly ash effects II. The active effect of fly ash［J］. Cement and Concrete Research， 2004， 34（11）： 2057-2060. DOI URL
[19]	AHMAD J， KONTOLEON K J， MAJDI A， et al. A comprehensive review on the ground granulated blast furnace slag （GGBS） in concrete production［J］. Sustainability， 2022， 14（14）： 8783. DOI URL
[20]	YAN P Y， MI G D， WANG Q. A comparison of early hydration properties of cement-steel slag binder and cement-limestone powder binder［J］. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry， 2014， 115（1）： 193-200. DOI URL
[21]	ZHANG T S， YU Q J， WEI J X， et al. Preparation of high performance blended cements and reclamation of iron concentrate from basic oxygen furnace steel slag［J］. Resources， Conservation and Recycling， 2011， 56（1）： 48-55.
[22]	WANG Q， LI M Y， JIANG G H. The difference among the effects of high-temperature curing on the early hydration properties of different cementitious systems［J］. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry， 2014， 118（1）： 51-58. DOI URL
[23]	WANG Q， FENG J J， YAN P Y. The microstructure of 4-year-old hardened cement-fly ash paste［J］. Construction and Building Materials， 2012， 29： 114-119. DOI URL
[24]	LUKE K， LACHOWSKI E. Internal composition of 20-year-old fly ash and slag-blended ordinary Portland cement pastes［J］. Journal of the American Ceramic Society， 2008， 91（12）： 4084-4092. DOI URL
[25]	DONG C R， ZHANG Q Y， CHEN C， et al. Fresh and hardened properties of recycled plastic fiber reinforced self-compacting concrete made with recycled concrete aggregate and fly ash， slag， silica fume［J］. Journal of Building Engineering， 2022， 62： 105384. DOI URL
[26]	南雪丽，杨旭，张宇，等. 钢渣-矿渣基胶凝材料的协同水化机理［J］. 建筑材料学报， 2024， 27（4）： 366-374.
	NAN X L， YANG X， ZHANG Y， et al. Synergistic hydration mechanism of steel slag-slag based cementitious material［J］. Journal of Building Materials， 2024， 27（4）： 366-374 （in Chinese）.

复合矿物掺合料对热湿养护水泥砂浆强度和毛细吸水率的影响

Influences of Composite Mineral Admixtures on Strength and Capillary Water Absorption of Thermal Wet Curing Cement Mortar

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 26

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王晓彬, 罗李亭, 何梓湘, 陈娟. 海水干湿循环下硅灰石-矿渣-偏高岭土地聚合物的性能与机理[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(6): 2021-2033.
[2]	古盛斌, 李北星, 翁贤杰, 田沈华. 复掺粉煤灰与矿渣粉的混凝土自收缩预测模型[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(6): 2011-2020.
[3]	肖庆一, 张紫腾, 马明晓, 荆文龙, 李子祎. 芦苇纤维增强流态粉煤灰的力学性能及微观结构分析[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(6): 2181-2190.
[4]	吴言坤, 陈健, 郝建帅, 房奎圳. 钢渣-矿渣-水泥-脱硫石膏四元胶凝体系的水化硬化机理与性能优化研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(6): 2052-2062.
[5]	朱希彤, 李驰, 刘洋, 王晓荣. 固废粉煤灰基碳化光伏桩模型试验研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(5): 1615-1625.
[6]	汤小松, 宋秋磊, 骆静静, 张程, 张宇洋. 不同材料组成与养护工艺下钢渣基泡沫混凝土的固碳性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(5): 1663-1670.
[7]	任骏, 晏云潇, 李苗源, 田镇赫, 赵立兴, 王大富. 微生物改性磷石膏对石膏矿渣水泥性能的影响[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(5): 1671-1681.
[8]	李有, 王雪琪, 赵玉霞, 郑木莲, 黄洁, 卢川, 李宜锋. 骨架密实型水泥稳定碎石-钢渣混合料收缩补偿机理与性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(5): 1823-1837.
[9]	胡建林, 陶喜龙, 李雅儒, 贾天尧, 吴春平, 孟志鹏, 周永祥. 纳米SiO₂改性高炉矿渣-粉煤灰地质聚合物固化土力学性能[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(5): 1626-1637.
[10]	张世瑜, 周阳, 李志强, 陈雨闲, 周树斌, 楚永焱, 沈鹏程. 粉煤灰与水库淤泥制备烧结砖及性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(4): 1256-1265.
[11]	陈子涵, 郭煜东, 吕钦飞, 梁咏宁, 季韬. 碱当量对磷石膏-碱矿渣泡沫混凝土性能的影响[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(4): 1315-1323.
[12]	朱世栋, 陈纨年, 李忠慧, 张宇, 张云升, 李王鑫. 振动搅拌对粉煤灰混凝土性能与碳排放的影响[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(4): 1193-1207.
[13]	张梦甜, 王学凯, 徐子芳, 扈霜月, 李政, 李佳韦. 碱熔法从粉煤灰中制备羟基硅酸钙及其硅缓释性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(2): 517-527.
[14]	温和, 张晓翔, 顾磊, 邓加鑫. 低热水泥钢渣砂浆碳化-水化协同机制与微观结构演化[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(2): 562-572.
[15]	王冬冬, 张帅伟, 宋新江, 徐海波, 尹祥, 乔磊鑫. 基于响应面法的矿渣-电石渣-脱硫石膏固化淤泥质土力学性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(2): 582-591.