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粉煤灰表面预处理及其应用于制备复合水泥的研究

作　者: 张平平
导　师: 余其俊
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 粉煤灰脱水相粘接复合水泥耐久性
分类号: X773
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排放的一种工业废渣,是一种人造火山灰质材料。利用粉煤灰作为辅助性胶凝组分生产复合水泥,是其资源化利用的最有效途径之一。由于粉煤灰的火山灰活性较低其主要发生在水化后期,粉煤灰与水化产物间粘接较差,造成掺粉煤灰水泥的性能较差（特别是早期强度）,同时也限制了粉煤灰在水泥中的掺量。粉煤灰火山灰活性的发挥与其粒度和所处环境相关。本文研究了水化环境、粒度对粉煤灰活性的影响。针对粗颗粒粉煤灰活性很低的特点,利用水化产物脱水相再水化的原理,改善了粉煤灰表面的胶凝活性,并制备了大掺量辅助性胶凝材料、高性能复合水泥。本文的研究为低等级粉煤灰生产高效复合水泥提供了一条有效途径,对低等级粉煤灰的综合利用、水泥工业的节能减排、可持续发展具有巨大的经济价值和社会意义。研究了不同环境中粉煤灰水化活性的发挥情况。实验结果表明:粉煤灰-水及粉煤灰-饱和Ca（OH）₂溶液体系中,粉煤灰28d内几乎不水化。粉煤灰-CaO-水体系中,孔溶液中SiO₂和Al离子浓度较低,粉煤灰早期水化非常缓慢,粉煤灰28d水化程度仅为8.3%。粉煤灰-CaO-碱溶液体系中,孔溶液中SiO₂和Al离子的浓度显著增加,粉煤灰早期水化速度得到大幅度提高,水化主要发生在14d前。粉煤灰-5CaO-0.2 mol/L NaOH溶液体系中,粉煤灰28d水化程度达19.2%。研究了粉煤灰粒度区间与组成、性能之间的关系。结果表明:随着粉煤灰颗粒尺寸的减小,SiO₂和Fe2O3的含量明显降低,CaO、SO3和碱（K2O和Na2O）的含量显著增加。尽管细颗粒粉煤灰的碳含量很高,但其火山灰活性、活性指数远高于粗颗粒粉煤灰。粗颗粒粉煤灰（D50>15μm）的3d和28d活性指数均低于70%,而细颗粒粉煤灰（D50=1.45μm）的3d活性指数达到85%,28d活性指数超过了100%。因此,小于8μm的粉煤灰较适宜作为辅助性胶凝材料生产复合水泥。研究了煅烧温度、水化程度对预处理粉煤灰性能的影响。结果表明:煅烧温度为750℃时,粉煤灰表面的水化产物脱水生成具有胶凝活性的β-C2S,该矿物可与水反应生成水化产物,从而显著改善了粉煤灰与水化产物的粘接。在更高的温度煅烧时,水化产物生产C2研究了掺预处理粉煤灰复合水泥的性能。该复合水泥中<8μm颗粒为矿渣、8³2μm颗粒为水泥熟料、>32μm的颗粒为粉煤灰。结果表明:由于复合水泥颗粒级配良好,复AS,该矿物不具有水化活性性,因此不能改善粉煤灰的表面胶凝性能。当粉煤灰预水化程度为5%时,预处理粉煤灰的活性指数最高。合水泥浆体需水量较低、堆积密度较高。预处理粉煤灰促进了复合水泥中熟料、矿渣的水化进程,其表面的少量β-C₂S水化,使浆体结构较早的生成,改善了粗粉煤灰颗粒与水化产物的粘接。因此,复合水泥（配比为25%熟料-36%矿渣-39%预处理粉煤灰,石膏外掺）的早期和后期强度接近甚至超过硅酸盐水泥的强度,且该水泥具有良好的耐久性能。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-21
  1.1 研究背景  12
  1.2 粉煤灰的基本性质  12-15
  1.3 粉煤灰对水泥水化的影响  15-16
  1.4 粉煤灰活化处理的研究现状  16-18
  1.5 粉煤灰在水泥混凝土行业中的利用现状及存在的问题  18-19
  1.6 本课题的研究内容、目的及意义  19-21
    1.6.1 研究目的及意义  19
    1.6.2 研究内容  19-21
第二章原材料和试验方法  21-28
  2.1 原材料  21
  2.2 试验方法  21-28
    2.2.1 原材料处理  21-22
