碳铬渣基轻集料表面改性及其与水泥石界面性质研究

摘要

现代工业的快速发展产生了大量的固体废渣，无害化处理和资源化利用这些工业废渣已经势在必行。与此同时，轻集料的原料来源仍然大量依赖天然矿物资源，这十分不利于轻集料的可持续发展。此外，随着现代建筑结构不断朝着高层化、大跨化和轻质化方向发展，高性能轻集料混凝土的市场需求与日俱增，而制备具有高强、低吸水的高性能轻集料成为研究开发高性能轻集料混凝土的关键问题。
　　基于此，本课题将以工业固体废渣碳铬渣为主要原料，并添加适量粉煤灰和铝矾土制备具有高强、低吸水的高性能碳铬渣基轻集料，同时通过在制备的碳铬渣基轻集料表面设计一层具有水化反应活性的高贝利特水泥熟料，从而进一步改善轻集料与水泥石的界面过渡区，并研究改性碳铬渣基轻集料对界面过渡区的改善效果与作用机理，从而为高性能轻集料的制备改性以及碳铬渣的高效利用提供实验依据和理论基础。
　　本课题得出的主要结论包括：⑴通过调整原料组成为50～60 w％碳铬渣，40～32 w%粉煤灰和10～8 w%铝矾土，并控制烧成温度范围在1250～1300℃之间，采用随炉冷却或800℃以下空气急冷制备得到了吸水率在2 w%以内，单颗强度在7 MPa左右的高性能碳铬渣基轻集料。碳铬渣基轻集料表面为一层光滑且致密的釉质层，内部为连续多孔的三维骨架状结构，骨架内部粒状的尖晶石和棱柱状的堇青石交织生长，结构较为致密；⑵碳铬渣基轻集料最佳表面改性工艺为：选用羧甲基纤维素(40 w%)为结合剂，采用二次裹粉成球方式，表面改性层与内层轻集料的比例为24～36 w%；⑶与未改性碳铬渣基轻集料相比，相同水化龄期内改性碳铬渣基轻集料界面过渡区孔隙率更低，界面过渡区厚度更小，界面粘接强度也更高。经分析，水化28 d、56 d、90 d的改性碳铬渣基轻集料界面过渡区厚度分别为未改性碳铬渣基轻集料界面过渡区厚度的80%、62.5%和50%；水化3 d、28 d、90 d的改性碳铬渣基轻集料与水泥石之间的界面粘接强度分别比未改性碳铬渣基轻集料高17.4%，28.0%和39.1%。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 高碳铬铁合金渣的资源化利用现状

1.2.2 轻集料的制备与改性研究现状

1.2.3 集料-水泥石界面过渡区研究现状

1.3 本课题研究目的与内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

2 碳铬渣基轻集料的制备研究

2.1 原材料及试验方法

2.1.1 原材料

2.1.2 轻集料的制备

2.1.3 性能测试

2.2 结果分析与讨论

2.2.1 原料组成

2.2.2 烧成温度

2.2.3 冷却方式

2.3 本章小结

3 碳铬渣基轻集料的表面改性

3.1 原材料及试验方法

3.1.1 原材料

3.1.2 试验方法

3.2 结果分析与讨论

3.2.1 改性层的制备

3.2.2 表面改性工艺研究

3.2.3 改性碳铬渣基轻集料的性质

3.3 本章小结

4 碳铬渣基轻集料与水泥石界面过渡区性质

4.1 原材料及试验方法

4.1.1 原材料

4.1.2 界面过渡区测试样品的制备

4.1.3 背散射图像分析原理与方法

4.1.4 集料-水泥石界面粘接强度测试

4.2 结果分析与讨论

4.2.1 界面过渡区水化形貌

4.2.2 界面过渡区孔隙率分布

4.2.3 集料-水泥石界面粘接强度

4.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果