钢渣—粉煤灰—脱硫石膏复合胶凝体系的反应机制及应用研究
发布时间：2021-11-27 09:01
作为典型的的大宗工业废弃物,钢渣、粉煤灰、脱硫石膏等大量的排放和堆存对环境带来严重的危害。利用钢渣、粉煤灰、脱硫石膏制备无机胶凝材料以替代部分水泥用于工业生产,不仅可以促进工业固废的大规模处置,同时可以实现水泥减产降耗、节约成本等目的。本文采用超音速蒸汽粉碎机对粉煤灰和钢渣进行超微粉磨,通过理论分析与实验研究,探讨了粉煤灰、钢渣的超微粉化作用机理和其对胶凝材料的增强作用机制。同时选用所制备的钢渣超微粉、粉煤灰超微粉为主要胶凝材料,脱硫石膏微粉作为辅助胶凝材料和活性激发剂,设计一种钢渣-粉煤灰-脱硫石膏（SS-FA-DG）全固废三元胶凝体系,对此胶凝体系的水化产物、反应机理、反应过程进行了重点研究。并通过养护条件优化、强化碳化实验,进一步提升了胶凝材料的力学性能。最后,在理论研究的基础上,初步探索了SS-FA-DG全固废三元胶凝体系在高性能免烧透水砖方面的工程应用。主要工作和结论如下:（1）对比研究了流化床粉煤灰（CFBFA）和煤粉炉粉煤灰（PCFA）在超微粉磨前后的特性变化。结果表明,粉煤灰的超微粉化不仅使得其比表面积的增加,而且导致了粉煤灰中硅铝酸盐矿物的结晶度和阴离子聚合度的降低。...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本课题研究的技术路线图
钢渣-粉煤灰-脱硫石膏复合胶凝体系的反应机制及应用研究18模具（图2.1）中，在液压机（TYA-2000）装置上静压成型，成型压力为20MPa，稳压时间2min。成型后的粉煤灰-水泥试块被放入标准养护箱，在温度为20℃，湿度为98％的条件下进行养护。分别测定试块在养护3天、7天、28天的抗压强度，抗压强度测试方法参照“GBT17671-1999水泥胶砂强度检验方法”。根据标准“GB/T4111-2013”测定养护28天的4种粉煤灰-水泥试块样品的吸水率。图2.1成型模具示意图Fig.2.1theschematicofthemold2.1.3分析表征使用激光粒度测试仪（LSA,S/N42027,AnkersmidEyetech）分别测定超微粉磨前后两种粉煤灰的粒度分布特性。测试条件为：采用无水乙醇作为分散介质；测试样品与分散介质的比例为0.1mg:1ml；通过超声装置对样品超声分散10min后进行测试。依照标准《GB/T8074-2008》分别测定超微粉磨前后两种粉煤灰的比表面积，测定方法为勃氏法。使用X射线衍射仪（XRD，D2PHASER，Bruker，CuKa靶源，电压为30Kv，电流为10mA，以10°/min的速度扫描，扫描范围在10-80°，步长为0.02°）测定四个粉煤灰样品的矿物组成；采用扫描电子显微镜（SEM,JSM-670F，JEOL）测定四个粉煤灰样品的微观形貌。实验样品在测试前，其表面经过喷金处理。采用傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR,PerkinElmer,Spectrum2）测定四个粉煤灰样品的化学基团种类和分子键结构的变化。测试范围为400-4000cm-1，连续扫描200次，样品采用KBr压片法制备而成。使用热重分析仪（TGA，PerkinElmerPyris1）分别测定养护3天和28天粉煤灰-水泥试块的热失重特性，设定加热速率为10℃/min，测试温度范围为
第二章粉煤灰的超微粉磨特性及对水泥胶凝体系的影响研究1950-800℃。分析仪使用氮气用作吹扫气体，流速为90ml/min，气压为0.1-0.2MPa。2.2结果与讨论2.2.1粉煤灰超微粉的特性研究2.2.1.1粒度分度和比表面积图2.2为O-CFBFA、O-PCFA、UF-CFBFA和UF-PCFA的粒径分布曲线，表2.2列出了四种粉煤灰的粒径特征参数和比表面积。由表2.2可以看出，O-CFBFA和O-PCFA的中位径（D50）分别为30.50μm和39.72μm，比表面积分别为360m2/kg和310m2/kg。UF-CFBFA和UF-PCFA的D50分别为4.04μm和5.32μm，比表面积分别为660m2/kg和610m2/kg。实验结果表明，粉煤灰的超微粉磨导致了粉煤灰的粒径减小，比表面积增大。粉煤灰粒度的减少使得粉煤灰中大颗粒的数目降低，细小颗粒数目增加，从而提高了粉煤灰颗粒的润滑作用和均化作用，利于显现粉煤灰的物理活性。而粉煤灰的比表面积的增加，显著增加了其在化学反应的有效接触面积和反应过程中分子的有效碰撞频率，加速粉煤灰的化学反应，利于显现粉煤灰的化学活性。另外，表2.2数据表明，粉煤灰经过超微粉磨后，粒径分布的标准偏差（STD）由约15.8μm变为约3.4μm，这说明粉煤灰超微粉的粒度分布范围更小，粉煤灰超微粉的性质较为稳定，从而也保证了其制品性能的稳定性。图2.2粉煤灰的粒度分布曲线Fig.2.2Particlesizedistributioncurveofflyash
