（材料学专业论文）高钙灰、钢渣矿物复合水泥改性技术及性能研究.pdf

武汉理王丈学硕学位论文 摘娶 0 5 年我聱瘩援产量毫达j 0 ，雒亿掰轻，丈量赘深帮能源黪瀵耗，经拳混行 业的可持续发展面i 临严峻挑战。利用工业废渣作为水泥混合材和制铸特殊功能 胶凝材料是解决问题的有效途径之一，不仅节约资源、能源，减少污染，还可 隧稍用废渣特性克联张鼗盐水淹自身簸酪。论文依托匡家“8 6 3 ”谍题低环境负 荷型水泥及胶凝材料若键制备技术，通过开发复合改性技术，利用高钙灰、铡 渣磷翱出离醚久性驳凝掺台糕，并系统研究其使髑性戆和辩久性能。 高钙灰特性研究表明，除了组分含擞波动、f - c a o 含擞高以外，显著延长 凝结时间，掺5 0 高钙原灰的笈合水泥不能正常凝结并可能引起安定性不良。 钢浚特性磅究表朝，豫了维势奄董渡裁，锅渣活经较高钙敷低，掺霆超遥3 0 明盟降低水混、混凝强度。 剥雳煅烧磷石膏、三乙醇黢秘枫槭滚化等措撼对高钙灰襄钢渣进行活性激 发，研制出高辩| 久性胶凝掺合料，使高钙获和钢渣可等量取代水泥用趱的2 0 5 0 并显著改善水泥、混凝土耐久性。矿物复合改性技术的化学激发机理是， 溉烧石膏其蠢溶解凄慈及鑫体缨构橙建浆特性，这耪特性使瀑浇磷露膏瑟具有 较高的活性激发效果叉能具有一定缓凝作用；三己醇胺既舆有早强作用，又能 起到良好的助磨效果；謦细的物理激发馊高钙灰、钢渣褪颗粒减少，比表面增 加，增加反应活性，同时弱纯f - c a og l 越的安定谯不良。 利用高锈灰、钢渣和煅烧磷石膏制备的高耐久性胶凝掺含料m p s 以5 0 等鬟瑕芪拳溅，蔽秒2 8 天撬摄抗压强袋虽然降撼，照二次承纯豫蠲促佳蔽妙 9 0 天抗折抗压强度明殿提高。并且采用2 0 c ，淡水浸泡养护、5 0 r h 干燥猝 护和5 n a 2 s 0 4 溶液浸泡养护三三种养护制度研究m p s 高耐久性胶凝掺合料对腔 砂体积收缩性能影响，发现腔砂2 8 天、9 0 天体税收缩均有明显抑伟作用。养 护2 8 天，纯水泥试样体积均虽收缩状态，而采用n i p s 离i 6 i 毒久性胶凝掺合料试 撵在三静姜护铡度下都照子搭欺黪涨状态，未窭魏牧壤现象。莠护9 0 天，在淡 水养护制度下，收缩举降低5 6 9 ：干燥养护制度下，收缩率降低2 8 4 ；程 5 n a 2 s 0 4 溶液养护制度下，收缩率降低8 8 。1 ，试体接近霉收缩。混凝氯离 子渗透性试验和抗冻融循环试验证弱，采麓m p s 黼耐久性胶凝掺合瓣，渗透程 只有纯水泥试样的6 6 9 ，而1 0 0 次凉融循环动弹模损失只有纯水泥试样的 2 9 + 9 。 【荚键词】商钙灰，钢渣，煅烧磷石膏，矿物复含 垫塑堡三奎堂堡主堂焦堕茎 a b s t r a c t i n2 0 0 5 1 u r g eo f r e s o u r c e sa n de n e g yh a v et ob eu s e du pf o r1 0 6 4b i l l i o n t o n s c e m e n tp r o d u c t i o ni nc h i n a ，w h i c hr e s u l t si nt h es e r i o u sp r o b l e ma b o u th o wt o d e v e l o pc o n t i n u a l l y t or e s u l tt h i sq u e s t i o n , o n eo fe f f e c t v et e c h n i q u e si st ou t i l i z e t h ei n d u s t r i a ls o l i dw a s t ea sc e m e n ta d m i x t u r eo rc e m e n t i t i o u sw i t hs p e c i a lf u n c t i o n ， w h i c hr e d u c e sn o to i l l yc o n s u n l e so fr e s o u r c e sa n de n e r g y ，b u ta l s oi n d u s t r y p o l l u t i o n se l s e t h es h o r t c o m i n g so fp o r t l a n dc e m e n ti t s e l f c a l lb er e s u l t e db y u t i l i z i n gc h a r a c t e r i s t i co fi n d u s t r i a ls o l i dw a s t ea sw h i l ea s f u n d e db yt h en a f i o n a l 8 6 3p r o j e c t t h ek e yt e c h n i q l d e sf o rp r e p a r a t i o no f l o we n v i r o n m e n tb u r t h e nt y p e o fc e m e n ta n dc e m e n t i t i o u s ，i t i g hc a t c i u ma s h ( i - i f ) a n ds t e e ls l a g ( s s ) a r eu s e dt o p r o d u c eh i g hd u r a b i l i t yc e m e n t i t i o u sw h i c ho fw o r k a b i l i t ya n dd u r a b i l i t ya r es t u d i e d i nt h i sp a p e r s t u d yr e s u l t so fh fc h a r a c t e r i s t i cs h o wt h a th fp r o l o n g st h es e t t i n gt i m e o b v i o u s l ya n db l e n dc e m e n tw i t h5 0 h fs h o w sa b n o r m a l l ys e t t i n g e x p e c th i g h f _ c a oa n di n s t a b