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钢渣—矿渣基胶凝材料的研究

作　者: 李倩
导　师: 赵风清
学　校: 河北科技大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 钢渣矿渣胶凝材料助磨剂激发剂耐久性
分类号: X75
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

利用工业固体废弃物制备的胶凝材料具有较好的物理力学性能和优良的耐久性能，它集节能、利废、环保为一体，属绿色建材范畴，已成为当今胶凝材料领域的研究热点和发展方向。钢渣、粒化高炉矿渣作为我国当前排放的大宗工业废渣，具有潜在水硬性，因其活性较难激发而制约了在水泥领域的广泛使用。本文基于协同作用的思想，以钢渣、粒化高炉矿渣为主要原料，通过物理、化学联合激发技术制备低碱度钢渣-矿渣基胶凝材料（SSC）。通过研究钢渣、矿渣原材料的粉磨性能，开发出KD复合助磨剂，用于制备高活性钢渣及矿渣微粉。结果表明：钢渣-矿渣体系强度的显著影响因素为钢渣、矿渣微粉的比表面积和颗粒大小，尤其是小于1μm的钢渣颗粒和小于3μm的矿渣颗粒贡献最大。确定了钢渣、矿渣的最佳粉磨时间分别为50min和80min，此时钢渣、矿渣的比表面积分别达到了486.2m2/kg、436.9m2/kg，小于1μm的钢渣和小于3μm的矿渣颗粒含量分别为57.15%和79.95%。通过研究不同化学激发剂对钢渣-矿渣体系性能的影响。采用正交实验方法，开发了专用复合激发剂HQ，其配比为：改性脱硫石膏65%、熟料13%、氢氧化钙4%、甲酸钙13%、速溶硅酸钠2%、早强减水剂3%。在此基础上制备了低碱度钢渣-矿渣基胶凝材料，确定了最佳物料配比：钢渣40.45%，矿渣40.45%，HQ复合激发剂19.1%。产品达到GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中普通硅酸盐水泥42.5强度等级，其标准稠度需水量、凝结时间以及安定性等物理指标均合格。为了探究KD复合助磨剂的助磨效果，本文借助XRD、FI-IR以及SEM等仪器对其进行分析测试。结果表明，KD复合助磨剂中存在多种官能团的相互协同作用，这使其助磨性能明显优于市售常用的三乙醇胺助磨剂。另外，通过XRD和SEM对HQ复合激发剂的激发机理和钢渣-矿渣基胶凝材料的水化机理进行了分析探讨。该体系的主要水化产物为钙矾石以及水化硅酸钙、水化铝酸钙等凝胶类物质，而体系中存在的原料间的协同作用、复合激发剂中多组分的复合效应、水化产物之间以及水化产物与未水化的颗粒之间的组合作用是强度形成和发展的主要原因。耐久性是评价胶凝材料性能的重要指标，本文对钢渣-矿渣基胶凝材料的长龄期强度、干收缩、抗渗性、抗冻性、抗碳化性以及抗硫酸盐侵蚀性能进行了测试。结果显示，除其抗碳化性稍差外，其他性能均优于普通硅酸盐水泥，表明钢渣-矿渣基胶凝材料耐久性能优良，因此可替代普通硅酸盐水泥应用于一般建筑工程。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 钢渣、矿渣制备胶凝材料的理论基础  10-12
    1.1.1 钢渣、矿渣的组成与胶凝性能  10-11
    1.1.2 钢渣、矿渣的活性激发  11-12
  1.2 钢渣、矿渣制备胶凝材料的国内外研究历史及现状  12-16
    1.2.1 钢渣、矿渣制备胶凝材料的沿革  12
    1.2.2 钢渣、矿渣制备胶凝材料的国内外研究现状  12-16
  1.3 存在的问题  16
  1.4 研究目的及内容  16-17
第2章实验部分  17-24
  2.1 主要原材料及基本性能  17-19
    2.1.1 钢渣  17
    2.1.2 矿渣  17-18
    2.1.3 石膏  18
    2.1.4 水泥熟料  18-19
  2.2 实验设备  19-20
  2.3 实验方法及表征手段  20-24
    2.3.1 筛余测定  20
    2.3.2 密度测定  20
    2.3.3 比表面积测定  20
    2.3.4 粒度分布测定  20-21
    2.3.5 红外光谱（FI-IR）分析  21
    2.3.6 X-射线衍射（XRD）分析  21
    2.3.7 扫描电子显微镜（SEM）分析  21
    2.3.8 胶凝材料的物理性能测试  21-22
    2.3.9 胶凝材料的耐久性试验  22-24
第3章高活性钢渣、矿渣微粉的制备研究  24-43
  3.1 钢渣、矿渣微粉活性的评定  24-27
    3.1.1 45 μm 筛余与胶凝材料早期强度的相关性  24-25
    3.1.2 比表面积与胶凝材料早期强度的相关性  25-26
    3.1.3 0 μm~10 μm 粒度分布与胶凝材料早期强度的相关性  26-27
  3.2 钢渣、矿渣助磨剂的选择  27-38
    3.2.1 助磨剂选择依据  27-28
    3.2.2 助磨剂的掺量  28
    3.2.3 单组份助磨剂的筛选  28-33
    3.2.4 KD 复合助磨剂的开发  33-38
  3.3 钢渣、矿渣粉磨时间的确定  38-41
    3.3.1 粉磨时间对钢渣、矿渣细度的影响  38-39
    3.3.2 粉磨时间对胶凝体系强度的影响  39-40
    3.3.3 钢渣、矿渣粉磨时间的协同组合  40-41
  3.4 本章小结  41-43
第4章钢渣-矿渣基胶凝材料的配方设计  43-54
  4.1 单因素探索实验  43-49
    4.1.1 钢渣、矿渣配合比  43
    4.1.2 碱类激发剂  43-45
    4.1.3 石膏类激发剂  45-47
    4.1.4 钙、镁盐类激发剂  47-48
    4.1.5 可溶性无机盐类激发剂  48
    4.1.6 减水剂类助剂  48-49
  4.2 正交实验  49-53
    4.2.1 正交实验方案  49-50
    4.2.2 正交实验结果分析  50-53
    4.2.3 验证实验  53
  4.3 本章小结  53-54
第5章胶凝材料水化机理分析  54-59
  5.1 水化产物分析  54-55
    5.1.1 水化产物的 XRD 分析  54-55
    5.1.2 水化产物的 SEM 分析  55
  5.2 水化硬化机理分析  55-57
  5.3 本章小结  57-59
第6章钢渣-矿渣基胶凝材料的耐久性研究  59-67
  6.1 长龄期强度发展  59-60
  6.2 干燥收缩性能  60
  6.3 抗渗透性能  60-61
  6.4 抗冻性能  61-62
  6.5 抗碳化性能  62-64
  6.6 抗硫酸盐侵蚀性能  64-65
  6.7 本章小结  65-67
结论  67-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间所发表的论文  74-75
致谢  75

钢渣—矿渣基胶凝材料的研究

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