钢渣水化的络合效应及其机理研究

发布时间：2017-08-12 14:31

  本文关键词：钢渣水化的络合效应及其机理研究

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【摘要】：钢渣的早期活性低,水化速度慢,安定性差等等因素限制了其作为辅助胶凝材料在水泥和混凝土行业的应用。而钢渣活性低的根本原因在于钢渣的形成温度较高,结构致密,缺陷较少导致其溶解性较差,不利于水化反应的进行。本论文以钢渣作为研究对象,研究了络合剂对钢渣-水泥体系性能及水化进程的影响规律,探讨了络合剂促进钢渣溶解的络合效应及作用机理。研究了三乙醇胺(TEA)、三异丙醇胺(TIPA)、二乙醇异丙醇胺(DEIPA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)四种络合剂对钢渣-水泥复合体系胶凝性能及水化进程的影响。当络合剂掺量为0.03%时,四种络合剂提升了钢渣-水泥复合体系不同龄期的砂浆强度,3d的抗压强度提升了10%-12%;7d强度提升了14%-15%;28d强度提升了12%-13%。采用XRD、SEM、MIP以及DSC-TG分析仪研究了复合体系硬化浆体的水化物结构,研究表明,四种络合剂提升了复合体系3d、7d和28d的化学结合水含量,降低了CH含量以及孔隙率,促进了AFt和AFm的生成并改变了C-S-H凝胶和氢氧化钙的形态。研究了四种络合剂对钢渣溶解特性的影响。采用XRD、等温量热仪、pH分析仪、电导率分析仪以及ICP分析仪研究了能表征钢渣溶解性能的钢渣水化浆体液相离子浓度、钢渣矿物组成以及溶解热等参数变化情况。四种络合剂提高钢渣浆体溶液的液相离子浓度、电导率、pH以及溶解放热量,降低了未溶解矿物的含量,表明对钢渣溶解具有促进作用。其中TEA和DEIPA的效果优于TIPA和MDEA。探究了四种络合剂对钢渣主要金属离子的络合能力以及作用机理,证实了络合效应的存在。通过化学沉淀法量化评价了络合剂对不同金属离子的络合能力。TEA、TIPA、DEIPA和MDEA对Ca~(2+)、Fe~(3+)和Al~(3+)离子的络合值测定结果表明,DEIPA对金属离子的络合能力较强,MDEA对金属离子的络合能力较弱,TEA和TIPA的络合能力介于两者之间。通过核磁共振分析,推测出TEA中的羟基与金属离子形成络合物,并且通过N和O原子上的空电子对与Ca~(2+)、Fe~(3+)和Al~(3+)形成五元环状络合物结构。
【关键词】：钢渣 络合效应 水化 溶解 离子浓度
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ172.1;X757
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 钢渣的化学组成、矿物组成以及胶凝性能12-14
• 1.2.1 钢渣的化学组成12-13
• 1.2.2 钢渣的矿物组成13-14
• 1.2.3 钢渣的胶凝活性14
• 1.3 钢渣活化的研究进展14-17
• 1.3.1 机械活化14-15
• 1.3.2 化学活化15-16
• 1.3.3 高温活化16-17
• 1.4 络合剂在水泥基材料中的应用17-18
• 1.5 课题的来源及研究内容18-20
• 第2章 原材料与试验方法20-28
• 2.1 试验原料及试剂20-22
• 2.2 试验仪器22
• 2.3 测试表征方法22-28
• 2.3.1 水化热分析22
• 2.3.2 净浆强度分析22-23
• 2.3.3 砂浆强度分析23
• 2.3.4 不同龄期水化物的XRD定量分析23
• 2.3.5 不同龄期水化物的DSC-TG分析23
• 2.3.6 不同龄期水化物的化学结合水含量分析23-24
• 2.3.7 不同龄期水化物的孔结构分析24
• 2.3.8 不同龄期水化物的SEM形貌分析24
• 2.3.9 水化浆体液相的电导率和p H值分析24-25
• 2.3.10 钢渣溶解后的滤渣XRD定量分析25
• 2.3.11 钢渣水化浆体液相离子浓度的分析25
• 2.3.12 钢渣的溶解热分析25-26
• 2.3.13 络合剂的吸附性能(TOC)分析26
• 2.3.14 络合剂对金属离子电导率的影响分析26
• 2.3.15 TEA对金属离子的1HNMR影响分析26
• 2.3.16 化学沉淀法分析26-28
• 第3章 络合剂对钢渣-水泥复合体系性能及水化进程的影响28-46
• 3.1 络合剂对钢渣-水泥复合体系水化性能的影响28-32
• 3.1.1 络合剂最佳掺量的确定28-31
• 3.1.2 络合剂对钢渣-水泥复合体系抗压强度的影响31-32
• 3.2 络合剂对钢渣-水泥复合体系水化产物结构的影响32-38
• 3.2.1 络合剂对钢渣-水泥复合体系水化产物矿物组成的影响32-35
• 3.2.2 络合剂对钢渣-水泥复合体系早期水化产物Aft含量的影响35-36
• 3.2.3 络合剂对钢渣-水泥复合体系水化产物CH含量的影响36-37
• 3.2.4 络合剂对钢渣-水泥复合体系水化产物化学结合水含量的影响37-38
• 3.3 络合剂对钢渣-水泥复合体系水化产物孔结构的影响38-41
• 3.4 络合剂对钢渣-水泥复合体系水化产物形貌的影响41-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 络合剂对钢渣溶解特性的影响46-54
• 4.1 络合剂对钢渣溶解后矿物相含量的影响46-47
• 4.2 络合剂对钢渣早期溶解热的影响47-48
• 4.3 络合剂对钢渣水化浆体液相离子浓度的影响48-51
• 4.3.1 电导率分析48-49
• 4.3.2 pH值分析49-50
• 4.3.3 钢渣各元素离子浓度的分析50-51
• 4.4 本章小结51-54
• 第5章 络合机理分析54-64
• 5.1 钢渣早期水化过程中络合剂浓度的变化54-55
• 5.2 络合效应的证明以及络合能力的分析55-58
• 5.2.1 络合剂在碱性条件下对金属离子电导率的影响55-56
• 5.2.2 络合剂与金属离子的络合能力分析56-58
• 5.3 络合物分子结构及增溶机理分析58-62
• 5.3.1 核磁共振(~1HNMR)分析58-61
• 5.3.2 络合剂的增溶机理61-62
• 5.4 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间内的研究成果70-72
• 致谢72

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