稻壳灰制备水玻璃及其对粉煤灰活性的激发效果研究

发布时间：2017-09-15 18:23

  本文关键词：稻壳灰制备水玻璃及其对粉煤灰活性的激发效果研究

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【摘要】：作为一种极具发展潜力的绿色胶凝材料,粉煤灰地质聚合物已经成为新世纪研究的热点,本文以激发剂的选择为突破口,研究了稻壳灰制备水玻璃的最佳工艺和其对不同粉煤灰的激发效果,分析了不同模数水玻璃的结构特征,考察了氧化钙含量和养护条件对粉煤灰活性的影响,并采用SEM、FTIR、NMR、XRD等现代分析方法对试样进行了表征,探索了水玻璃制备粉煤灰地质聚合物的反应机理。以稻壳灰为原料制备水玻璃(钠水玻璃、钾水玻璃),研究了碱液浓度、反应时间、固液比三个工艺参数对水玻璃模数和二氧化硅溶出率的影响。研究发现:稻壳灰制备钠水玻璃的最佳工艺为Na OH浓度8mol/L、固液比为1g:2.5m L、溶煮时间3h;稻壳灰制备钾水玻璃的最佳工艺条件是KOH浓度为10mol/L,固液比为1g:2.5m L,反应时间为5h。并且,稻壳灰中的Si O2在Na OH溶液中的溶出率更高。以稻壳灰制取的钠水玻璃、钾水玻璃为激发剂制备粉煤灰地质聚合物,研究了水玻璃种类、水玻璃模数、水玻璃掺量、水玻璃固含量等因素对粉煤灰地质聚合物抗压强度的影响。研究发现:以稻壳灰制备的钠水玻璃为激发剂制备粉煤灰地质聚合物,水玻璃模数为1.1、掺量为33%、固含量为34%时,激发效果最佳;以稻壳灰制备的钾水玻璃为激发剂制备粉煤灰地质聚合物,水玻璃模数为1.2、掺量为47%、固含量为38%时,激发效果最佳。研究了养护条件对粉煤灰活性的影响,研究发现:低温养护时,粉煤灰中聚合度较高的硅铝玻璃体很难解聚,活性较难激发,试样强度较低。随着养护温度的升高,玻璃体较为容易地解聚为单聚体和双聚体,促进了粉煤灰活性的激活。研究了粉煤灰中Ca O的含量和存在形式对其活性的影响,研究发现:Ca O含量较低时,玻璃体聚合度较高,玻璃体较难破坏,粉煤灰活性较低;Ca O含量较高时,玻璃体聚合度降低,玻璃体解聚难度降低,活性激发较为容易,因此,Ca O含量高的粉煤灰胶砂试样抗压强度较高。当粉煤灰中的Ca O较多以游离态存在时,易形成具有膨胀性的Ca(OH)2,导致体积安定性不良,试样抗压强度较低。进行了不同模数水玻璃的FTIR和NMR分析,发现水玻璃模数较低时,水玻璃中硅氧四面体的聚合程度较低,有利于凝胶体的形成,因此低模数的水玻璃(1.0~1.4)对粉煤灰的激发效果较好。此外,结合粉煤灰胶砂试样的微观形貌,分析了水玻璃制备粉煤灰地质聚合物的反应机理,反应机理分为水玻璃水解、玻璃体解聚、缩聚硬化三个阶段:水玻璃水解释放出大量OH-,并生成活性Si(OH)4;在OH-作用下,Si-O-Al、Si-O-Si、Al-O-Si等键断裂,聚合度较高的硅铝玻璃体解聚成低聚的[Si O4]与[Al O4]单体;低聚[Si O4]与[Al O4]单体缩聚形成凝胶,最终形成硅氧和铝氧四面体相互交错连接的具有三维网络结构的地质聚合物。
【关键词】：稻壳灰 水玻璃 粉煤灰 地质聚合物 反应机理
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ536.4;TQ177
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 稻壳灰制备水玻璃的研究进展11-14
• 1.2.1 稻壳灰的组成和结构11-12
