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脱硫石膏基钢渣胶凝材料的研制

作　者: 范立瑛
导　师: 王志
学　校: 济南大学
专　业: 材料学
关键词: 脱硫石膏钢渣激发剂晶体形貌
分类号: TU526
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 211次
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内容摘要

脱硫石膏是一种性能优良的胶凝材料,它的某些性能远远优于天然石膏,是天然石膏的最佳替代品;钢渣因含有一定量的胶凝性矿物,使其具有胶凝性。脱硫石膏基钢渣胶凝材料以脱硫石膏为基体、钢渣为填充体,该材料充分利用了两种“二次资源”。但是由于钢渣的形成条件复杂、胶凝性矿物含量少,较难水化;脱硫石膏也具有含水量较大、标稠用水量大、颗粒级配差等性能上的缺陷,使得这两种胶凝材料不能得到良好的应用。因此,为了更好的利用这两种胶凝材料,主要从添加激发剂、缓凝剂、减水剂等方面来改善脱硫石膏基钢渣胶凝材料的性能。本文首先探讨了钢渣掺量对胶凝材料力学性能、凝结时间与晶体形貌等性能的影响,确定了脱硫石膏基钢渣胶凝材料中钢渣的用量。通过试验研究发现,钢渣掺量为胶凝材料总质量的15%时,胶凝材料的力学性能、凝结时间以及硬化体晶体形貌都表现出较为优异的性能。本文通过单掺不同激发剂、复掺激发剂两种方式来激发钢渣的潜在活性,从而改善脱硫石膏基钢渣胶凝材料的各项性能。研究发现,各种激发剂均能不同程度的激发钢渣的潜在活性,提高胶凝材料的力学性能,增加胶凝材料硬化体内水化产物的含量,但会缩短胶凝材料的凝结时间。通过SEM照片与XRD图谱分析可以得到,胶凝材料的硬化体内主要以二水硫酸钙晶体、C-S-H凝胶、AFt、AFm等为主。经正交试验分析得出,8号激发剂(水泥熟料掺量为2%、三乙醇胺掺量为0.8%、硫酸铝掺量为3%、水玻璃掺量为0.2%)能有效改善胶凝材料表面的泛霜现象,提高胶凝材料的力学性能。养护方式也是影响胶凝材料性能的一个重要因素,研究表明最佳养护方式为自然养护(温度:20±2℃湿度:40%-50%)。试验研究了三聚磷酸钠、酒石酸、柠檬酸三种缓凝剂对胶凝材料凝结时间的作用规律。研究发现,三种缓凝剂均能起到缓凝效果,但是会对胶凝材料的力学性能产生负面影响。柠檬酸、酒石酸与胶凝材料液相中的钙离子结合形成络合物,覆盖在二水石膏晶胚表面,降低了晶核的表面活性,增加了成核势垒,使二水石膏晶体成核数目减少,延缓了胶凝材料的进一步水化;三聚磷酸钠与石膏形成某种沉淀膜,沉淀在半水石膏和二水石膏晶核表面,阻碍半水石膏的溶解,延缓了晶核的形成。适量的减水剂可以提高胶凝材料的减水率,但掺量过多,减水效果不再显著,并会对胶凝材料的力学性能产生不利影响,FDN减水效果较聚羧酸减水剂减水效果差。减水剂的减水效果主要是通过静电斥力效应和空间位阻效应实现的,其中聚羧酸类减水剂主要是通过两种效应共同完成的,而FDN减水剂则是通过静电斥力效应完成的。保水剂的掺加一般都会降低胶凝材料的早期强度,增加硬化体内针状晶体的含量,延长胶凝材料的水化时间,但是羧甲基纤维素的保水效果比甲基纤维素的效果差。甲基纤维素对脱硫石膏基钢渣胶凝材料的影响,主要表现在三个方面,一是增稠、增粘作用,二是增强作用,三是保水作用;羧甲基纤维素对胶凝材料的影响主要表现在保水作用与缓凝作用。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-13
    1.1.1 脱硫石膏与钢渣的物理性质  11-12
    1.1.2 脱硫石膏与钢渣的化学组成  12-13
  1.2 国内外研究利用现状  13-18
    1.2.1 脱硫石膏在国内的研究利用现状  13-14
    1.2.2 脱硫石膏在国外的研究利用现状  14-15
    1.2.3 钢渣研究利用现状  15-17
      1.2.3.1 钢渣的机械力活化  15
      1.2.3.2 钢渣的表面改性  15-16
      1.2.3.3 热力激发  16
      1.2.3.4 钢渣的碱激发  16-17
    1.2.4 脱硫石膏与其他工业废弃物结合利用研究现状  17-18
  1.3 研究目的与意义  18-19
  1.4 课题研究的主要内容  19-21
第二章试验仪器与试验方法  21-27
