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钢渣的粉磨/水化特征及其复合胶凝材料的组成与性能

发布时间:2021-10-19 13:32
  钢渣是炼钢过程中产生的工业废渣,其每年产生量巨大,但利用率很低,基本处于废弃和堆积状态,造成了环境污染、土地占用和资源浪费。由于钢渣的化学和矿物组成与硅酸盐水泥熟料相似,故将其用于水泥混凝土行业中的潜力很大。然而,钢渣易磨性差、水化活性低和体积不稳定是其三个重要的缺点或不足,很大程度上限制了钢渣在水泥混凝土行业的推广应用。此外,与研究和应用均很成熟的矿渣相比,有关钢渣的系统性理论研究较少,也是造成钢渣利用率低的重要原因。目前,我国排放的钢渣主要为转炉钢渣,近些年随着钢渣处理技术的提升(尤其近些年广泛采用的热焖处理工艺),使得引起钢渣体积不稳定的因素(游离氧化钙和游离氧化镁)得到较大程度的控制和改善,且热焖处理后的钢渣还具有粒度小、易磨等优点,这为钢渣的后续加工及用于水泥混凝土行业创造了良好的条件。为此,本文以转炉热焖钢渣为研究对象,从钢渣微粉的制备、自身胶凝性及其在水泥基材料中的应用性能等方面入手,对钢渣的粉磨性能、水化硬化特征及其复合胶凝材料的组成、结构与性能进行了较深入地系统研究。从化学成分、铁矿相、矿物组成、显微形貌、硬度等方面研究了转炉热焖钢渣的矿物特征,结果发现:热焖钢渣的矿... 

