改性锂渣硅铝酸盐混凝土研究

摘要

本文研究的硅铝酸盐混凝土是以含无定型的SiO<,2>、Al<,2>O<,3>为主要成份的锂渣，通过适当的物理化学改性工艺以改变锂渣酸性渣体的性质，得到以非稳定态(无定型及亚结晶态)的硅酸盐、铝酸盐及硅铝酸盐为主的改性粉体，以适宜的碱组分激发，制成水硬性胶凝材料的通称。主要研究三类硅铝酸盐混凝土：石灰一物理改性锂渣轻质硅铝酸盐混凝土(LWEC)，碱矿渣—化学改性锂渣硅铝酸盐混凝土(JHEC)和硅铝酸盐碱加气混凝土(AHEC)。 采用物理化学两种方法，对锂渣进行改性。物理改性为：通过加入适量石灰，及钙盐外加剂改善锂渣碱性和粉磨效果，通过机械粉磨，得到改性粉体。采用常压干湿热养护，将得到的物理改性粉体作为胶凝材料制作成轻质硅铝酸盐混凝土(LWEC)。 锂渣化学改性工艺采用：加入改性剂，经1000℃左右煅烧，急速冷却后，进而粉磨成一定细度的化学改性粉体。微观研究表明，绝大部分粉体颗粒呈细分散状态非晶质玻璃体，颗粒较细呈类球状，分布均匀，整体呈蜂窝状结构。和原状锂渣相比，已经完全改变了微观形貌和化学成分。将该化学改性粉体加入碱矿渣砂浆中(JHEC)，能明显改善碱矿渣砂浆的性能。也可以作为碱矿渣加气混凝土主要组分之一，制备硅铝酸盐加气混凝土(AHEC)。 本文主要研究结果如下： ①LWEC在干湿热带模养护条件下，抗压强度可达到40～50MPa左右，抗折强度可达9～11Mpa左右，试件表干密度为1600kg/m<'3>左右。最佳养护制度：升温速度30℃/h，恒温温度180℃，恒温时间4h。与同等级强度蒸压养护的轻质灰砂硅酸盐混凝土试件能耗方面比较，常压干湿热养护比蒸压湿热养护要节省45％以上的能源，表干密度降低11％左右。 ②高温化学改性锂渣最佳的工艺参数：煅烧温度1000℃，煅烧时间45min。煅烧后粉体经过急速冷却，粉磨15min后得到化学改性粉体。其比表面积为7350cm<'2>/g～8348 cm<'2>/g，堆积密度为0.7g/cm<'3>～0.8g/cm<'3>，密度为2.1g/cm<'3>～2.3g/cm<'3>。 ③在JHEC中掺入化学改性粉体AF3，能改善砂浆性能。当AF3掺入为10％～20％时，增强碱矿渣砂浆的强度，凝结时间延长。当AF3掺入30％时，28d强度发展比纯矿渣砂浆好，但是56d强度两者持平。随着掺量增加，超过40％后，砂浆强度开始下降。当AF3掺入60％，28d强度抗折，抗压强度强度等级与32.5波特兰水泥相当。经过实验发现，通过加入化学改性粉体能抵制碱矿渣胶凝材因干燥引起的收缩，起到了对碱矿渣胶凝材料的综合改性。 ④通过X衍射和电镜扫描对JHEC净浆进行了微观分析，发现水化产物以沸石类矿物为主，从水化产物结晶度来看，加入AF3的JHEC净浆，使矿渣颗粒水化更加彻底，更利于胶凝材料形成一个整体。 ⑤成功地制成了硅铝酸盐碱加气混凝土(AHEC)，得出最佳的生产工艺参数。在实验中采用三种养护方式，蒸汽养护，热水养护和标准养护，分别得出了试件最佳的养护制度。通过实验发现经过蒸汽养护得到的试件性能较其它两种养护方式好。 ⑥测试了经过蒸汽养护的AHEC试件干缩性能，吸水率，以及试件导热性能，得出性能指标均很好满足蒸压加气混凝土砌块国家标准(GB 11968-2006)。 本工作主要研究如何高效利用酸性渣体，使大量堆积锂废渣，得到新的利用，提高经济附加值。总结了关于典型酸性渣体改性方法及其应用的规律性结果，对工业酸性废渣的开发和应用具有指导作用。因而具有良好的实用意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1硅铝酸盐绿色胶凝材料概述

