复合激发剂对碱矿渣胶结材水化进程与收缩性能影响研究

摘要

碱矿渣胶结材是一种低碳环保的胶凝材料，具有优异的力学性能及抗化学侵蚀等性能。然而，碱矿渣胶结材浆体凝结硬化速度过快、硬化体收缩大的问题限制了其推广应用，开发调控碱矿渣水化进程的技术手段是有效解决上述问题的重要课题。　　本文通过混料设计对水玻璃、Na2CO3、NaOH 和 Ca(OH)2四种激发剂进行复合，在固定水胶比（0.4）与碱当量（4%Na2O）条件下，研究了四种激发剂的比例与矿渣品质对碱矿渣胶结材初始流动性、抗压强度及水化进程的影响，分析了四种激发剂对矿渣的激发作用与其间的交互作用随龄期的变化规律，以及矿渣品质对其激发作用的影响规律，并通过等温量热法、X 射线衍射、热重测试、压汞法分析其作用机理；并根据试验结果设计激发剂组合，研究其对碱矿渣胶结材自收缩行为的影响，同时结合化学收缩、内部相对湿度、水化产物和孔结构分析改善机理。揭示的主要规律如下：　　① 激发剂的复合可有效调控碱矿渣胶结材的抗压强度发展与水化进程。相比水玻璃激发的碱矿渣胶结材，Na2CO3 的加入会减慢碱矿渣胶结材的水化进程；NaOH和Ca(OH)2的加入能加快早期的水化进程，但均会降低28d的水化程度。根据 ANOVA 方差分析得到的回归方程，提出了利用激发剂种类与比例调控碱矿渣胶结材水化进程的具体技术途径。　　② 在碱当量和水胶比一定的条件下，水玻璃和Ca(OH)2对矿渣的激发作用随矿渣化学组成的变化不大，Na2CO3与NaOH在不同化学组成的矿渣中早期激发作用变化较小，后期发展受矿渣化学组成影响较大。此外，不同激发剂间的交互作用对AAS抗压强度的作用龄期与矿渣化学组成有关。　　③ 利用复合激发剂能在一定程度上调控不同化学组成的矿渣所制备的碱矿渣胶结材水化进程与抗压强度发展。但由于不同化学组成的矿渣对激发剂的敏感性不同，导致对不同矿渣的调控方法不统一。　　④ 复合激发剂中Ca(OH)2掺量与矿渣品质均对碱矿渣胶结材自收缩与化学收缩有显著影响。复合激发剂中 Ca(OH)2掺量较低时，对碱矿渣胶结材自收缩的影响取决于矿渣种类，当激发剂中 Ca(OH)2掺量较高时，能显著降低碱矿渣胶结材的自收缩；复合激发剂中 Ca(OH)2的掺量有可能增大或减小碱矿渣胶结材的化学收缩，同样取决于矿渣种类。复合激发剂中 Ca(OH)2掺量对碱矿渣胶结材自收缩和化学收缩作用相反的情况说明自干燥引起的收缩在自收缩中占比较大。

目录

1 绪 论

1.1.1 引言

1.1.2 研究背景

1.1.3 研究意义

1.2 激发剂种类与掺量对碱矿渣胶结材性能的影响

1.2.1 单激发剂的作用机理及其对AAS性能的影响

1.2.2 复合激发剂的作用机理及其对AAS性能的影响

1.3 矿渣品质对碱矿渣胶结材性能的影响

1.3.1 矿渣水硬活性影响因素

1.3.2 矿渣水硬活性评价参数

1.4.1 课题的提出

1.4.2 主要研究内容及技术路线

2 原材料与试验方法

2.1.1 矿渣

2.1.2 碱组分

2.1.3 细集料

2.2 混料设计

2.3 试验方法

2.3.1 砂浆流动度与力学性能测试

2.3.2 自收缩与化学收缩测试

2.3.3 内部相对湿度测试

2.3.4 水化产物与水化程度测试

2.3.5 MIP测试

3 复合激发剂对碱矿渣胶结材性能的影响

3.1 复合激发剂对AAS砂浆流动度的影响

3.2 复合激发剂对AAS砂浆抗压强度的影响

3.3 复合激发剂对AAS水化进程及微观结构的影响

3.3.1 AAS水化进程分析

3.3.2 AAS水化产物类型分析

3.3.3 AAS水化产物生成量分析

3.3.4 AAS孔结构分析

3.4 本章小结

4 矿渣化学组成对复合激发剂激发矿渣性能的影响

4.1 矿渣分析

4.2 矿渣化学组成对复合激发剂激发AAS砂浆初始流动度的影响

4.3 矿渣化学组成对AAS砂浆抗压强度的影响

4.4 矿渣化学组成对AAS水化进程的影响

4.4.1 AAS水化进程分析

4.4.2 AAS水化产物类型分析

4.4.3 AAS水化产物生成量分析

4.5 本章小结

5 复合激发剂对碱矿渣胶结材收缩性能的影响

5.1 复合激发剂对AAS自收缩的影响

5.2 复合激发剂对AAS化学收缩的影响

5.3 复合激发剂对AAS自收缩的作用机理分析

5.3.1 AAS内部相对湿度

5.3.2 AAS水化产物生成量分析

5.3.3 AAS孔结构分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

附录

A 方差分析表

B 作者在攻读学位期间发表的论文目录

C 学位论文数据集

致谢