利用黄河泥沙制作防汛石材固结胶凝技术研究

摘要

本论文基于水利部公益性项目“黄河泥沙资源利用成套技术研发与示范(201501003)”，与黄河水利委员会黄河水利科学研究院一同负责“利用黄河泥沙制作防汛石材固结胶凝技术研究”部分。利用黄河泥沙制作黄河防汛石材，既能缓解黄河下游的防洪压力，又能满足沿黄地区的经济发展需求，具有重大的经济和社会效益。本文通过分析郑州花园口处黄河泥沙和焦作孟州处黄河泥沙的物理化学性质，采用碱激发的方法对其改性，并掺入粒化高炉矿渣粉（以下简称“矿粉”）、红色煤泥、黑色煤泥等掺合料，制备90天抗压强度大于10MPa的防汛石材;同时，借助XRD、红外光谱、SEM等微观测试技术，对改性黄河泥沙复合胶凝材料的抗压强度增强机理进行深入探索。主要研究内容包括:
　　利用不同掺量的Ca(OH)2分别对郑州花园口处黄河泥沙和焦作孟州处黄河泥沙进行碱激发改性，结果表明:利用Ca(OH)2改性黄河泥沙后，其抗压强度有明显提高，在一定范围内，随着Ca(OH)2掺量的增加，同龄期的试块抗压强度增长幅度也越来越大;XRD、TG-DTG及SEM测试结果表明，利用Ca(OH)2对黄河泥沙改性后，反应产物主要是无定型胶凝物质和CaCO3。
　　分别单独利用Ca(OH)2与NaOH对黄河泥沙/矿粉复合胶凝材料进行激发改性，再通过复掺Ca(OH)2和NaOH的方式激发改性黄河泥沙/矿粉复合材料，并研究其不同养护条件下的抗压强度变化趋势。结果表明:在利用Ca(OH)2对黄河泥沙/矿粉复合材料进行激发改性时，其抗压强度基本随着Ca(OH)2掺量的增加而增加;随着龄期增长，改性黄河泥沙/矿粉复合胶凝材料的抗压强度也呈增长趋势，当Ca(OH)2掺量大于5％时，试块90天抗压强度均大于13 MPa，符合防汛石材90天抗压强度大于10MPa的要求。在利用NaOH对黄河泥沙/矿粉复合材料进行激发改性时，其早期抗压强度增长迅速，当NaOH掺量大于3％时，其抗压强度呈劣化趋势。在复掺Ca(OH)2与NaOH对黄河泥沙/矿粉复合材料进行激发改性时取得了良好的试验效果，试块早期抗压强度增长较快，而且后期并未出现抗压强度劣化情况，泛碱情况也得到了改善，当NaOH掺量为0.5％，Ca(OH)2掺量为5％或7.5％时，试块抗压强度在28天就达到了10MPa，并且在28天以后抗压强度稳定保持大于10MPa的水平。
　　分别利用Ca(OH)2和NaOH对黄河泥沙/黑色煤泥复合材料进行激发改性，结果表明:改性黄河泥沙/黑色煤泥复合胶凝材料的抗压强度随Ca(OH)2掺量的增多而呈增长趋势，但其抗压强度随龄期增长的变化并不明显，甚至呈倒缩趋势。在利用NaOH对黄河泥沙/黑色煤泥复合材料进行激发改性时，泛碱严重。
　　分别利用Ca(OH)2、 NaOH对黄河泥沙/红色煤泥复合材料进行激发改性，结果表明:在利用Ca(OH)2对黄河泥沙/红色煤泥复合材料进行激发改性时，其抗压强度随Ca(OH)2掺量的增加而增长。该复合材料的早期抗压强度增长较快，但常温养护28天以后抗压强度基本不再增长。其反应产物中除了凝胶状物质，还有钙矾石。为了改善其抗压强度，加入少量的NaOH及石膏后，其抗压强度有明显提高，当二水石膏掺量为7.5％，NaOH掺量为0.2％，Ca(OH)2掺量为5％时改性黄河泥沙/红色煤泥试块的抗压强度达到峰值，养护90天时抗压强度达到14.4MPa。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 黄河泥沙综合利用研究的应用现状和发展趋势