【参考文献】：
期刊论文
[1]Activation mechanisms on potassium hydroxide enhanced microstructures development of coke powder[J]. Xiaojing Chen,Huirong Zhang,Yanxia Guo,Yan Cao,Fangqin Cheng. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020(01)
[2]粉煤灰综合利用与提质技术研究进展[J]. 黄根,王宾,徐宏祥,邓久帅. 矿产保护与利用. 2019(04)
[3]粉煤灰综合利用研究进展[J]. 侯芹芹,张创,赵亚娟,赵彬. 应用化工. 2018(06)
[4]关于《中华人民共和国环境保护税法》研究及对涂料行业的影响初探[J]. 高美平,聂磊,齐祥昭,邵霞. 中国涂料. 2018(01)
[5]钢渣替换骨料对混凝土的力学性能及耐水性影响[J]. 张忠哲,冯勇,晋强,何金春,刘慧. 混凝土. 2017(05)
[6]养护制度对粉煤灰水化产物的影响[J]. 钟军超,韩涛,靳秀芝,渠永平,王慧奇,王彩萍. 无机盐工业. 2017(04)
[7]钢渣超微粉理化特性[J]. 姚星亮,廖洪强,宋慧平,程芳琴. 钢铁研究学报. 2017(03)
[8]超细粉碎方式对超净煤分选效果的影响[J]. 赵静,付晓恒,王婕,宋国阳,王锴. 煤炭学报. 2016(12)
[9]掺超细循环流化床粉煤灰的水泥性能试验研究[J]. 任才富,王栋民,郑大鹏,李端乐,王奕仁. 矿业科学学报. 2016(01)
[10]石灰重构钢渣过程中的物相变化[J]. 殷素红,高凡,郭辉,杨旭. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(06)
博士论文
[1]钢渣的粉磨/水化特征及其复合胶凝材料的组成与性能[D]. 赵计辉.中国矿业大学(北京) 2015
[2]钢渣—粉煤灰复合PRB介质修复地表水中典型污染物的研究[D]. 邱瑞芳.山西大学 2015
[3]流化床燃煤固硫渣特性及其建材资源化研究[D]. 王智.重庆大学 2002
硕士论文
[1]粉煤灰特性及其浮选法脱炭的试验研究[D]. 姚哲.西安科技大学 2010
本文编号：3521956
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本课题研究的技术路线图
钢渣-粉煤灰-脱硫石膏复合胶凝体系的反应机制及应用研究18模具（图2.1）中，在液压机（TYA-2000）装置上静压成型，成型压力为20MPa，稳压时间2min。成型后的粉煤灰-水泥试块被放入标准养护箱，在温度为20℃，湿度为98％的条件下进行养护。分别测定试块在养护3天、7天、28天的抗压强度，抗压强度测试方法参照“GBT17671-1999水泥胶砂强度检验方法”。根据标准“GB/T4111-2013”测定养护28天的4种粉煤灰-水泥试块样品的吸水率。图2.1成型模具示意图Fig.2.1theschematicofthemold2.1.3分析表征使用激光粒度测试仪（LSA,S/N42027,AnkersmidEyetech）分别测定超微粉磨前后两种粉煤灰的粒度分布特性。测试条件为：采用无水乙醇作为分散介质；测试样品与分散介质的比例为0.1mg:1ml；通过超声装置对样品超声分散10min后进行测试。依照标准《GB/T8074-2008》分别测定超微粉磨前后两种粉煤灰的比表面积，测定方法为勃氏法。使用X射线衍射仪（XRD，D2PHASER，Bruker，CuKa靶源，电压为30Kv，电流为10mA，以10°/min的速度扫描，扫描范围在10-80°，步长为0.02°）测定四个粉煤灰样品的矿物组成；采用扫描电子显微镜（SEM,JSM-670F，JEOL）测定四个粉煤灰样品的微观形貌。实验样品在测试前，其表面经过喷金处理。采用傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR,PerkinElmer,Spectrum2）测定四个粉煤灰样品的化学基团种类和分子键结构的变化。测试范围为400-4000cm-1，连续扫描200次，样品采用KBr压片法制备而成。使用热重分析仪（TGA，PerkinElmerPyris1）分别测定养护3天和28天粉煤灰-水泥试块的热失重特性，设定加热速率为10℃/min，测试温度范围为