  2.1 原材料  21
  2.2 试验仪器和用具  21-22
  2.3 试验方法  22-27
    2.3.1 标准稠度用水量的测定  22-23
    2.3.2 凝结时间的测定  23
    2.3.3 试件的制备及其养护  23-24
    2.3.4 抗折强度的测定  24
    2.3.5 抗压强度的测定  24
    2.3.6 软化系数的测定  24-25
    2.3.7 吸水率的测定  25-27
第三章激发剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响  27-55
  3.1 钢渣用量的确定  27-29
  3.2 单掺激发剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响  29-42
    3.2.1 水玻璃的影响  29-31
    3.2.2 硫酸钠的影响  31-33
    3.2.3 高岭土的影响  33-35
    3.2.4 硫酸铝的影响  35-37
    3.2.5 水泥熟料的影响  37-39
    3.2.6 石灰的影响  39-40
    3.2.7 三乙醇胺的影响  40-42
  3.3 激发剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料的激发机理  42-46
    3.3.1 水玻璃的激发机理  43-44
    3.3.2 硫酸钠的激发机理  44
    3.3.3 高岭土、硫酸铝的激发机理  44-45
    3.3.4 水泥熟料、石灰的激发机理  45
    3.3.5 三乙醇胺的激发机理  45-46
  3.4 复合激发剂的确定  46-50
  3.5 养护方式的确定  50-53
    3.5.1 养护方式对材料力学性能的影响  51
    3.5.2 养护方式对材料晶体形貌的影响  51-53
  3.6 本章小结  53-55
第四章缓凝剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响  55-63
  4.1 缓凝剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料基本性能的影响  55-57
  4.2 缓凝剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料晶体形貌的影响  57-59
  4.3 缓凝机理研究  59-61
    4.3.1 三聚磷酸钠的缓凝机理  59
    4.3.2 柠檬酸的缓凝机理  59-60
    4.3.3 酒石酸的缓凝机理  60-61
  4.4 本章小结  61-63
第五章减水剂、保水剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响  63-75
  5.1 减水剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响  63-67
    5.1.1 减水剂对材料减水率、标准稠度用水量的影响  63-64
    5.1.2 减水剂对材料凝结时间的影响  64
    5.1.3 减水剂对材料力学性能的影响  64-65
    5.1.4 减水剂对材料晶体形貌的影响  65-66
    5.1.5 减水剂对材料软化系数的影响  66-67
  5.2 减水机理分析  67-68
    5.2.1 静电斥力理论  67
    5.2.2 空间位阻理论  67-68
  5.3 保水剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响  68-72
    5.3.1 甲基纤维素对材料性能的影响  68-70
    5.3.2 羧甲基纤维素对材料性能的影响  70-72
  5.4 保水机理分析  72
  5.5 本章小结  72-75
第六章结论与创新点  75-77
  6.1 结论  75-76
  6.2 创新点  76-77
参考文献  77-82
致谢  82-83
附录  83

脱硫石膏基钢渣胶凝材料的研制

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