赤泥基碱激发胶凝材料的优化设计及性能研究

发布时间：2017-07-16 19:11

  本文关键词：赤泥基碱激发胶凝材料的优化设计及性能研究

  更多相关文章： 碱激发赤泥/矿渣 强度 养护制度 微观结构 保温砂浆

【摘要】：目前,我国氧化铝工业每年排放大量的固体废弃物赤泥,赤泥既占用了大量土地,又会对土壤、水源、大气等造成污染。现阶段对赤泥的利用主要是应用到生产建筑材料、回收有价金属和环境保护中吸附材料等领域,但是由于赤泥碱性强、金属含量低等问题,处理成本过高,可利用领域狭小,难以做到循环经济的效果,目前国内外尚无有效的大规模工业化处理方法,因此赤泥利用率低。本文研究了赤泥种类、辅助性胶凝材料和水玻璃掺量及模数对赤泥基碱激发胶凝材料组成结构的影响,确定了赤泥基碱激发胶凝材料的基本配比;在此基础上研究了在不同养护制度下赤泥基碱激发胶凝材料的性能及反应产物;最后制备了赤泥基碱激发胶凝隔热保温砂浆,本文的具体研究内容如下:(1)研究了赤泥种类、辅助性胶凝材料(粉煤灰和矿渣)和水玻璃掺量及模数对赤泥基碱激发胶凝材料组成结构的影响。烧结法赤泥碱激发材料具有良好的力学性能(免煅烧,不掺任何辅助性胶凝材料情况下3天达36.3MPa),而拜耳法赤泥碱激发材料却难以凝结硬化。在常温养护条件下碱激发粉煤灰早期强度低且发展缓慢,不宜和烧结法赤泥组成碱激发材料;矿渣掺量越多,赤泥基胶碱激发材料的强度越高(特别是早期强度)。赤泥基碱激发胶凝材料的早期强度随着水玻璃模数和掺量的增加而增强,但是随着龄期延长强度影响幅度逐渐减小。基于以上研究结果,确定了赤泥基碱激发胶凝材料的基本配比:原状烧结法赤泥70%,矿渣30%,激发剂水玻璃模数为2.4,掺量为5%(以Na2O计)。基于以上配合比,在常温养护环境下,赤泥基碱激发胶凝材料的胶砂3天抗压强度大于40MPa,28天抗压强度大于60MPa。水玻璃激发赤泥基碱激发胶凝材料初凝时间大约为30分钟,终凝时间约为40分钟。水化热反应速率曲线有两个放热峰:第一个峰为7分钟左右,是原料的溶解放热峰;第二个峰为50分钟左右,是碱激发反应放热峰,碱激发反应速度快,主要放热反应在5小时内完成。(2)研究了不同养护温度对赤泥基碱激发胶凝材料性能的影响。研究结果表明,提高养护温度和延长较高温度下的养护时间都可以促进硬化体结构致密,提高早期强度。当养护温度为20℃~60℃时,赤泥基碱激发胶凝材料的早期强度随着养护温度升高而增加,提高养护温度可以促进凝胶产物形成,并使产物结构致密,强度大幅提高。养护温度对赤泥基胶凝材料早期强度的提高作用较有效,随着龄期延长,不同养护温度下其后期强度趋近一致。养护制度不会使赤泥基碱激发材料的反应产物发生改变,反应产物均为无定形非晶态物质,包括水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H),以及发生了Al取代Si形成水化硅铝酸钙(C-(A)-S-H)凝胶产物。(3)研究了骨料、水玻璃、乳胶粉及水灰比对赤泥基碱激发隔热保温砂浆性能的影响。骨料主要影响赤泥基碱激发隔热保温砂浆的干密度和导热系数;水玻璃影响隔热保温砂浆的强度发展;可再分散乳胶粉不能有效提高隔热保温砂浆的强度,但是可以改善砂浆的可变形能力和耐久性;水灰比可以改变水玻璃的浓度,进而影响赤泥基碱激发胶凝材料的激发效果和力学强度。基于以上研究结果,得到赤泥基碱激发隔热保温砂浆的最佳配比如下:赤泥基碱激发材料100g,水灰比1.8,膨胀珍珠岩量100g,乳胶粉4g,水玻璃掺量60g。基于以上配比制备的隔热保温砂浆符合国家标准Ⅱ型保温砂浆技术要求。
【关键词】：碱激发赤泥/矿渣 强度 养护制度 微观结构 保温砂浆
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ177
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 赤泥及其利用现状13-17
• 1.1.1 赤泥的来源及种类13-14
• 1.1.2 赤泥的危害14-15
• 1.1.3 赤泥利用现状及存在的问题15-17
• 1.2 碱激发赤泥的研究17-20
• 1.2.1 碱激发胶凝材料17-18
• 1.2.2 碱激发胶凝材料的反应机理18-19
