碱激发制备废弃混凝土地聚物基再生材料

发布时间：2020-10-17 15:32

　　 与传统硅酸盐水泥相比,地聚物类胶凝材料具有原材料来源广泛、生产过程节能环保、工程性能优良等一系列突出的优势。废弃混凝土中含有一定量的硅铝质组分,具备地聚物原料的基本性质;研究利用未经分离处理的废弃混凝土制备地聚物基再生材料,一方面可以拓展硅铝原料的来源,解决天然富含硅铝质的矿石资源日益紧缺的问题,另一方面能够实现废弃混凝土的高附加值资源化利用,具有良好的应用价值和推广前景。本论文主要从充分利用废弃混凝土中Si-Al质组分的角度出发,以NaOH、Na_2SiO_3.9H_2O、Na_2CO_3和Ca(OH)_2为碱激发剂,采取蒸汽养护,研究碱激发制备废弃混凝土地聚物基再生材料的方法;以抗压强度为指标,优选适宜的碱激发方案;通过XRD、FT-IR、TG-DTG、SEM等微观分析,探讨不同碱激发条件下再生材料的强度来源以及地聚物的形成机理;为进一步提高碱激发效果、降低养护成本,研究了养护温度和蒸养时间对废弃混凝土地聚物基再生材料强度发展的影响。论文主要研究结论如下:(1)在不同碱激发剂的单一或复合作用下,废弃混凝土中可以形成地聚物凝胶或者地聚物凝胶和水泥凝胶的复合凝胶体系;同时,废弃混凝土中未水化水泥颗粒反应生成水泥凝胶。这些凝胶将废弃混凝土中未参与反应的粗细骨料胶结在一起,可形成有强度的块体材料。(2)单掺NaOH、Na_2SiO_3·9H_2O和饱和Na_2CO_3溶液,对废弃混凝土碱激发效果显著;碱激发主要生成不同聚合程度的、以-Si-O-Al-O-为主具有空间网络结构的硅铝酸盐地聚物凝胶。从碱激发效果来看,NaOHNa_2SiO_3·9H_2O饱和Na_2CO_3溶液;本论文实验条件下,各种碱激发剂单掺的适宜掺量(以占废弃混凝土质量百分比计)为:NaOH为4.8%、Na_2SiO_3·9H_2O为20%、饱和Na_2CO_3溶液为10%。4.8%NaOH单掺碱激发效果最好,再生材料强度达到32.93MPa。另外,单掺Ca(OH)_2不能对废弃混凝土原材料发挥碱激发作用,只能作为一种活性钙质原料参与反应,生成C-S-H等水泥凝胶。(3)本论文实验条件下,2.4%NaOH和10%Na_2SiO_3·9H_2O复掺可以发挥最好的碱激发效果,试件强度达到39MPa,在所有碱激发方案中最高;当NaOH掺量增加至3.6%、4.8%时,复掺效果反而低于NaOH和Na_2SiO_3·9H_2O单掺。NaOH与Na_2CO_3复掺,对废弃混凝土碱激发效果显著,但相比于两者单掺,碱激发效果没有明显增强。与单掺Ca(OH)_2相比,NaOH与Ca(OH)_2复掺碱激发效果显著,适宜复掺比例下,复掺碱激发效果高于NaOH单掺。从碱激发产物来看,NaOH与Na_2SiO_3·9H_2O或Na_2CO_3复合碱激发,生成更多、聚合程度更高的地聚物凝胶;NaOH与Ca(OH)_2复合碱激发,除了地聚物凝胶、还有C-S-H和C-A-H生成,Ca(OH)_2在复合碱激发剂中仅发挥次要作用,主要还是依赖于NaOH的碱激发作用。(4)在单掺4.8%NaOH碱激发、2.4%NaOH+10%Na_2SiO_3·9H_2O复合碱激发、4.8%NaOH+20%Ca(OH)_2复合碱激发三种情况下,随着蒸养时间延长,再生材料的强度整体呈增大趋势。在无碱激发、单掺4.8%NaOH碱激发、2.4%NaOH+10%Na_2SiO_3·9H_2O复合碱激发三种情况下,常温养护的再生材料强度发展都比较缓慢,60d强度均低于蒸汽养护48h强度;在常温养护超过28d后,无碱激发组试件强度趋于稳定、单掺4.8%NaOH碱激发组试件强度出现倒缩。采取蒸养制度可有效提高废弃混凝土地聚物基再生材料的强度发展速率和最高强度。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 废弃混凝土资源化研究利用的现状
        1.2.1 废弃混凝土资源化利用的现状
        1.2.2 废弃混凝土资源化研究的现状
    1.3 地聚物基胶凝材料
    1.4 本论文研究内容
2 试验原材料、方法和主要仪器
    2.1 试验原材料
    2.2 试验方法
    2.3 主要仪器
3 单掺碱激发剂制备地聚物基再生材料
    3.1 NaOH激发
        3.1.1 强度试验
        3.1.2 微观分析
2激发'>    3.2 Ca（OH）₂激发
        3.2.1 强度试验
        3.2.2 微观分析
2SiO₃·9H₂O激发'>    3.3 Na₂SiO₃·9H₂O激发
        3.3.1 强度试验
        3.3.2 微观分析
2CO₃激发'>    3.4 Na₂CO₃激发
        3.4.1 强度试验
        3.4.2 微观分析
    3.5 本章小结
4 复掺碱激发剂制备地聚物基再生材料
2SiO₃·9H₂O复合激发'>    4.1 NaOH与Na₂SiO₃·9H₂O复合激发
        4.1.1 强度试验
        4.1.2 微观分析
2CO₃复合激发'>    4.2 NaOH与Na₂CO₃复合激发
        4.2.1 强度试验
        4.2.2 微观分析
2复合激发'>    4.3 NaOH与Ca（OH）₂复合激发
        4.3.1 强度试验
        4.3.2 微观分析
    4.4 本章小结
5 养护制度对再生材料强度的影响
    5.1 蒸养时间的影响
        5.1.1 试验
        5.1.2 结果分析
    5.2 养护温度的影响
        5.2.1 试验
        5.2.2 结果分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢

【参考文献】

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本文编号：2844979