• 1.2.2 稻壳灰的利用现状12-13
• 1.2.3 水玻璃制备方法13-14
• 1.3 水玻璃激发粉煤灰胶凝材料的研究进展14-21
• 1.3.1 粉煤灰概况14-15
• 1.3.2 粉煤灰的活性15-16
• 1.3.3 粉煤灰活性激发方法16-19
• 1.3.4 粉煤灰活性激发机理19-21
• 1.3.5 目前存在的问题21
• 1.4 研究目的及研究内容21-24
• 1.4.1 课题研究目的21
• 1.4.2 课题研究内容21-24
• 2 试验方案设计24-34
• 2.1 试验原料及分析24-26
• 2.1.1 稻壳灰24
• 2.1.2 粉煤灰24-26
• 2.1.3 试验方法26
• 2.2 稻壳灰基水玻璃的制备及性能测试26-30
• 2.2.1 稻壳灰基水玻璃的制备26-27
• 2.2.2 水玻璃模数的测定27-30
• 2.2.3 二氧化硅溶出率的测定30
• 2.3 粉煤灰活性的激发30-34
• 2.3.1 水玻璃制备粉煤灰地质聚合物30-31
• 2.3.2 样品的表征31-34
• 3 工艺参数对水玻璃性能的影响34-41
• 3.1 碱液浓度对二氧化硅溶出率和水玻璃模数的影响34-36
• 3.1.1 NaOH浓度对SiO_2溶出率和钠水玻璃模数的影响34-35
• 3.1.2 KOH浓度对SiO_2溶出率和钾水玻璃模数的影响35-36
• 3.2 反应时间对二氧化硅溶出率和水玻璃模数的影响36-37
• 3.2.1 反应时间对SiO_2溶出率和钠水玻璃模数的影响36
• 3.2.2 反应时间对SiO_2溶出率和钾水玻璃模数的影响36-37
• 3.3 固液比对二氧化硅溶出率和水玻璃模数的影响37-39
• 3.3.1 固液比对SiO_2溶出率和钠水玻璃模数的影响37-38
• 3.3.2 固液比对SiO_2溶出率和钾水玻璃模数的影响38-39
• 3.4 稻壳灰制备钠水玻璃和钾水玻璃最佳工艺对比39-41
• 4 粉煤灰地质聚合物的制备41-52
• 4.1 钠水玻璃为激发剂制备粉煤灰地质聚合物41-44
• 4.1.1 钠水玻璃模数对粉煤灰活性的影响41-43
• 4.1.2 钠水玻璃掺量对粉煤灰活性的影响43
• 4.1.3 钠水玻璃固含量对粉煤灰活性的影响43-44
• 4.2 钾水玻璃为激发剂制备粉煤灰地质聚合物44-47
• 4.2.1 钾水玻璃模数对粉煤灰活性的影响44-46
• 4.2.2 钾水玻璃掺量对粉煤灰活性激发的影响46
• 4.2.3 钾水玻璃固含量对粉煤灰活性激发的影响46-47
• 4.3 钠水玻璃与钾水玻璃激发效果对比47-48
• 4.4 氧化钙对粉煤灰活性的影响48-50
• 4.5 养护条件对粉煤灰活性的影响50-52
• 5 水玻璃激发粉煤灰地质聚合物反应机理探讨52-60
• 5.1 不同模数水玻璃的FTIR分析52
• 5.2 不同模数水玻璃的核磁共振分析52-54
• 5.3 水玻璃制备粉煤灰地质聚合物的微观形貌分析54-58
• 5.3.1 不同龄期水化产物的微观形貌54-56
• 5.3.2 不同激发剂制备粉煤灰地质聚合物 28d水化产物的微观形貌56-58
• 5.4 水玻璃制备粉煤灰地质聚合物的反应机理58-60
• 6 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 研究生期间发表论文情况66-68
• 致谢68

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本文编号：858168