• 1.2.3 碱激发赤泥的研究现状19-20
• 1.3 研究目的、思路、内容及意义20-23
• 1.3.1 研究目的20
• 1.3.2 研究思路20-21
• 1.3.3 研究内容21-22
• 1.3.4 研究意义22-23
• 第二章 原材料与试验方法23-31
• 2.1 原材料23-27
• 2.1.1 赤泥23-25
• 2.1.2 矿渣25-26
• 2.1.3 水玻璃26-27
• 2.1.4 膨胀珍珠岩27
• 2.1.5 可再分散乳胶粉27
• 2.2 样品制备27-28
• 2.2.1 赤泥基碱激发胶凝材料的制备27-28
• 2.2.2 隔热保温砂浆的制备28
• 2.3 测试方法28-31
• 2.3.1 颗粒粒度表征28
• 2.3.2 反应产物结构观察28
• 2.3.3 反应产物和矿物组成测定28-29
• 2.3.4 胶砂性能测试29
• 2.3.5 隔热保温砂浆性能测试29-30
• 2.3.6 反应放热测试30-31
• 第三章 赤泥基碱激发胶凝材料的制备及优化设计31-48
• 3.1 赤泥种类对赤泥基碱激发胶凝材料的性能影响31-34
• 3.1.1 拜耳法赤泥基碱激发胶凝材料的性能31-32
• 3.1.2 烧结法赤泥基碱激发胶凝材料的性能32-34
• 3.2 辅助性胶凝材料对赤泥基碱激发胶凝材料的影响34-39
• 3.2.1 粉煤灰对赤泥基碱激发胶凝材料的性能影响34-36
• 3.2.2 矿渣对赤泥基碱激发胶凝材料的性能影响36-39
• 3.3 水玻璃对赤泥基碱激发胶凝材料的影响39-45
• 3.3.1 水玻璃模数对赤泥基碱激发胶凝材料的强度及其产物影响40-42
• 3.3.2 水玻璃掺量对赤泥基碱激发胶凝材料的强度及其产物影响42-45
• 3.4 赤泥基胶凝材料配比优化设计45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 不同养护温度赤泥基碱激发材料的性能研究48-64
• 4.1 不同养护温度对单一组分的性能影响及产物研究48-53
• 4.1.1 不同养护温度对烧结法赤泥基碱激发胶凝材料的强度影响及产物研究48-51
• 4.1.2 不同养护温度下碱激发矿渣的反应产物研究51-53
• 4.2 不同养护温度对赤泥基碱激发胶凝材料的强度影响及其产物研究53-60
• 4.2.1 赤泥基碱激发胶凝材料的配比及养护制度53-54
• 4.2.2 不同养护温度对赤泥基碱激发胶凝材料的强度影响54-55
• 4.2.3 不同养护温度下赤泥基碱激发胶凝材料的反应产物组成55-57
• 4.2.4 不同养护温度下赤泥基碱激发胶凝材料的反应产物微观结构57-60
• 4.3 养护时间对赤泥基碱激发胶凝材料的强度影响及其产物研究60-63
• 4.3.1 赤泥基碱激发胶凝材料的配比及养护制度60-61
• 4.3.2 养护时间对赤泥基碱激发胶凝材料的强度影响61-62
• 4.3.3 不同养护时间下赤泥基碱激发胶凝材料的反应产物62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 赤泥基碱激发胶凝材料的应用探索64-72
• 5.1 赤泥基碱激发材料凝结时间64-66
• 5.1.1 水玻璃掺量对凝结时间的影响65-66
• 5.1.2 水灰比对凝结时间的影响66
• 5.2 赤泥基碱激发材料制备隔热保温砂浆66-71
• 5.2.1 隔热保温砂浆的基本配比67
• 5.2.2 水灰比对隔热保温砂浆的影响67-68
• 5.2.3 骨料对隔热保温砂浆的影响68-69
• 5.2.4 水玻璃掺量对隔热保温砂浆的影响69-70
• 5.2.5 可再分散乳胶粉掺量对隔热保温砂浆的影响70
• 5.2.6 赤泥基碱激发制备的隔热保温砂浆基本性能70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 1. 结论72-73
• 2. 展望73-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-80
• 致谢80-82
• 附件82

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