过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的配合比设计及性能研究

摘要

过硫磷石膏矿渣水泥作为一种新型免烧环保胶凝材料，采用40％-50％的磷石膏、40％-50％的粒化矿渣、2％的钢渣和约4％的硅酸盐熟料经混合、粉磨制成，这种水泥材料不仅能充分利用工业废渣，而且具有良好的耐水性、抗硫酸盐侵蚀性以及良好的力学性能，所以过硫磷石膏矿渣水泥具有较好的应用前景。
　　 但是，由于过硫磷石膏矿渣水泥与硅酸盐水泥组分相差太大，在土木建筑方面的应用研究很少。为了实现磷石膏的大规模资源化利用，本文开展对过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的配合比设计及性能的相关研究。
　　 本文系统研究了不同强度等级要求的过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的配合比设计，并进行了设计优化;针对过硫磷石膏矿渣水泥凝结时间缓慢，带模养护时间长等不足，开发早强剂，提高混凝土的早期凝结硬化速率;同时，初步探索了适用于该体系的混凝土最佳养护制度。
　　 论文进行的主要工作及成果如下:
　　 (1)根据普通混凝土配合比设计规程以及过硫磷石膏矿渣水泥的特性，配制出C30大流动性混凝土，通过修正鲍罗米公式来确定最佳水灰比，进行优化配比，28d抗压强度可达38.5 MPa。参照C30混凝土水灰比研究结果，结合高性能混凝土最简易配合比设计方法，确定水灰比和最佳砂率。通过水灰比、胶集比和砂石比设计思路来实现C40流动性混凝土的全计算，并引入正交实验，确定过硫磷石膏矿渣水泥混凝土强度的显著影响因素和混凝土的最佳配比。研究结果表明，影响因素大小为:减水剂掺量＞砂率＞水泥用量;混凝土的最佳配合比为:水泥用量为420 kg/m3，砂率为43％，减水剂用量为0.3％，28d抗压强度可达48 MPa。这种新的配合比设计方法制备的混凝土工作性及强度发展良好，基本满足C40流动性混凝土的设计要求。
　　 (2)研究了不同矿物掺合料和碱性外加剂对过硫磷石膏矿渣水泥凝结硬化的影响，结果表明复掺1％的水玻璃和5％的偏高岭土可以显著缩短水泥的凝结时间。同时，两者复合对砂浆和混凝土的早期强度提高显著，3d强度相比于未掺早强剂的基准砂浆和混凝土均能提高80％以上。通过SEM-EDS，TG-DSC等分析测试技术，揭示了复掺水玻璃和偏高岭土后该体系的早强机理。
　　 (3)初步研究了各种养护条件对混凝土力学性能的影响，同时系统研究了静停时间、养护温度和养护时间等工艺参数对蒸养过硫磷石膏矿渣水泥砂浆的硬化性能的影响。结果表明，养护温度对过硫磷石膏矿渣水泥砂浆的强度影响最为显著，静停时间次之，养护时间影响最小。研究发现过硫磷石膏矿渣水泥不宜在高温下养护，否则试样肿胀破裂，内部结构发生严重破坏，40℃的养护温度较为合适。通过以上研究，初步掌握了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的最佳养护制度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 过硫磷石膏矿渣水泥简介

1．2．1 过硫磷石膏矿渣水泥的组成

1．2．2 过硫磷石膏矿渣水泥的水化机理

1．2．3 过硫磷石膏矿渣水泥浆体的改性研究

1．2．4 过硫磷石膏矿渣水泥的性能研究

1．3 混凝土的配合比方法介绍

1．3．1 普通混凝土的配合比设计

1．3．2 高性能水泥混凝土的配合比设计

1．4 课题的提出及研究内容

1．4．1 相关问题及课题的提出

1．4．2 研究内容

第2章 试验原材料及试验方法

2．1 原材料

2．1．1 过硫磷石膏矿渣水泥

2．1．2 矿物掺合料

2．1．3 减水剂及化学添加剂

2．1．4 集料

2．2 主要的试验方法

2．2．1 过硫磷石膏矿渣水泥基本性能试验

2．2．2 过硫磷石膏矿渣水泥的改性方法

2．2．3 混凝土的配合比设计方法

2．2．4 混凝土工作性能的测试

2．2．5 混凝土力学性能的测试

2．2．5 微观性能测试

第3章 混凝土配合比设计及实验优化

3．1 C30流动性混凝土配合比设计及优化

3．1．1 C30流动性混凝土配合比设计参数的确定

3．1．2 具体配制实例及分析

3．1．3 C30混凝土的优化配合比设计

3．1．4 小结

3．2 C40流动性混凝土的配合比设计及优化

3．2．1 基于水泥组分调整的C40混凝土的配制

3．2．2 基于高性能混凝土配合比设计方法的C40混凝土的配制

3．2．3 C40混凝土的优化配合比设计

3．2．4 小结

3．3 C40干硬性混凝土的配合比设计初探

3．3．1 C40干硬性混凝土配合比参数的确定

3．3．2 具体配制实例分析

3．4 微观测试

3．4．1．XRD

3．4．2 IR

3．4．3 DSC

3．4．4 SEM

3．5 本章小结

第4章 过硫磷石膏矿渣水泥混凝土早强性能的改善

4．1 概述

4．2 不同掺合料对水泥凝结时间的影响

4．3 不同掺合料对砂浆强度的影响

4．3．1 实验设计

4．3．2 结果分析

4．3．3 复合早强剂的设计

4．4 复合早强剂对混凝土早期强度的影响

4．5 微观测试分析

4．5．1 非蒸发水测定

4．5．2 TG-DSC

4．5．3 SEM-EDS

4．6 本章小结

第5章 养护制度对混凝土性能的影响

5．1 概述

5．2 不同养护条件对混凝土力学性能的影响

5．3 蒸汽养护对砂浆力学性能的影响

5．3．1 实验设计

5．3．2 结果讨论

5．3．3 微观测试分析

5．4 本章小结

第6章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录