    2.2.2 标准稠度用水量测试方法  22
    2.2.3 流变性能试验方法  22
    2.2.4 硬化浆体孔溶液提取及离子浓度测试方法  22-23
    2.2.5 水化热测试方法  23
    2.2.6 粉煤灰水化程度的测定  23-24
    2.2.7 硬化浆体中Ca(OH)_2含量的测定  24
    2.2.8 X-ray衍射分析试验方法  24
    2.2.9 扫描电镜试验与电子探针X射线能谱(EDS)测试方法  24-25
    2.2.10 热分析试验方法  25-26
    2.2.12 胶砂强度试验方法  26
    2.2.13 干燥收缩试验方法  26
    2.2.14 碳化性能试验方法  26-27
    2.2.15 抗硫酸盐侵蚀试验方法  27-28
第三章水化环境对粉煤灰水化性能的影响  28-37
  3.1 引言  28
  3.2 试验方案  28-29
  3.3 实验结果与讨论  29-35
    3.3.1 水化环境对粉煤灰硬化浆体Ca(OH)_2含量的影响  29-30
    3.3.2 水化环境对粉煤灰水化程度的影响  30
    3.3.3 水化环境对粉煤灰硬化浆体孔溶液组成的影响  30-32
    3.3.4 水化环境对粉煤灰浆体水化放热的影响  32-33
    3.3.5 水化环境对粉煤灰浆体水化产物组成及形貌的影响  33-35
  3.4 本章小结  35-37
第四章粉煤灰粒度区间与组成、性能关系  37-43
  4.1 引言  37
  4.2 表面形貌和化学组成分析  37-38
  4.3 标准稠度用水量  38-39
  4.4 不同粒度粉煤灰在模拟水泥浆硬化体孔溶液中的水化  39
  4.5 水化热  39-41
  4.6 力学性能  41
  4.7 本章小结  41-43
第五章粉煤灰预水化处理条件优化  43-52
  5.1 引言  43
  5.2 粉煤灰表面预水化处理试验思路  43-44
  5.3 煅烧温度对预水化处理粉煤灰组成、性能的影响  44-47
    5.3.1 力学性能  44-45
    5.3.2 脱水相矿物组成  45-46
    5.3.3 预水化处理粉煤灰表面形貌  46-47
  5.4 水化程度对预水化处理粉煤灰性能影响  47-50
    5.4.1 粉煤灰在不同液相环境中的水化程度  47
    5.4.2 水化程度对预水化处理粉煤灰水泥力学性能的影响  47-49
    5.4.3 预水化处理粉煤灰对粉煤灰水泥水化进程的影响  49
    5.4.4 水化程度对预水化处理粉煤灰水泥水化产物形貌的影响  49-50
  5.5 本章小结  50-52
第六章预处理粉煤灰应用于制备复合水泥的研究  52-77
  6.1 引言  52
  6.2 试验方案  52-53
  6.3 复合水泥力学性能  53-54
  6.4 复合水泥浆体流变性能  54-55
  6.5 预水化处理粉煤灰对复合水泥水化、硬化的影响  55-71
    6.5.1 复合水泥水化放热  55-58
    6.5.2 复合水泥电阻率  58-60
    6.5.3 复合水泥水化产物分析  60-65
    6.5.4 复合水泥硬化浆体孔溶液组成  65-69
    6.5.5 复合水泥硬化浆体结构  69-71
  6.6 预水化处理粉煤灰制备的复合水泥的耐久性  71-75
    6.6.1 复合水泥干燥收缩  71-73
    6.6.2 复合水泥碳化性能  73-74
    6.6.3 复合水泥抗硫酸盐侵蚀性能  74-75
  6.7 本章小结  75-77
结论  77-79
  1、研究成果  77-78
  2、创新点  78
  3、展望  78-79
参考文献  79-85
攻读硕士学位期间取得的研究成果  85-87
致谢  87-88
附件  88

粉煤灰表面预处理及其应用于制备复合水泥的研究

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