1.2加气混凝土概述及可持续发展

1.2.1加气混凝土砌块主要的优缺点论述

1.2.2传统加气混凝土原材料对环境的影响

1.3加气混凝土环境评价与可持续发展

1.4本章小结

1.5本课题的提出和研究内容

1.5.1本课题提出与研究意义

1.5.2本论文的主要研究内容

2原材料及实验方法

2.1实验原材料

2.1.1锂渣

2.1.2矿渣

2.1.3石灰

2.1.4改性剂

2.1.5钙型外加剂

2.1.6激发剂

2.1.7细集料

2.1.8发气剂

2.1.9稳泡剂

2.2拌和水

2.3实验方法

2.3.1硅铝酸盐加气混凝土实验试件成型工艺

2.3.2养护方法与养护制度工艺研究

2.3.3凝结时间测定方法

2.3.4胶砂抗折、抗压强度实验方法

2.3.5干燥收缩实验测定方法

2.3.6试件吸水率的实验方法

2.3.7导热系数实验测定方法

2.3.8 X-射线衍射(XRD)实验

2.3.9扫描电镜(SEM)实验

3对锂渣性质评价及物理改性

3.1锂渣物理化学性质

3.2对锂渣粉体性质评价

3.3评定粉体活性的方法

3.4物理改性制备锂渣粉体计算与工艺流程

3.4.1配料计算

3.4.2工艺流程

3.5物理改性锂渣硅铝酸盐轻质混凝土研究

3.5.1灰砂硅酸盐混凝土与锂渣硅铝酸盐混凝土

3.5.2试件配比与制备及养护制度工艺系数制定

3.5.3养护制度对混凝土强度影响

3.6常压干湿热养护与蒸压湿热养护能耗比较

3.7本章小结

4化学改性锂渣粉体的制备

4.1化学改性锂渣粉体制备的理论基础

4.2化学改性锂渣粉体制备方法

4.3改性锂渣粉体实验结果分析

4.4煅烧改性锂渣粉体与原状锂渣物理化学性质比较

5化学改性锂渣对碱矿渣砂浆性能影响研究

5.1各种化学改性锂渣对矿渣碱激发砂浆的影响

5.2改性粉体AF3与原状锂渣分别掺入对碱矿渣砂浆强度影响

5.3化学改性粉体AF3对碱矿渣混凝土砂浆补偿收缩研究

6掺入改性粉体的碱矿渣净浆微观结构分析

6.1掺入AF3的碱矿渣净浆X衍射微观分析

6.2 SEM电镜扫描分析

7硅铝酸盐碱加气混凝土基本性质研究

7.1硅铝酸盐加气混凝土

7.2硅铝酸盐碱加气混凝土配合比确定

7.2.1改性粉体AF3掺量对加气混凝土强度影响

7.2.2铝粉用量对硅铝酸盐加气混凝土密度以及强度影响

7.2.3碱液加入量对加气混凝土发气及强度影响

7.2.4料浆温度对铝粉发气时间及试件强度的影响

7.3本章小结

8养护方式对硅铝酸盐加气混凝土强度影响

8.1养护方式对加气混凝土密度、强度及孔隙率的影响

8.2常压蒸汽养护对硅铝酸盐加气混凝土强度的影响

8.2.1试件养护方法

8.2.2升温速率对试件强度影响

8.2.3恒温温度对试件强度的影响

8.2.4恒温时间对试件的强度影响

8.3热水养护对硅铝酸盐加气混凝土强度的影响

8.3.1试件养护方法

8.3.2热水养护温度对试件强度的影响

8.3.3热水养护的时间对试件强度的影响

8.4标准养护对加气混凝土的强度影响

8.4.1试件养护方法

8.4.2标准养护对试块的强度影响

8.5本章小结

9硅铝酸盐碱加气混凝土干缩及热工性能研究

9.1硅铝酸盐加气混凝土收缩变形机理研讨

9.2含水率对试件干缩的影响

9.2.1初始含水率和三种养护试件干缩的变化规律关系

9.2.2蒸汽养护试件干缩变化规律

9.3测定碱加气混凝土吸水率性能的实验

9.4测定硅铝酸盐碱加气混凝土导热性能的实验

9.4.1概论

9.4.2导热系数与表观密度的关系

9.4.3导热系数与含水率的关系

9.5本章小结

10蒸汽养护硅铝酸盐试件微观结构及分析

10.1概论

10.2蒸汽养护后试件水化产物的X衍射微观分析

10.3蒸汽养护后试件水化产物的SEM电镜微观分析

11结论与展望

11.1结论

11.2建议

致 谢

参考文献

附录