高鈣灰膠凝材料的制備與性能研究.pdf

1、我國(guó)每年近10億噸的水泥生產(chǎn)消耗大量資源和能源，使水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。利用工業(yè)廢渣作為水泥混合材和制備特殊功能膠凝材料是解決問題的有效途徑之一，不僅節(jié)約資源、能源，減少污染，還可以利用廢渣特性克服硅酸鹽水泥自身缺陷。論文依托國(guó)家“863”課題《低環(huán)境負(fù)荷型水泥及膠凝材料關(guān)鍵制備技術(shù)》，通過開發(fā)聯(lián)合激發(fā)技術(shù)，顯著提高高鈣灰安定性和早期活性，利用高鈣灰研制出系列42.5P.C水泥、高活性混凝土摻合料和新型長(zhǎng)效膨脹劑，并系統(tǒng)研究

2、其使用性能和耐久性能。 高鈣灰特性研究表明，除了組分含量波動(dòng)、f-CaO含量高以外，高鈣灰中粗顆粒含量高于低鈣灰4倍，粗顆粒中燒失量高于細(xì)顆粒1倍以上，而CaO含量低于細(xì)顆粒25％，顯著延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，摻50％高鈣原灰的復(fù)合水泥不能正常凝結(jié)。 利用煅燒磷石膏、干法電石渣、復(fù)合化學(xué)激發(fā)劑NF和機(jī)械活化等措施，研制出聯(lián)合激發(fā)技術(shù)對(duì)高鈣灰進(jìn)行改性，使安全摻量和制備42.5P.C水泥的最高摻量均由高鈣原灰的20％增加到50％。聯(lián)合

3、激發(fā)技術(shù)的化學(xué)激發(fā)機(jī)理是，煅燒石膏溶解度高及晶體結(jié)構(gòu)松弛，比天然石膏的活性激發(fā)效率高，但降低石膏的緩凝作用，與天然石膏混合既可提高活性又能保持緩凝作用；干法電石渣提供堿激發(fā)，促進(jìn)高鈣灰中硅、鋁玻璃體解聚，并克服高鈣灰對(duì)凝結(jié)時(shí)間的不利影響；硫酸鈉雖然早強(qiáng)作用明顯，但使后期強(qiáng)度倒縮，NF使各齡期活性都得到提高；磨細(xì)的物理激發(fā)使高鈣灰大顆粒中的CaO和富集碳組分被磨細(xì)、分散，活性增加而危害性降低。 首次提出“與水化程度相適應(yīng)的最緊密堆

4、積”模型概念；在現(xiàn)有“Stovall”數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過增加“水膜厚度”等參數(shù)，推導(dǎo)出適用于復(fù)合水泥顆粒設(shè)計(jì)的“最緊密堆積”模型,在“次第水化”理論指導(dǎo)下，優(yōu)化高鈣灰與其他工業(yè)廢渣的復(fù)合設(shè)計(jì)并制定高鈣灰系列復(fù)合水泥的制備技術(shù)路線。 運(yùn)用理論研究結(jié)果和聯(lián)合激發(fā)技術(shù)，采用20％-30％改性高鈣灰與30％-20％礦渣粉或鋼渣粉在年產(chǎn)120萬噸生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)42.5P.C水泥的工業(yè)化生產(chǎn)；實(shí)際生產(chǎn)改性高鈣灰混凝土摻合料2萬噸，活性指數(shù)達(dá)

5、到S95礦渣粉指標(biāo)，在不降低強(qiáng)度前提下等量替代20％-30％水泥生產(chǎn)混凝土25萬m3，混凝土的工作性明顯提高；實(shí)際應(yīng)用獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益。 利用高鈣灰、鋼渣和氟石膏含有多種膨脹源的特性開發(fā)出新型長(zhǎng)效膨脹劑WUT，使混凝土零收縮保持時(shí)間由UEA及CAS型膨脹劑的28d左右增加到90d，更有效地克服硅酸鹽水泥自身體積穩(wěn)定性差的缺陷；WUT產(chǎn)生長(zhǎng)效膨脹的機(jī)理是，高鈣灰中的f-CaO產(chǎn)生鈣礬石和羥鈣石膨脹，鋼渣中的f-CaO及MgO產(chǎn)生鈣

6、礬石和水鎂石膨脹，氟石膏產(chǎn)生石膏膨脹，不同膨脹發(fā)生的時(shí)期不同。 采用SEM、MIP、化學(xué)收縮、水化熱、電阻率等方法研究高鈣灰復(fù)合水泥的水化進(jìn)程。SEM和MIP分析表明，煅燒石膏與電石渣激發(fā)、NF激發(fā)和聯(lián)合激發(fā)使高鈣灰微珠表面水化產(chǎn)物反應(yīng)量依次提高、改善微孔結(jié)構(gòu)的作用依次增強(qiáng)，即激發(fā)程度依次提高，聯(lián)合激發(fā)技術(shù)促進(jìn)高鈣灰中的硅、鋁玻璃體與CH發(fā)生二次水化反應(yīng)；不同礦物復(fù)合的化學(xué)收縮大小順序?yàn)椋?20％改性高鈣灰+30％礦粉)＞(50

7、％改性高鈣灰)＞(20％鋼渣+30礦粉)≈(30％改性高鈣灰+20％鋼渣)＞(50％高鈣原灰)；高鈣灰復(fù)合水泥比硅酸鹽水泥7d內(nèi)的水化熱下降30％；采用水化熱-電阻率模型對(duì)比研究硅酸鹽水泥和50％高鈣原灰復(fù)合水泥的早期水化程度及初始結(jié)構(gòu)，證明水化熱和電阻率模型在揭示不同水泥初始結(jié)構(gòu)時(shí)存在不一致性，水化熱-電阻率模型更真實(shí)地揭示水泥初始水化與初始結(jié)構(gòu)關(guān)系。 耐久性研究表明，在90d齡期與普通硅酸鹽水泥相比，改性高鈣灰復(fù)合水泥的水化

8、產(chǎn)物CH含量下降55％-65％，大于50nm的少害孔及大于100nm的有害孔體積降低30％，干燥收縮降低15％，在約束狀態(tài)下的初始開裂時(shí)間推遲30-40h，按照ASTM1202測(cè)試的Cl-通電量降低50％，“飽鹽(NEL)”法測(cè)試的氯離子擴(kuò)散系數(shù)下降30％，新型溶液氣壓法測(cè)試的滲透深度降低50％。 開發(fā)新型制備裝置和方法，建立年產(chǎn)1萬噸改性高鈣灰的工業(yè)中試線；開發(fā)高靈敏度水泥漿體流動(dòng)性能的測(cè)試裝置及方法，用于最緊密堆積模型的驗(yàn)證