第二章粉煤灰的超微粉磨特性及对水泥胶凝体系的影响研究1950-800℃。分析仪使用氮气用作吹扫气体，流速为90ml/min，气压为0.1-0.2MPa。2.2结果与讨论2.2.1粉煤灰超微粉的特性研究2.2.1.1粒度分度和比表面积图2.2为O-CFBFA、O-PCFA、UF-CFBFA和UF-PCFA的粒径分布曲线，表2.2列出了四种粉煤灰的粒径特征参数和比表面积。由表2.2可以看出，O-CFBFA和O-PCFA的中位径（D50）分别为30.50μm和39.72μm，比表面积分别为360m2/kg和310m2/kg。UF-CFBFA和UF-PCFA的D50分别为4.04μm和5.32μm，比表面积分别为660m2/kg和610m2/kg。实验结果表明，粉煤灰的超微粉磨导致了粉煤灰的粒径减小，比表面积增大。粉煤灰粒度的减少使得粉煤灰中大颗粒的数目降低，细小颗粒数目增加，从而提高了粉煤灰颗粒的润滑作用和均化作用，利于显现粉煤灰的物理活性。而粉煤灰的比表面积的增加，显著增加了其在化学反应的有效接触面积和反应过程中分子的有效碰撞频率，加速粉煤灰的化学反应，利于显现粉煤灰的化学活性。另外，表2.2数据表明，粉煤灰经过超微粉磨后，粒径分布的标准偏差（STD）由约15.8μm变为约3.4μm，这说明粉煤灰超微粉的粒度分布范围更小，粉煤灰超微粉的性质较为稳定，从而也保证了其制品性能的稳定性。图2.2粉煤灰的粒度分布曲线Fig.2.2Particlesizedistributioncurveofflyash
【参考文献】：
期刊论文
[1]Activation mechanisms on potassium hydroxide enhanced microstructures development of coke powder[J]. Xiaojing Chen,Huirong Zhang,Yanxia Guo,Yan Cao,Fangqin Cheng. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020(01)
[2]粉煤灰综合利用与提质技术研究进展[J]. 黄根,王宾,徐宏祥,邓久帅. 矿产保护与利用. 2019(04)
[3]粉煤灰综合利用研究进展[J]. 侯芹芹,张创,赵亚娟,赵彬. 应用化工. 2018(06)
[4]关于《中华人民共和国环境保护税法》研究及对涂料行业的影响初探[J]. 高美平,聂磊,齐祥昭,邵霞. 中国涂料. 2018(01)
[5]钢渣替换骨料对混凝土的力学性能及耐水性影响[J]. 张忠哲,冯勇,晋强,何金春,刘慧. 混凝土. 2017(05)
[6]养护制度对粉煤灰水化产物的影响[J]. 钟军超,韩涛,靳秀芝,渠永平,王慧奇,王彩萍. 无机盐工业. 2017(04)
[7]钢渣超微粉理化特性[J]. 姚星亮,廖洪强,宋慧平,程芳琴. 钢铁研究学报. 2017(03)
[8]超细粉碎方式对超净煤分选效果的影响[J]. 赵静,付晓恒,王婕,宋国阳,王锴. 煤炭学报. 2016(12)
[9]掺超细循环流化床粉煤灰的水泥性能试验研究[J]. 任才富,王栋民,郑大鹏,李端乐,王奕仁. 矿业科学学报. 2016(01)
[10]石灰重构钢渣过程中的物相变化[J]. 殷素红,高凡,郭辉,杨旭. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(06)
博士论文
[1]钢渣的粉磨/水化特征及其复合胶凝材料的组成与性能[D]. 赵计辉.中国矿业大学(北京) 2015
[2]钢渣—粉煤灰复合PRB介质修复地表水中典型污染物的研究[D]. 邱瑞芳.山西大学 2015
[3]流化床燃煤固硫渣特性及其建材资源化研究[D]. 王智.重庆大学 2002
硕士论文
[1]粉煤灰特性及其浮选法脱炭的试验研究[D]. 姚哲.西安科技大学 2010
本文编号：3521956
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