【文章来源】:中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:211 页

【学位级别】:博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 工业废渣的资源再利用与水泥混凝土工业的可持续发展
        1.1.2 工业废渣应用于水泥混凝土生产中的优势
        1.1.3 主要工业废渣在水泥混凝土工业中的应用概况
    1.2 钢渣的特性及其高效利用途径
        1.2.1 钢渣的生成机理
        1.2.2 钢渣的化学组成
        1.2.3 钢渣的处理技术及工艺选择
        1.2.4 钢渣的建材资源化利用途径
    1.3 钢渣粉磨特征的研究进展
    1.4 钢渣的胶凝性及活性提高的研究进展
        1.4.1 钢渣的胶凝性能
        1.4.2 钢渣胶凝活性的评价
        1.4.3 钢渣活性的提高
        1.4.4 钢渣活性激发存在的问题
    1.5 钢渣作为辅助性胶凝材料的研究进展
        1.5.1 钢渣对水泥基材料水化过程及力学性能的影响研究
        1.5.2 钢渣对水泥基材料需水量或工作性的影响研究
        1.5.3 钢渣对水泥基材料安定性及体积变形的影响研究
        1.5.4 钢渣对水泥基材料耐久性能的影响研究
        1.5.5 辅助性胶凝材料与硅酸盐水泥优化匹配的研究
        1.5.6 钢渣作为辅助性胶凝材料存在的问题
    1.6 研究思路与内容
        1.6.1 研究思路
        1.6.2 研究内容
第二章 转炉热焖钢渣的矿物特征及粉磨特性
    2.1 原材料与试验方法
        2.1.1 试验原材料
        2.1.2 试验方法
    2.2 钢渣的化学构成特征
        2.2.1 氧化物
        2.2.2 游离氧化钙和氧化镁
        2.2.3 铁物相的构成
    2.3 钢渣矿物相组成及特征
        2.3.1 矿物相的XRD分析
        2.3.2 硅酸盐矿物相的含量
        2.3.3 矿物相的显微形貌图像
        2.3.4 钢渣矿物相的分析与识别
        2.3.5 钢渣矿物相的表面硬度
    2.4 转炉热焖钢渣的粉磨特征
        2.4.1 钢渣粉的细度随粉磨时间的变化
        2.4.2 钢渣粉的粒径分布随粉磨时间的变化
        2.4.3 钢渣的粉体流动性随粉磨时间的变化
        2.4.4 钢渣粉的堆积密度随粉磨时间的变化
        2.4.5 钢渣在粉磨中的机械力化学效应分析
    2.5 钢渣的矿物特征对其粉磨性能的影响
        2.5.1 铁矿物相对钢渣粉磨性能的影响
        2.5.2 钢渣在粉磨中的难磨相的确定
        2.5.3 钢渣的相对易磨性
    2.6 本章小结
第三章 有机助磨剂对钢渣的助磨效果及作用规律
    3.1 试验参数及有机助磨剂的确定
        3.1.1 钢渣粉磨时间的确定
        3.1.2 助磨剂的选择依据
        3.1.3 助磨剂掺量的确定
    3.2 一元羟基有机物对钢渣的助磨作用
        3.2.1 对钢渣粉筛余量的影响
        3.2.2 对钢渣粉比表面积的影响
        3.2.3 对钢渣粉粒径分布的影响
        3.2.4 对钢渣粉体流动性的影响
        3.2.5 小结
    3.3 二元羟基有机物对钢渣的助磨作用
        3.3.1 对钢渣粉筛余量的影响
        3.3.2 对钢渣粉比表面积的影响
        3.3.3 对钢渣粉粒径分布的影响
        3.3.4 对钢渣粉体流动性的影响
        3.3.5 讨论与小结
    3.4 三元及多元羟基有机物对钢渣的助磨作用
        3.4.1 对钢渣粉筛余量的影响
        3.4.2 对钢渣粉粒径分布的影响
        3.4.3 对钢渣粉体流动性的影响
        3.4.4 小结
    3.5 羟胺基有机物对钢渣的助磨作用
        3.5.1 对钢渣粉筛余量的影响
        3.5.2 对钢渣粉粒径分布的影响
        3.5.3 对钢渣粉体流动性的影响
        3.5.4 小结
    3.6 有机助磨剂的构效关系讨论
    3.7 粉磨时间对有机物助磨作用效果的影响
        3.7.1 筛余量
        3.7.2 粒径分布
        3.7.3 粉体流动性
        3.7.4 讨论
    3.8 本章小结
第四章 钢渣粉的胶凝性能及水化硬化特征
    4.1 原材料与试验方法
        4.1.1 试验原材料
        4.1.2 试验方法
    4.2 拌合水及石膏对钢渣粉水化硬化性能的影响
        4.2.1 水化热
        4.2.2 水化产物形貌
        4.2.3 非蒸发水含量
        4.2.4 强度
    4.3 钢渣粉粒径大小对其水化硬化性能的影响
        4.3.1 水化热
        4.3.2 水化产物组成
        4.3.3 水化产物形貌
        4.3.4 非蒸发水含量和Ca(OH)2含量
        4.3.5 强度
    4.4 钢渣与水泥水化硬化特征的比较
        4.4.1 水化热
        4.4.2 水化产物
        4.4.3 非蒸发水含量和Ca(OH)2含量
        4.4.4 强度
    4.5 钢渣的胶凝能力和水化动力学方程
        4.5.1 胶凝能力
        4.5.2 水化动力学方程
    4.6 本章小结
第五章 钢渣基辅助胶凝材料复合微粉的组成与性能
    5.1 原材料与试验方法
        5.1.1 试验原材料
        5.1.2 试验方法
    5.2 钢渣-矿渣复合微粉的胶凝性能
        5.2.1 强度
        5.2.2 水化产物的XRD分析
        5.2.3 非蒸发水含量
    5.3 钢渣-粉煤灰复合微粉的胶凝性能
        5.3.1 强度
        5.3.2 水化产物的XRD分析
        5.3.3 非蒸发水含量
    5.4 钢渣-石英复合微粉的胶凝性能
        5.4.1 强度
        5.4.2 水化产物的XRD分析
        5.4.3 非蒸发水含量
    5.5 钢渣-硅灰复合微粉的胶凝性能(水胶比为 0.5)
        5.5.1 强度
        5.5.2 水化产物的XRD分析
        5.5.3 非蒸发水含量
    5.6 本章小结
第六章 钢渣-水泥复合胶凝材料的组成与性能
    6.1 原材料与试验方法
        6.1.1 试验原材料
        6.1.2 试验方法
    6.2 钢渣-硅酸盐水泥复合胶凝材料的组成与性能
        6.2.1 钢渣粉掺量对复合水泥水化硬化性能的影响
        6.2.2 钢渣粉粒径大小对复合水泥力学性能的影响
        6.2.3 钢渣粉粒径分布与复合水泥力学性能的灰色关联分析
    6.3 钢渣粉对复合硅酸盐水泥的作用贡献
        6.3.1 钢渣粉对复合水泥的填充效应
        6.3.2 钢渣粉对复合水泥的化学作用—水化程度的贡献
        6.3.3 钢渣粉对复合水泥作用的综合表现—强度贡献
    6.4 钢渣-硫铝酸盐水泥复合胶凝材料的组成与性能
        6.4.1 钢渣-硫铝酸盐水泥复合胶凝材料的力学性能
        6.4.2 钢渣-硫铝酸盐水泥复合胶凝材料的水化产物
        6.4.3 钢渣-硫铝酸盐水泥复合胶凝材料的非蒸发水含量
        6.4.4 钢渣-硫铝酸盐水泥复合胶凝材料的孔结构
    6.5 钢渣-铝酸盐水泥复合胶凝材料的组成与性能
        6.5.1 钢渣-铝酸盐水泥复合胶凝材料的力学性能
        6.5.2 钢渣-铝酸盐水泥复合胶凝材料的水化产物
        6.5.3 钢渣-铝酸盐水泥复合胶凝材料的非蒸发水含量
        6.5.4 钢渣-铝酸盐水泥复合胶凝材料的孔结构
    6.6 少量硅酸盐/硫铝酸盐/铝酸盐水泥对钢渣胶凝性能的影响比较
        6.6.1 强度比较
        6.6.2 水化产物的比较
        6.6.3 水化热的比较
        6.6.4 非蒸发水含量的比较
        6.6.5 孔结构的比较
    6.7 本章小结
第七章 钢渣的活性激发及其对复合胶凝材料性能的影响
    7.1 钢渣的超细粉磨对其活性的提高及复合水泥性能的影响
        7.1.1 UFSS的水化硬化性能
        7.1.2 UFSS掺量对复合硅酸盐水泥性能的影响
        7.1.3 不同水胶比下UFSS对复合硅酸盐/硫铝酸盐水泥性能的影响
        7.1.4 UFSS的活性指数
    7.2 化学激发剂对钢渣粉及其复合水泥性能的影响
        7.2.1 化学激发剂对钢渣粉水化硬化性能的影响
        7.2.2 化学激发剂对钢渣复合水泥性能的影响
        7.2.3 化学激发剂对钢渣粉活性指数的影响
    7.3 热养护对钢渣粉活性的激发及其复合胶凝材料性能的影响
        7.3.1 热养护对钢渣粉胶凝强度的影响
        7.3.2 热养护对钢渣-矿渣复合粉胶凝强度的影响
        7.3.3 热养护对钢渣复合水泥力学性能的影响
    7.4 复合激发方式对钢渣粉及其复合水泥性能的影响
        7.4.1 复合激发对钢渣粉胶凝强度的影响
        7.4.2 复合激发对钢渣复合水泥力学性能的影响
        7.4.3 复合激发对钢渣粉活性指数的影响
    7.5 本章小结
第八章 基于Fuller模型的三组分高性能钢渣复合水泥的研究
    8.1 Fuller分布模型
    8.2 “Fuller-SS-S-C水泥”的组成模型
    8.3 “Fuller-SS-S-C水泥”的制备与性能研究
        8.3.1 “Fuller-SS-S-C水泥”的制备
        8.3.2 “Fuller-SS-S-C水泥”的物理力学性能
        8.3.3 “Fuller-SS-S-C水泥”的水化热
        8.3.4 “Fuller-SS-S-C水泥”的水化程度
        8.3.5 “Fuller-SS-S-C水泥”的孔结构
    8.4 本章小结
第九章 结论与展望
    9.1 研究结论
    9.2 创新点
    9.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
在学期间发表的学术论文
在学期间参加科研项目
在学期间获得的国家发明专利
主要获奖


