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自燃煤矸石—矿渣—粉煤灰地质聚合物配体优化研究

作　者: 李再文
导　师: 周梅
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 结构工程
关键词: 自燃煤矸石地质聚合物正交设计二次响应曲面设计胶砂强度
分类号: TU52
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

地质聚合物作为一种新型绿色胶凝材料，由于其具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀、耐高温等诸多特性，且多种富含活性硅铝成分的固体废弃物，如矿渣、粉煤灰和煤矸石等均可作为地质聚合物的主要原料，实现“灰色”水泥向“绿色”的转变，因此备受关注，已经成为研究热点。本文是国家自然科学基金煤炭联合项目《煤矸石在水泥和混凝土资源化利用中关键科学问题研究》（U1261122）的子项目，所有研究成果都是在该基金的资助下完成并取得的。本文以大宗固体废弃物煤矸石、矿渣和粉煤灰为主要原材料，采用碱激活的方式制备地质聚合物，重点研究碱激活配体的优化。首先进行激发剂品种、激发剂掺量和水玻璃模数三因素、四水平的正交试验，研究三因素对自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度的影响及规律，以此确定激发剂品种、水玻璃模数以及较优的配体参数取值范围；然后利用二次响应曲面中的中心组合设计以水玻璃模数和配体掺量为变量，实现自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物配体的最优化，并建立胶砂强度与水玻璃模数和配体掺量的回归方程；最后对最优配合比进行细度、凝结时间、体积安定性及水化热等主要技术性质的检测。具体研究内容和结果如下:(1)正交试验结果表明：自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物最优的配合比为水玻璃模数为1.0，配体掺量20%(占胶凝材料)。激发剂品种对自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度影响最大，水玻璃模数和配体掺量对胶砂强度的影响也比较显著。配体掺量对地质聚合物的工作性影响最大。(2)二次响应曲面试验表明：自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度随着水玻璃模数的降低而提高，随着配体掺量的增加而增加。当水玻璃模数为1.0、配体掺量为20%时，胶砂28d抗折强度达到7.55MPa、抗压强度达到56.52MPa。但是当水玻璃模数低于1.0时会出现不溶性沉淀物，所以水玻璃模数不能低于1.0。配体掺量超过20%时胶砂明显粘稠，不利满足施工对拌合物的工作性要求。(3)其他技术性能测定结果显示：自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物各项指标皆符合GB175-1999的国家标准。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-20
  1.1 自燃煤矸石简介  12-14
    1.1.1 自燃煤矸石造成的危害  12
    1.1.2 自燃煤矸石矿物组成  12-13
    1.1.3 自燃煤矸石产生的原因  13-14
  1.2 地质聚合物简介  14-17
    1.2.1 地质聚合物的概述  14
    1.2.2 地质聚合物的性能  14-16
    1.2.3 地质聚合物的用途  16-17
  1.3 地质聚合物的研究现状  17-18
    1.3.1 国外研究现状  17-18
    1.3.2 国内研究现状  18
  1.4 课题的提出、研究意义以及研究内容  18-20
    1.4.1 课题的提出  18-19
    1.4.2 研究意义  19
    1.4.3 研究内容  19-20
2 试验材料与试验方法  20-29
  2.1 试验原材料  20-24
  2.2 试验设备  24-26
  2.3 试验方法  26-29
    2.3.1 正交设计  26-27
    2.3.2 响应曲面设计  27-29
3 基于正交试验的自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物配体优化研究  29-40
  3.1 试验方案  29-30
  3.2 试验步骤与试验结果  30-33
    3.2.1 试件的成型与养护  30-31
    3.2.2 强度测试与试验结果  31-33
  3.3 正交试验的结果分析  33-36
    3.3.1 极差分析  33-35
    3.3.2 方差分析  35-36
  3.4 影响因素分析  36-39
    3.4.1 水玻璃模数对胶砂强度的影响  36-37
    3.4.2 激发剂掺量对胶砂强度的影响  37
    3.4.3 激发剂种类对胶砂强度的影响  37-39
  3.5 本章小结  39-40
4 基于响应曲面法对激发剂配合比的优化  40-53
  4.1 试验方案  40-43
    4.1.1 二次响应曲面试验设计  40-41
    4.1.2 试验结果  41-43
  4.2 建立回归方程  43-48
    4.2.1 3d 抗折强度的回归分析  43-44
    4.2.2 3d 抗压强度的回归分析  44-45
    4.2.3 28d 抗折强度回归分析  45-46
    4.2.4 28d 抗压强度的回归分析  46-48
  4.3 回归方程检验  48-52
    4.3.1 3d 抗折强度回归方程显著性检验  48
    4.3.2 3d 抗压强度回归方程显著性检验  48-49
    4.3.3 28d 抗折强度回归方程显著性检验  49
    4.3.4 28d 抗压强度回归方程显著性检验  49-50
    4.3.5 胶砂最优强度与最优因素分析  50-52
  4.4 本章小结  52-53
5 自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的主要技术性能  53-61
  5.1 硅酸盐水泥的主要技术性能  53-54
  5.2 自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的主要技术性能  54-60
    5.2.1 细度  54-55
    5.2.2 凝结时间  55-58
    5.2.3 胶砂强度  58
    5.2.4 体积安定性  58-60
  5.3 本章小结  60-61
6 结论与展望  61-63
  6.1 结论  61-62
  6.2 展望  62-63
参考文献  63-66
作者简历  66-68
学位论文数据集  68-69

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