利用水化-碳酸化钢渣和脱硫灰制备建材制品

摘要

随着我国控制和削减SO2排放力度的不断加大，产生了大量脱硫粉煤灰。脱硫粉煤灰因含有不定期水化的f-CaO和影响混凝土正常凝结的硫酸盐而未大规模应用。钢渣的数量增加迅速，由于含有f-CaO和f-MgO等容易引起安定性不良的物质，钢渣利用率较低。脱硫粉煤灰和钢渣经过水化消解、碳酸化养护后，能将CO2永久固化储存在原材料中，是脱硫粉煤灰和钢渣资源化利用的可行办法。本文分别利用水化-碳酸化耦合作用、蒸养-碳酸化和碳酸化-蒸压三种方式制备钢渣和脱硫粉煤灰建材制品，借助XRD、TG-DTG对试块的矿物组成和水化、碳酸化产物进行定性、定量分析，并利用SEM、压汞法等测试技术对试块内部显微结构进行表征。以下为论文的主要内容和结果:
　　(1)利用水化-碳酸化耦合作用制备钢渣和脱硫粉煤灰建材制品，研究水化-碳酸化耦合作用、原材料配合比对试块性能的影响，结果表明:钢渣和脱硫粉煤灰中的f-CaO可以通过水化-碳酸化生成CaCO3;碳酸化是强度的主要来源，强度贡献率最少占65.29％，最大达到82.30％;前期水化产物是碳酸化的主要来源，随水化时间的增长而增长，但是水化3d和7d的试块由于生成较多AFt而产生裂纹;第二次水化可以进一步提高制品强度，产生的强度随钢渣所占比例的增加而增加，最大能达到31.60 MPa;钢渣的水化活性比脱硫粉煤灰好，比脱硫粉煤灰易于碳酸化，试块最终强度随着钢渣所占比例的增加而增加，由sd28的9.7MPa增加到sd10的101MPa，且压蒸安定性合格。
　　(2)利用蒸养-碳酸化制备钢渣和脱硫粉煤灰建材制品，研究原材料配合比、静停时间、蒸养时间以及碳酸化的影响。结合抗压强度，安定性确定钢渣、脱硫粉煤灰以及碱激发剂Ca(OH)2的最佳配合比4∶4∶2，其经过8h蒸养后强度能达到24.28 MPa，再次碳酸化后强度提升至29.63MPa，且压蒸安定性合格;延长静停时间，能生成更多的AFm和C-S-H，试块强度随之增加;随着蒸养时间的增加，试块强度增加，平均孔径减小，其中蒸养8h试块的平均孔径由6h的160.4nm减小到85.4nm;碳酸化能使试块的强度得到进一步提升;蒸养的水化产物多为不规则的非晶体形貌，其结构可能为团状或薄片状物质交织在一起形成的无定形凝胶质。
　　(3)利用碳酸化-蒸压养护制备钢渣和脱硫粉煤灰建材制品，初步探究碳酸化和蒸压对实验结果的影响。研究发现C-S-H在蒸压过程中会脱去游离水和部分结晶水，导致试块的平均孔径由蒸压前的87.8nm增大到158.7nm，强度从25.25MPa下降到23.45MPa。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 钢渣利用的必要性

1．1．2 脱硫粉煤灰利用的必要性

1．1．3 矿物碳酸化的优势

1．2 相关领域研究现状

1．2．1 钢渣的研究

1．2．2 脱硫粉煤灰的研究

1．2．3 碳酸化的研究

1．3 研究目的及意义

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究意义

1．4 本论文的研究内容和技术路线

1．4．1 本论文的研究目标

1．4．2 本论文的技术路线

1．4．3 本论文的创新点

2 利用水化-碳酸化耦合作用制备钢渣和脱硫粉煤灰建材制品

2．1 试验原材料

2．1．1 钢渣

2．1．2 脱硫粉煤灰

2．1．3 化学试剂

2．2 试验测试仪器和测试方法

2．3 原材料配合比及水化-碳酸化耦合作用对制品性能的影响

2．3．1 实验工艺流程

2．3．2 测试结果和分析

2．4 水化时间和样品养护形态对制品性能的影响

2．4．1 实验工艺流程

2．4．2 测试结果与分析

2．5 本章小结

3 利用蒸养-碳酸化制备钢渣和脱硫灰建材制品

3．1 原材料配合比对制品性能的影响

3．1．1 实验工艺流程

3．1．2 主要性能测试结果

3．1．3 结果分析

3．2 静停时间对制品性能的影响

3．2．1 实验工艺流程

3．2．2 性能测试和结果

3．2．3 结果分析

3．3 碳酸化对制品性能的影响

3．3．1 实验工艺流程

3．3．2 性能测试和结果

3．3．3 结果分析

3．4 蒸养时间对制品性能的影响

3．4．1 实验工艺流程

3．4．2 性能测试和结果

3．4．3 结果分析

3．5 本章小结

4 利用碳酸化-蒸压制备钢渣和脱硫灰建材制品

4．1 实验工艺流程

4．2 性能测试和结果

4．3 结果分析

4．3．1 XRD分析

4．3．1 TG-DTG分析

4．3．2 孔隙率分析

4．3．3 SEM分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