钢渣微粉活性激发及钢渣水泥制备技术研究

摘要

随着钢渣处理技术的不断发展，钢渣微粉生产实现了产业化，大量的钢渣有望被进行二次利用，以缓解钢铁企业环保压力和建材行业资源紧缺的压力。但钢渣微粉的实际利用效果不是很理想，其工业化应用的脚步非常缓慢。钢渣成分复杂、化学成分波动较大，且f—CaO、MgO含量较高，严重制约钢渣微粉的大规模应用，因此，目前钢渣微粉还只是一种未开发的潜在资源，未能实现高效、合理的利用。 本论文主要研究钢渣微粉在水泥胶凝材料中的应用问题。分析了钢渣水泥的物理、化学特性，在此基础上对钢渣水泥进行改性；研究复合激发剂对钢渣水泥的活化效果，确定了复合激发剂的组成配比和掺量；通过实验研究优化了钢渣水泥的制备工艺；对钢渣水泥水化产物进行微观分析和研究，探索钢渣水泥活化、水化机理。本论文主要工作及取得的结论包括以下几个方面。 研究了济钢钢渣微粉的组成与结构特点，对钢渣微粉的胶凝活性做出了评价。研究表明，济钢钢渣微粉具有较高活性，碱度为2.63，含有C3S、C2S、C4AF等多种活性矿物；同时含有较多FeO、Fe2O3、MgO等对钢渣微粉的活性和安定性具有不利影响的成分。 改性钢渣水泥的粒度和胶凝活性的实验表明，TEA能够较好的改善钢渣水泥的比表面积，混磨20min，钢渣水泥比表面积达到488m2/kg；运用正交实验进行了水玻璃、Na2S2O3、CaO、TEA四种激发剂复合掺加实验；以3d抗压强度做为活性评价指标，确定了比例(2：0.5：2：0.06)为复合激发剂的最佳掺加配比。 对钢渣水泥的制备工艺进行了研究，确定了最佳工艺条件：原料配比为钢渣微粉40％(质量百分数下同)、矿渣微粉40％、硅酸盐水泥熟料15％、石膏5％、激发剂(外掺)3％；混磨时间20min；钢渣水泥3d、28d抗压强度分别为17.2MPa、44.4 MPa，3d、28d抗折强度3.9 MPa、6.9 MPa。 探讨了钢渣水泥的水化机理。硬化浆体的SEM—EDS、XRD、DSC—TG分析表明，激发剂改善了钢渣水泥的水化活性，加速了钢渣中玻璃体的解离，玻璃体释放出Ca2+和硅(铝)氧四面体离子；矿渣的水化消耗了液相中的Ca2+，生成较多的C—S—H凝胶和AFt晶体，并促进钢渣网络结构的不断解体。激发剂对钢渣水泥水化产物的种类没有影响，但水化产物的数量有所不同。硬化浆体中Ca(OH)2晶体含量大大降低，C—S—H凝胶和棒柱状AFt晶体的生成量显著增多。大量水化产物相互交织、搭接，后期生成的水化产物填充其中，从而形成较密实、坚固的硬化体。 研究了钢渣微粉作为掺合料单独和与矿渣复合掺加配制混凝土的工作性能及物理力学性能，确定了钢渣微粉作为混凝土掺合料使用时的最佳掺量范围。钢渣微粉单独掺加的掺量应控制在30％以内，钢渣微粉与矿渣微粉复合(1：1)的掺量是40％以内。研究了掺钢渣混凝土水化产物的组成与微观结构特征。3d水化产物的空隙中能明显观察到针状的AFt及C—S—H；后期水化产物不断致密，强度不断增加；掺合料可以细化水化产物的孔隙，尤其在水化后期尤明显。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

1.1.1课题研究的背景

1.1.2课题研究的目的、意义

1.2钢渣的形成与处理工艺

1.2.1钢渣的形成

1.2.2钢渣的处理方法

1.3钢渣物理化学特性的研究现状

1.4钢渣胶凝活性激发技术研究现状

1.4.1机械力活化

1.4.2热力学活化

1.4.3钢渣化学活化

1.5早强剂技术发展现状

1.5.1无机盐类早强剂

1.5.2有机胺类早强剂

1.6钢渣在胶凝材料行业的应用

1.6.1钢渣用作配烧水泥的原料

1.6.2钢渣用作生产水泥的混合材掺入料

1.6.3钢渣在混凝土中的利用

1.7本文研究的主要内容

第二章原材料与研究方法

2.1实验原料

2.1.1钢渣微粉

2.1.2矿渣微粉

2.1.3水泥熟料

2.1.4石膏

2.1.5激发剂

2.2试验仪器及设备

2.3实验方法

2.3.1钢渣水泥的混磨

2.3.2钢渣水泥细度与比表面积、粒度的测定

2.3.3钢渣水泥需水量、凝结时间及安定性的测定

2.3.4钢渣水泥净浆强度的测定

2.3.5钢渣水泥胶砂强度的测定

2.3.6钢渣水泥水化产物及微观结构的分析

2.4实验流程图

第三章钢渣微粉活性评价

3.1钢渣微粉生产工艺

3.2钢渣微粉的物理化学特性

3.2.1钢渣微粉的粒度分析及表观形貌

3.2.2钢渣微粉的化学组成及矿物组成分析

3.3钢渣水泥基本胶凝性能研究

3.4钢渣微粉活性评价

3.4.1碱度

3.4.2活性

3.4.3稳定性

3.4.4耐磨性

3.5本章小结

第四章激发剂的选择与激发机理研究

4.1实验思路与设计方案

4.2助磨剂对钢渣水泥性能影响的研究

4.2.1助磨剂对钢渣水泥粉体粒度的影响

4.2.2助磨剂改性钢渣水泥的力学性能

4.2.3助磨剂改性钢渣水泥水化样SEM-EDS分析

4.2.4助磨剂改性钢渣水泥水化样DSC-TG分析

4.3复合激发剂的优化实验

4.3.1复合激发剂的正交配比实验

4.3.2复合激发剂掺加量对钢渣水泥性能的影响

4.3.3复合激发剂最佳配比的验证实验

4.4本章小结

第五章钢渣水泥组成体系的优化及水化机理分析

5.1混磨时间对钢渣水泥性能影响的研究

5.2熟料掺量对钢渣水泥性能的影响

5.3钢矿渣比例对钢渣水泥性能影响的研究

5.4钢渣水泥水化机理分析

5.4.1钢渣水泥的XRD分析

5.4.2钢渣水泥的SEM-EDS分析

5.4.3钢渣水泥的DSC-TG分析

5.4.4复合激发剂活化钢渣水泥机理

5.5本章小结

第六章钢渣微粉配制混凝土的研究

6.1钢渣混凝土的制备工艺

6.2单掺钢渣微粉制备混凝土性能的研究

6.3钢渣微粉、矿渣微粉复合掺加制备混凝土的研究

6.4钢渣混凝土水化产物的组成与微观结构研究

6.4.1钢渣混凝土水化产物的XRD分析及讨论

6.4.2钢渣混凝土水化产物的微观形貌结构

6.4.3钢渣混凝土水化产物微孔结构分析

6.5本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间发表论文目录)