1．2．1 黄河泥沙在新型建材方面的应用

1．2．2 黄河泥沙在靛源开发方面的应用

1．2．3 黄河泥沙在农业方面的应用

1．2．4 黄河泥沙在河口造陆及湿地水生态维持方面的应用

1．2．5 黄河泥沙综合利用的发展趋势

1．3 碱激发胶凝材料的研究现状及发展趋势

1．3．1 碱激发胶凝材料的研究现状

1．3．2 碱激发胶凝材料的发展趋势

1．4 碱激发改性黄河泥沙胶凝材料研究中存在问题及本文研究目标

1．4．1 存在的问题

1．4．2 本文研究目标

1．5 本论文研究内容和技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

2 主要原材料及实验测试方法

2．1 黄河泥沙的性能分析

2．1．1 黄河泥沙的物理特性

2．1．2 黄河泥沙的化学组成

2．1．3 黄河泥沙的矿物组成

2．1．4 黄河泥沙的火山灰活性分析

2．2 试验选用掺合料的性能分析

2．2．1 掺合料的物理特性

2．2．2 掺合料的化学组成

2．2．3 掺合料的XRD分析

2．2．4 掺合料的火山灰活性分析

2．3 试验选用的碱激发剂

2．4 试验用水

2．5 试验测试方法

2．6 本章小结

3 碱激发改性黄河泥沙试验研究

3．1 成型工艺介绍

3．2 碱激发改性郑州花园口黄河泥沙试验研究

3．2．1 Ca(OH)2掺量及养护时间对改性黄河泥沙抗压强度的影响

3．2．2 改性黄河泥沙胶凝产物分析

3．2．3 热重分析

3．2．4 微观结构分析

3．2．5 结果与讨论

3．3 碱激发改性焦作孟州黄河泥沙试验研究

3．3．1 Ca(OH)2掺量及养护时间对改性黄河泥沙抗压强度的影响

3．3．2 改性黄河泥沙胶凝产物分析

3．3．3 热重分析

3．3．4 微观结构分析

3．3．5 两种改性黄河泥沙抗压强度对比

3．3．6 结果与讨论

3．4 本章小结

4 碱激发改性黄河泥沙／矿粉复合胶凝材料试验研究

4．1 利用Ca(OH)2改性黄河泥沙／矿粉复合材料试验研究

4．1．1 Ca(OH)2掺量及养护时间对抗压强度影响

4．1．2 胶凝产物分析

4．1．3 红外光谱分析

4．1．4 微观结构分析

4．2 利用NaOH改性黄河泥沙／矿粉复合材料试验研究

4．2．1 NaOH掺量及养护时间对抗压强度的影响

4．2．2 红外光谱分析

4．2．3 微观结构分析

4．3 复掺Ca(OH)2和NaOH的改性黄河泥沙／矿粉复合胶凝材料

4．3．1 碱激发剂掺量及养护时间抗压强度的影响

4．3．2 微观结构分析

4．4 养护条件对改性黄河泥沙／矿粉复合胶凝材料抗压强度的影响

4．4．1 不同养护条件下的抗压强度

4．4．2 压汞试验

4．5 本章小结

5 碱激发改性黄河泥沙／煤泥复合胶凝材料研究

5．1 碱激发改性黄河泥沙／黑色煤泥复合胶凝材料研究

5．1．1 红外光谱分析

5．1．2 微观结构分析

5．1．3 利用NaOH对黄河泥沙／黑色煤泥复合材料进行改性

5．2 碱激发改性黄河泥沙／红色煤泥复合胶凝材料研究

5．2．1 Ca(OH)2改性黄河泥沙／红色煤泥复合胶凝材料研究

5．2．2 复掺Ca(OH)2和NaOH的改性黄河泥沙／红色煤泥复合胶凝材料

5．3 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