【参考文献】:
期刊论文
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[2]钢渣的胶凝活性及其激发的研究进展[J]. 孙朋,郭占成.  硅酸盐通报. 2014(09)
[3]二氧化硅改性钢渣易磨性的研究[J]. 吴六顺,周云,王珏,王海川,董元篪.  炼钢. 2014(02)
[4]转炉钢渣粉粒度分布的分形特征[J]. 贺图升,赵旭光,赵三银,黎载波,杜华机.  硅酸盐通报. 2013(11)
[5]转炉钢渣基础性能及综合利用分析[J]. 赵福才,巨建涛,廖杰龙,孔维明,党要均.  钢铁研究学报. 2013(11)
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博士论文
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[7]含钢渣粉掺合料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究[D]. 李永鑫.中国建筑材料科学研究院 2003
[8]粉煤灰机械研磨中物理与机械力化学现象的研究[D]. 王晓钧.南京工业大学 2003

硕士论文
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[2]钢渣的活性激发及资源化利用[D]. 温建.中南大学 2013
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[4]低碳双掺钢渣混凝土的试验研究[D]. 李翔.西安建筑科技大学 2013
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[7]掺钢渣混凝土早龄期开裂敏感性研究[D]. 高成明.山东科技大学 2009
[8]转炉钢渣的理化性质及资源化研究[D]. 李伟峰.北京化工大学 2008
[9]钢渣矿粉的制备及其在水泥混凝土中的应用研究[D]. 朱航.武汉理工大学 2006
[10]钢渣的机械力化学效应研究[D]. 温金保.南京工业大学 2003



本文编号:3444968

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