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利用转炉渣制备水泥和免蒸免烧砖的实验研究

作　者: 赵志春
导　师: 杨合
学　校: 东北大学
专　业: 环境科学
关键词: 转炉渣水泥免蒸免烧砖抗压强度
分类号: X757
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

转炉渣作为炼钢工艺过程中必然的副产品,其产量随着钢产量的增加大幅攀升,而转炉渣回收利用的方法和能力极其有限。因此,如何有效地综合利用这些转炉渣,对进一步促进我国钢铁工业持续高效地发展具有重要意义。本文利用转炉渣、铁尾矿、粉煤灰为主要原料制备了水泥和免蒸免烧砖建筑材料。采用XRD、显微镜等测试技术对材料的物相组成和显微结构等进行研究。首先,以转炉渣为主要综合利用对象,作为水泥原料和混合材料,采用烧结法制备了硅酸盐水泥,并测定其力学性能,分析了转炉渣作为原料时,对水泥制品性能产生的作用及其作用机理。实验结果表明：①转炉渣作原料时,制备硅酸盐水泥的最优实验方案为：转炉渣3%、铁尾矿3.5%、粉煤灰16%、石灰石77.5%,此时,IM=1.58、KH=0.88、SM=2.11；煅烧工艺为1350℃下保温2h；冷却方式为水淬急冷；石膏的加入量为水泥的3.5%。②转炉渣作混合材料时,当加入6%和10%转炉渣时,并没有使各龄期抗压强度产生明显下降,而当转炉渣掺量由0%增加到15%时,28d抗压强度由73.28Mpa降到47.83Mpa,降幅为34.7%,雷式夹的变化长度由1.5mm增大到3.5mm,凝结时间随转炉渣加入量的增大而延长；虽然转炉渣的加入引起各力学性能的变化,但均符合国家标准,属合格产品。其次,以转炉渣、铁尾矿、粉煤灰为主要原料,制备了新型墙体材料--免蒸免烧砖。采用正交实验考察粉煤灰、石灰、水泥和石膏四种因素对抗压强度影响的主次关系。进一步采用转炉渣替代实验、水泥用量实验确定免蒸免烧砖作结构材料时的配料方案,对免蒸免烧砖的性能进行了测试。研究了成型压力及养护时间等因素对免蒸免烧砖抗压强度的影响,分析了免蒸免烧砖强度的产生机理。实验结果表明：正交实验中,粉煤灰、石灰、水泥、石膏四种因素对抗压强度影响的主次关系为：水泥>石膏>粉煤灰>石灰；转炉渣替代实验可知,当转炉渣替代铁尾矿的百分含量为40%时,免蒸免烧砖的7d和28d抗压强度较高,分别为15.7Mpa,34.9Mpa;减少水泥用量实验可知,当水泥用量减少至2%时,其28d抗压强度为16.8Mpa,已达到MU15,免蒸免烧砖的抗压强度随水泥用量的增加而逐渐增大,最大值到达35.0 Mpa,因此,可以采用不同配料方案制备标号MU15～MU25的免蒸免烧砖；综合考虑个影响因素,当免蒸免烧砖作结构材料时的最优配料方案为：转炉渣26.8%、铁尾矿34.2%、粉煤灰10%、石灰12%、水泥16%、石膏1%；成型压力为20Mpa；测得试样体积密度平均值为1.96×103kg/m3；选用4种不同外加剂：木质素磺酸钙、萘系高效减水剂、氯化钙和硫酸钠,考察其对免蒸免烧砖抗压强度的影响,结果表明萘系高效减水剂免蒸免烧砖的抗压强度提高最为显著,当加入水泥用量1%的萘系高效减水剂时,免蒸免烧砖的7d抗压强度提高率达到了18.7%,28d抗压强度提高率达到6.9%；免蒸免烧砖经过15次冻融循环,平均抗压强度损失率为1.96%,平均质量损失率为0.67%,抗冻性能良好；吸水率平均值为9.7%,表明免蒸免烧砖孔隙率较少,内在质量较好；免蒸免烧砖的抗压强度随着成型压力的增大而增大；随养护时间的延长而增大。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-25
  1.1 转炉渣的概况  12-14
    1.1.1 转炉渣的形成  12
    1.1.2 转炉渣的矿物组成和化学组成  12-13
    1.1.3 国内外主要钢渣处理方法  13-14
  1.2 转炉渣的综合利用  14-18
    1.2.1 转炉渣综合利用的几种途径  14-16
    1.2.2 国内外钢渣综合利用现状  16-17
    1.2.3 转炉渣综合利用存在的问题和发展方向  17-18
  1.3 水泥概述  18-21
    1.3.1 新型水泥的研究现状  18-19
    1.3.2 水泥产业的发展方向  19-20
    1.3.3 存在的问题  20-21
  1.4 新型墙体砖概述  21-23
    1.4.1 新型墙体砖研制现状  21-22
    1.4.2 免烧砖的发展  22-23
    1.4.3 工业废渣免烧砖的优缺点  23
  1.5 本课题的提出及主要研究内容  23-25
    1.5.1 本课题的提出  23
    1.5.2 本课题研究内容  23-24
    1.5.3 本课题创新点  24-25
第2章实验原料及方法  25-34
  2.1 实验原料  25-30
    2.1.1 转炉渣  25-26
    2.1.2 铁尾矿  26-27
    2.1.3 粉煤灰  27-28
    2.1.4 其它原料  28-30
  2.2 实验方案和工艺路线  30-31
    2.2.1 制备水泥实验方案和工艺路线  30
    2.2.2 制备免蒸免烧砖实验方案和工艺路线  30-31
  2.3 测试方法  31-34
第3章利用转炉渣制备水泥的实验研究  34-48
  3.1 实验过程  34-35
  3.2 生料配料方法  35-36
  3.3 转炉渣为原料制备水泥  36-43
    3.3.1 原料配比  36
    3.3.2 实验现象及分析  36-39
    3.3.3 微观分析  39-43
  3.4 转炉渣为混合材料制备水泥  43-45
    3.4.1 转炉渣混合材料对水泥安定性的影响  43-44
    3.4.2 转炉渣混合材料对水泥凝结时间的影响  44-45
    3.4.3 转炉渣混合材料对水泥抗压强度的影响  45
  3.5 转炉渣在水泥熟料形成过程中的作用机理分析  45-47
    3.5.1 转炉渣降低生料中碳酸盐开始大量分解温度的机理  46
    3.5.2 转炉渣降低熟料热耗的机理分析  46
    3.5.3 钢渣中主要低含量元素作用分析  46-47
  3.6 小结  47-48
第4章利用转炉渣制备免蒸免烧砖的实验研究  48-65
  4.1 原料组成设计  48-55
    4.1.1 正交实验确定基础配方  48-52
    4.1.2 转炉渣替代实验  52-53
    4.1.3 水泥用量实验  53-55
  4.2 性能测定  55-60
    4.2.1 冻融实验  56
    4.2.2 体积密度  56
    4.2.3 外加剂实验  56-57
    4.2.4 成型压力对制品性能的影响  57-58
    4.2.5 吸水率和饱和系数  58-59
    4.2.6 抗压强度随龄期发展  59-60
  4.3 XRD分析  60
  4.4 强度产生机理分析  60-62
    4.4.1 物理机械作用  61
    4.4.2 水化机理  61-62
    4.4.3 颗粒表面的离子交换和团粒化作用  62
    4.4.4 各相间的界面反应  62
  4.5 小结  62-65
第5章结论  65-67
参考文献  67-70
致谢  70

利用转炉渣制备水泥和免蒸免烧砖的实验研究

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