高钙脱硫灰制备碱激发胶凝材料及其应用研究

发布时间：2020-03-31 10:10

【摘要】：随着社会的不断进步,生态文明建设的重要性日益凸显,高效安全地利用工业废弃物并获得较高的社会效益、生态效益、经济效益,己经成为衡量一个国家科学技术水平和经济发达程度的重要标志。在钢厂脱硫治理工程的广泛实施后,土地占用、二次污染等环境压力使得脱硫灰的研究利用变得更加紧迫。此外,传统的水泥工业资源消耗和污染严重,基础建设对胶凝材料的巨大需求量使碱激发胶凝材料这类节能利废、更具潜力的材料成为了研究热点。高钙脱硫灰可以作为胶凝材料中的钙质原料,且含有未反应完全的氢氧化钙,可以替代部分碱激发所需的激发剂,复合激发基材的潜在活性。为此,本文拟利用高钙脱硫灰的特点,结合矿粉、钢渣等钢厂大宗工业废弃物,探索制备大掺量高钙脱硫灰碱激发胶凝材料并应用于强度适宜、性能优良、环保节能、成本较低的干混砌筑砂浆开发。由于不同工艺的副产物在理化性能上存在较大差异,本文首先对特定来源的高钙脱硫灰、矿粉、钢渣等工业废弃物的化学成分、物理特性和微观结构等进行了详细的表征,在此基础上分析讨论其用于制备碱激发胶凝材料的可行性。继而进行了系列探索性实验,分析了水泥、碱激发剂等对胶凝材料性能的影响,确定了以高钙脱硫灰、矿粉、钢渣、水泥和碳酸钠为主要组分的胶凝材料体系。通过正交实验分析了各因素对胶凝材料性能的影响,结果表明,实验因素对强度的影响程度由大到小为钢渣掺量、水泥和激发剂质量比、水泥和激发剂掺量、脱硫灰和矿粉质量比。经过验证实验确定该碱激发胶凝材料的较优配合比为脱硫灰37.5%、矿粉37.5%、钢渣10%、水泥11.25%、激发剂3.75%,所制备的胶凝材料各项性能均达到现行国家标准。通过XRD、SEM、EDS等微观表征方法探索其反应机理,分析表明,在该胶凝材料的反应过程中,铝硅酸盐聚合反应与水泥水化反应叠加,反应产物相互补充、交织,逐步填充密实颗粒间的间隙,提高了材料的致密度和各项性能。在此基础上,按照较优配比制备胶凝材料,以天然河砂为骨料,制备了系列符合现行国家标准要求的干混砌筑砂浆,具备较好的工作性能、力学性能、成本优势,具有应用于实际工程的可行性。
【图文】：

矿粉,结构模型,单键,配位数

是一种既能成为网络形成体，又能成为网络改变体的元素。当它成为体时，配位数为 4，成为网络改变体时，配位数为 6，中间体与氧原子约为 210~335kJ/mol。矿粉中各氧化物的单键强度如表 1.5 所示。表 1.5 矿粉玻璃体中各氧化物的单键强度[ 3 9 ]MxOy中的 M Si Al Al Ca M价数 4 3 3 2 配位数 4 4 6 8 O 单键强度（kJ/mol） 25~36 16.75~25.12 12.68~15.79 7.66 8由表 1.5 可知，Si4+是网络形成体，Na+、K+、Ca2+是玻璃体中的网络Al、Mg 是典型的中间体。矿粉是以 Si4+与 O2-所组成的 SiO44-四面体构单元，再以 SiO44-之间的“桥氧”连接而成的空间网络，而四配位的lO45-四面体的形式参入网络。Ca2+、Mg2+及六配位的 Al3+等网络改变络结构之外，又以一定的配位状态分布于网络中，如图 1.1 所示。

水泥净浆,搅拌机,试件

图 2.1 水泥净浆搅拌机图 2.2 恒温恒湿养护箱1.2.3 强度的测定试件强度的测定参照标准《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》（G671-1999）[98]。从养护箱中取出达到规定龄期的每个配比各 3 个试件，测将试件放在万能试验机（图 2.3）的垫板上，试件的承压面应与成型时的垂直，试件中心应与垫板中心对准，调整上压板的高度，使其与试件上表匀地轻度接触。启动试验机，，加载速率为 0.25kN/s，当试件破坏时，停止，记录破坏荷载。抗压强度应按下式计算：FRA= （ 2.中：R 为抗压强度（MPa）F 为破坏荷载（kN）A 为承压面积（mm2）
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU526

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