矿渣和粉煤灰制备CBC复合材料及混凝土强度研究

发布时间：2017-08-19 19:40

  本文关键词：矿渣和粉煤灰制备CBC复合材料及混凝土强度研究

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【摘要】：CBC(Chemically Bonded Ceramics)胶凝材料是一被广泛关注的环境友好型材料,该材料主要以大宗工业固体废弃物为原料,采用简单的机械活化、化学活化制备而成,具有来源丰富、成本低廉的特点,与传统水泥相比,不需高温烧结,因此属环保友好型材料。CBC胶凝材料一般组成为20%-70%的矿渣粉、10%-20%的粉煤灰、5%-30%的硅酸盐熟料和5%-15%石灰。CBC胶凝材料最终形成的是-Si-0-Si-、-Si-0-Al-立体网结构,具有陶瓷的特点,因此,其力学性能比普通硅酸盐水泥基材好,特别对有粘土存在时表现出良好的固结能力。与水泥相比,CBC胶凝材料具有较好的应用前景。但是,工业废渣制备CBC胶凝材料的形成机理、性能以及在混凝土方面的应用研究较少,主要是CBC胶凝材料与硅酸盐水泥组分相差很大。为了实现大规模利用矿渣粉、粉煤灰,本文对矿渣粉、粉煤灰胶凝材料(CBC)的配合比设计及混凝土力学性能进行详细的分析研究。系统的研究了 C30、C40强度等级的CBC胶凝材料混凝土配合比设计,并对其配合比设计进行了优化。此外,由于CBC胶凝材料混凝土的早期强度较弱,因此本文对化学激发剂进行系统研究和优化组合,较好地解决了制备混凝土的早期强度低的问题,另外,对CBC胶凝材料混凝土的养护方式也展开了相应的研究。本文主要研究工作及研究成果如下:1.CBC胶凝材料制备前,需要对各原材料进行活化处理。首先分析原材料的性质,探讨工业废渣的活化机理,根据矿渣粉、粉煤灰、熟料的性质,采用物理活化方法。其次根据粉煤灰、矿渣粉、熟料、石灰、石膏不同比例设计C30、C40的CBC胶凝材料。2.根据普通硅酸盐水泥混凝土配合比设计规程以及CBC胶凝材料的特性,配制C30流动性混凝土,通过优化实验确定最佳水灰比、胶骨比。研究表明:当水灰比为0.48、胶骨比为0.43,抗压强度可达32.52MPa,满足C30流动性混凝土的要求。参照C30流动性混凝土的CBC胶凝材料配比,以C30混凝土的研究结果为基础,开展了 C40胶凝材料配比以及C40流动性混凝土的研究,在水灰比为0.53,胶骨比为0.39,抗压强度可达39.55MPa,基本满足C40流动性混凝土的设计要求。3.研究了不同化学添加剂对CBC胶凝材料混凝土抗压强度的影响,结果表明:混凝土早期抗压强度提高最大的是硫酸钠,硫酸钠掺0.8%时,效果最好。同时研究了自然养护、蒸汽养护、恒温恒湿养护、静停时间、养护时间对混凝土力学性能的影响,结果表明:CBC胶凝材料混凝土在100℃蒸汽养护较好,抗压强度随着养护时间的增加而加强。通过以上研究,初步掌握了 CBC胶凝材料混凝土的养护方式、静停时间、添加剂的种类及添加量。4.对各原材料及CBC混凝土进行XRD检测分析,结果表明:矿渣粉、粉煤灰中的主要矿物化学组成为SiO2、CaO和A1203,矿物相为硅酸盐及玻璃体。CBC胶凝材料混凝土水化后,含有少量的晶相,主要是硅灰石、枪晶石和硅酸二钙等化合物。
【关键词】：CBC胶凝材料 XRD 抗压强度 混凝土 配合比
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 研究背景及意义18-20
• 1.2 国内外研究现状20-21
• 1.3 利用工业废渣制备CBC胶凝材料发展状况21-23
• 1.4 工业废渣在水泥基材中的研究状况23-26
• 1.4.1 粉煤灰在水泥基材中的研究状况23-24
• 1.4.2 矿渣粉在水泥基材中的研究状况24-25
• 1.4.3 粉煤灰、矿渣粉在水泥基材中的应用研究25-26
• 1.5 选题依据和意义26
• 1.6 本文研究的内容和创新26-27
• 1.7 本章小结27-28
• 第二章 实验原理与方法28-46
• 2.1 工业废渣活化理论28-30
• 2.1.1 活性的概念28-29
• 2.1.2 物理活化29
• 2.1.3 化学活化29-30
• 2.1.4 激发剂30
• 2.2 实验原理30-31
• 2.3 试验原材料31-36
• 2.3.1 混凝土制备的原材料31
• 2.3.2 水泥31-32
• 2.3.3 粉煤灰32-33
• 2.3.4 矿渣粉33-35
• 2.3.5 化学试剂35-36
• 2.4 实验方法36-41
• 2.4.1 掺和胶凝材料及其混凝土制备工艺流程图36-37
• 2.4.2 实验设备37-40
• 2.4.3 掺和胶凝材料的活化40
• 2.4.4 混凝土的配合比设计方法40
• 2.4.5 混凝土的力学性能测试40-41
• 2.4.6 抗压强度的测试原理41
• 2.5 XRD物相分析41-44
• 2.5.1 X射线介绍41
• 2.5.2 X射线工作原理41-42
• 2.5.3 XRD设备42-43
• 2.5.4 XRD常用软件43-44
• 2.6 本章小结44-46
• 第三章 C30混凝土配合比设计及实验46-60
• 3.1 C30混凝土的配合比设计及优化46-49
• 3.1.1 CBC胶凝材料的研究46
• 3.1.2 混凝土配制强度和水灰比46-47
• 3.1.3 C30流动性混凝土的配合比设计47-48
• 3.1.4 配合比的调整48
• 3.1.5 养护制度对混凝土性能的影响48-49
• 3.2 C30流动性混凝土研究49-57
• 3. 2.1 C30流动性混凝土的CBC胶凝材料研究49-50
• 3.2.2 C30混凝土配合比设计初探50-52
• 3.2.3 化学添加剂对混凝土的影响52-54
• 3.2.4 水胶比对混凝土强度的影响54-55
• 3.2.5 Na_2SO_4掺量对混凝土强度影响55-56
• 3.2.6 养护制度对混凝土抗压强度的影响56-57
• 3.3 C30混凝土的X衍射分析57-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第四章 C40混凝土的配合比设计及实验60-64
• 4.1 C40混凝土的配合比设计及优化60
• 4.2 C40流动性混凝土的CBC胶凝材料研究60-62
• 4.2.1 C40混凝土胶凝材料配合比初探60-61
• 4.2.2 C40混凝土的CBC胶凝材料研究61-62
• 4.3 C40的实验结果分析62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文72

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本文编号：702632