用普通粘土制备单组份碱激发水泥的研究

摘要

本文在综合分析了碱激发水泥国内外研究现状的基础上,利用纯碱、烧碱和碱石灰热激发宁乡高岭土、萍乡高岭土、临澧膨润土和湘潭红壤土等不同化学组成的硅铝质粘土,制备出了单组份碱激发N-A-S水泥和单组份碱激发N-C-A-S水泥,探讨了碱激发水泥的性能及其影响因素,利用扫描电镜、热分析、粉末X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等手段对原材料、碱激发水泥熟料及其水化物的物相组成与结构进行了表征,最后讨论了碱激发水泥的熟料烧成与水化机理。具体包括以下几个方面。
　　1、实验研究碱熔激发宁乡高岭土、萍乡高岭土、临澧膨润土和湘潭红壤土制备了单组份碱激发N-A-S水泥,初步优化了制备工艺。其最佳工艺条件及性能分别为:煅烧温度为750℃,NaOH/宁乡高岭土质量比为0.2,保温时间为3h,制备的单组份碱激发N-A-S水泥3d抗压强度达14.7MPa;煅烧温度为950℃,NaOH/萍乡高岭土质量比为0.25时,制备的单组份碱激发N-A-S水泥的3d抗压强度达62.98MPa;煅烧温度为850℃,Na2CO3/临澧膨润土为0.33,制备的单组份碱激发N-A-S水泥的3d抗压强度达42.11MPa;煅烧温度为750℃,NaOH/湘潭红壤土为0.20,制备的碱激发N-A-S水泥的3d抗压强度达22.0MPa。但此种单组份N-A-S碱激发水泥的后期强度均有所下降且有泛碱现象。研究表明,硅铝质粘土均能通过碱熔激发方法制备出性能较好的单组份碱激发N-A-S水泥。
　　2、采用碱石灰烧结的方法激活宁乡高岭土、萍乡高岭土、临澧膨润土均能制备出性能较好的单组份碱激发N-C-A-S水泥。研究表明,其抗压强度与煅烧制度和(Ca+Mg)/Si摩尔比、Na/Al摩尔比密切相关,且存在同一最佳制备条件:煅烧温度为1100℃,(Ca+Mg)/Si为2.2,Na/Al为1.67,对应的碱石灰烧结宁乡高岭土、萍乡高岭土和临澧膨润土制备的碱激发N-C-A-S水泥3d抗压强度分别为48.2MPa、31.33MPa和34.55MPa。水泥净浆试块的后期抗压强度总体上呈增长趋势且试块不泛碱。而用碱石灰烧结的方法激活湘潭红壤土所制备的单组份碱激发水泥强度均不大,可能是含铝量太低所致。
　　3、热分析表明,碱的加入大大改变了硅铝质粘土的热分解行为,红外分析显示其中惰性的石英杂质在相对较低温度下即可与碱反应。因此,采用碱熔的方法可以有效的激发惰性的硅铝质矿物的胶凝活性。X射线衍射分析表明,加碱煅烧硅铝质粘土时,粘土矿物的热分解温度低于无碱煅烧的温度,且其它伴生的矿物如石英等也与碱反应而减少甚至消失,同时均伴生有新物相霞石,而相应的水化物中除湘潭红壤土外,均生成了沸石类水化相,而湘潭红壤土基N-A-S水泥中也生成了类沸石的非晶相。这说明沸石和类沸石水化物的生成是单组份碱激发N-A-S水泥的胶凝机理。
　　4、XRD分析表明,碱石灰烧结后的硅铝质粘土中原矿物相均消失,生成的物相相对复杂,其与煅烧条件密切相关,一般熟料中生成了较多的非晶相、可溶性碱盐及C2S。单组份碱激发N-C-A-S水泥早期强度是由可溶性碱盐及硅铝质非结晶相反应生成的沸石及类沸石提供早期强度;而pH下降后,C2S继续水化生成C-S-H凝胶提供水泥后期强度的稳定增长。

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第一章 绪 论

1.1 水泥发展简史与发展趋势

1.2 碱激发水泥研究现状

1.3 碱激发水泥的不足之处

1.4 单组份碱激发水泥及研究现状

1.5 单组份碱激发水泥的研究意义

1.6 研究的主要内容

第二章 实验、检测与结构表征方法

2.1 实验原材料

2.2 实验仪器设备

2.3 实验方法

2.4 检测与表征方法2.4.1 抗压强度检测

第三章 单组份碱激发 N-A-S 水泥的制备研究

3.1 用高品位宁乡高岭土制备碱激发 N-A-S 水泥的研究

3.2 用低品位萍乡高岭土制备碱激发 N-A-S 水泥的研究

3.3 用高铁临醴膨润土制备碱激发 N-A-S 水泥的研究

3.4 用低品位湘潭红壤土制备碱激发 N-A-S 水泥的研究

3.5 本章小结

第四章 单组份碱激发 N-C-A-S 水泥的制备研究

4.1 碱石灰煅烧高品位宁乡高岭土制备单组份碱激发 N-C-A-S 水泥的研究

4.2 碱石灰煅烧低品位萍乡高岭土制备单组份碱激发 N-C-A-S 水泥的研究

4.3 碱石灰煅烧高铁临澧膨润土制备单组份碱激发 N-C-A-S水泥的研究

4.4 碱石灰煅烧低品位湘潭红壤土制备单组份碱激发 N-C-A-S 水泥的研究

4.5 本章小结

第五章 单组份碱激发水泥熟料及其水化物的物相组成与微结构研究及相关煅烧与水化机理探讨

5.1 单组份碱激发 N-A-S 水泥熟料及其水化物的物相组成与微结构研究及相关煅烧与水化机理探讨

5.2 单组份碱激发 N-C-A-S 水泥熟料及其水化物的物相物相组成与微结构研究及相关煅烧与水化机理探讨

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附 录 A：攻读学位期间发表的学术论文