碱激发矿渣粉煤灰基稻壳粉复合材料的制备研究

摘要

传统硅酸盐水泥生产存在着巨大的能源消耗、不可再生资源的消耗及环境污染等问题，再者，随着工业的发展，产生了大量的工业废渣，若废渣不能被有效利用，必然造成环境污染、能源与资源浪费等诸多问题。因此，加强工业废渣的利用研究，是一项既具有科学意义，又具有实际意义的工作。碱胶凝材料的研究开发正是基于上述原因而兴起。另外，目前我国市场上的墙板材多用氯镁水泥，这种水泥“返卤”现象严重，不仅影响外观，同时还会降低制品的耐水性和使用寿命，这也是目前市场上大量板材面临的最大问题，如能将碱矿渣粉煤灰胶凝材料应用在建筑板材领域将可改变这一现状。 本文拟选用不同组分碱激发剂激发粉煤灰/矿渣混合料制备胶凝材料基，并在此基础上掺入农业废料稻壳粉等作为分散相制备复合材料，目的在于制备出一种绿色、节能、环保的建筑材料。在目前已有研究的基础上，本文主要研究了碱激发胶凝材料和一些外加剂的相容性问题，探讨该胶凝材料收缩大的原因以及改善收缩的可行途径，同时考虑高钙灰替代部分低钙粉煤灰后会带来何种影响。试验结果表明：在本文试验中，对碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料激发效果最好的碱组分是水玻璃，n=O．75时为最佳模数；矿渣取代部分粉煤灰后，碱一粉煤灰一矿渣系统硬化体强度会有所增加，经过试验本文粉煤灰与矿渣配合比定为60∶40；随着稻壳粉掺量的增大，试件的强度有比较明显的下降，稻壳粉仅起了填充料的作用；掺入减缩剂改善了复合材料的收缩，但也降低了该材料的抗折、抗压强度，尤其当水玻璃掺量为3％时降低的尤为显著；掺入引气剂后改善了该复合材料的收缩，但也使得材料抗压强度有所降低；掺入木质素磺酸钙和聚羧酸型减水剂后并没有起到减水的作用，反而大大降低了材料的强度，但掺入这两种减水剂后改善了收缩；掺入 JM-Ⅲ和 MgO 型膨胀剂均降低了材料的收缩值，且随着掺量的增加改善效果愈显著；掺入 10％P·042．5不仅提高了该材料的强度，还改善了收缩：掺入石膏后对材料的强度略有降低，但其改善收缩的效果比较好：双掺水泥和石膏，改善收缩的效果更显著，掺入水泥、石膏的碱一矿渣一粉煤灰胶砂试件的收缩值为0．15625mm/m要比水泥胶砂试件的收缩值0．5125mm/m小69。5％；用高钙灰取代部分低钙灰后不仅提高了复合材料的强度，还大大改善了收缩，且随着高钙灰掺量的增加，改善收缩的效果越好；复掺高钙灰、水泥和石膏对收缩的改善效果最佳，当高钙灰完全替代低钙粉煤灰后收缩降低了79％，值为1．0375mm/m，为所有文献报道的碱矿渣质胶凝材料中收缩最小的，但仍然超出板材标准所要求的收缩值O．6mm/m。 利用 X-射线衍射分析和压汞法对碱矿渣/粉煤灰基稻壳粉复合材料的水化产物及孔尺寸分布进行了分析和研究，揭示了该材料收缩大的原因以及掺入水泥、石膏、高钙灰等改善收缩的机理，从而为制备合格的碱激发胶凝材料板材提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1“绿色建材”呼唤着绿色高性能混凝土的发展

1.2碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料的由来及现状

1.2.1碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料与混凝土在国内外的研究及应用

1.2.2碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料的水化及物理化学基础

1.2.3碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料混凝土的性能

1.2.4影响碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料与混凝土性能的主要因素

1.2.5发展碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料与混凝土的现实意义

1.3本文研究的目的、意义、主要内容及研究方案

1.3.1本文研究的目的、意义及主要内容

1.3.2研究方案

1.4本章小结

第二章原材料及试验方法

2.1原材料的选择

2.1.1胶凝材料的选择

2.1.2外加剂的选择

2.2原材料的性能

2.2.1粉煤灰

2.2.2矿渣微粉

2.2.3 水泥

2.2.4高钙灰

2.2.5凹凸棒石粘土原矿

2.2.6水玻璃

2.2.7 NaOH

2.2.8 Ca(OH)2

2.2.9石膏

2.2.10减缩剂

2.2.11引气剂

2.2.12膨胀剂

2.2.13减水剂

2.2.14稻壳粉

2.2.15水

2.3试验方法

2.3.1碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料的制备方法

2.3.2强度

2.3.3干燥收缩

2.3.4软化系数

2.3.5体积安定性

2.3.6 X-射线衍射分析

2.3.7压汞法分析

2.4本章小结

第三章碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料的制备

3.1激发剂的选择与研究

3.2矿渣与粉煤灰配合比的确定

3.3稻壳粉掺量对复合材料性能的影响

3.3.1稻壳粉掺量对复合材料强度的影响

3.3.2稻壳粉掺量对复合材料收缩的影响

3.4水玻璃模数及掺量对复合材料性能的影响

3.4.1水玻璃模数及掺量对复合材料强度的影响

3.4.2水玻璃模数及掺量对复合材料收缩的影响

3.4.3NaOH品质对复合材料性能的影响

3.5本章小结

第四章外加剂对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.1掺入减缩剂对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.2掺入引气剂对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.3掺入减水剂对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.4掺入膨胀剂对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.5掺入凹凸棒石粘土对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.6掺入高铝水泥对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.7掺入碱渣对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.8掺入石膏对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.9掺入水泥对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.10水泥、石膏、减缩剂两两复掺对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.11掺入高钙灰对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.12复掺高钙灰、水泥和石膏对碱-矿渣-粉煤灰基稻壳粉复合材料性能的影响

4.12.1复掺高钙灰、水泥和石膏对复合材料性能的影响

4.12.2掺入高钙灰后材料的体积稳定性试验

4.13本章小结

第五章机理分析

5.1碱激发胶凝材料水化反应机理分析

5.1.1碱激发机理

5.1.2水化机理及水化产物

5.2 XRD分析

5.3压汞法分析

5.4本章小结

第六章经济效益分析

第七章结论和展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文