i l i t yo fc o n t e n t s t u d yr e s u l t so fs sc h a r a c t e r i s t i cs h o w 血aa c t i v i t y o fs si sl o wa n dc o m p r e s s i o nw i l lf a l ls h a r p l yw h e ns si sm o r et h a n 3 0 c e m e n t i t i o u s ，e x p e c ti n s t a b i l i t yo f c o n t e n t u n i t i n g c a t c i n e dp h o s p h o r g y p s u m ( c g l t r i e t h a n o l a m i n ew i t hm e c h a n i c a l g r i n d i n g ，h fa n ds sa r ea c t i v e da n df o r mh i g hd u r i b i l i t yc e m e n t t i o u s w h i c hc a l l s u b s t i t u t ef o r2 0 5 0 o fc e m e n tt om e n dd u r i b i l i t yo fc e m e n ta n dc o n c r e t e t h e m i n e r a la c t i v a t i n gm e c h a n i s mi st h a tc gc a l ls t i m u l a t ep o z z o l a n i c i t yb e c a u s eo f h i g h e rs o l u b i l i t ya n dl o o s e rc r y s t a ls t r u c t u r e a n dh a s 也ep i o p e r t yo nr e t a r d a t i o n s e t t i n g ；t r i - e t h a n o l a m i n eh a st h ep r o p e r t i e so ni n c h o a t ec o m p r e s s i o na n dh e l p i n g g r i n d i n g ；也ep h y s i c a lg r i n d i n gc a nm a k eh fa n ds si n c r e a s es u r f a c ea c r e a g ea n d a c t i v i t ya n dd e c r e a s eh a z a r d i e s so f f - c a o h i g hd u r a b i l i t yc c m e n t i t i o u s ( m p s ) i n c l u d e sc a l c i n e dp h o s p h o r g y p s u m ，h fa n d s s w i mm p so f5 0 c e m e n t ，i n2 8d a y s ，m o r t a rc o m p r e s s i o ni sl o w b u ti n9 0d a y s m o r t a rc o m p r e s s i o ni se n h a n c e do b v i o u s l y i ni nt h r e es o r t so fc u r i n gm e 血o d so f 2 0 ，a n dt a pw a t e rc u r i n g ，5 0 r hc u r i n ga n d5 n a 2 s 0 4l i q u o rc u r i n g ，e f f e c to n v o l u m ec h a n g eo fm o r t a lw i t hm p sh a sb e e ns t a d i e da n dr e s u l t ss h o wt h a tv o l u m e s h r i n k a g eo f m o r t a l h a sb e e np r e v e n t e di n2 8d a y sa n d9 0d a y si n2 8d a y s ，v o l u m eo f 1 0 0 c e m e n tm o r t a l i ss h r i n k i n g ，b u t 埘也m p s ，v o l u m eo fm o r t a r sa r es w e l l i n gi n t h et h r e es o r t so fc u r i n gm e t h o d s i n9 0d a y s ，a n di nt a pw a t e rc u r i n g s h r i n k a g ef a l l s 5 69 ；i n5 0 r hc u r i n g ，s h r i n k a g ef a l l s2 8 4 ；i n5 n a 2 s 0 4l i q u o r c u r i n g ， s h r i n k a g ef a l l s8 8 1 a n di se l o s e dt oz e r os h r i n k i n g i nt h ee x p e r i m e n t so f c h l o r i n e i o np e n e t r a t i n ga n dr e s i s t i n gf r e e z i n ga n dt h a w i n gc i r c l e so fc o n c r e t e ，r e s u l t ss h o w t h a t 埘t l lm p sc e m e n t i f i o u s ，c h i o r i n ei o np e n e t r a t i n gp e r f o n n a n c eo f c o n c r e t ei so n l y 6 6 9 o f1 0 0 c e m e n ts a m p l e ，a n da f t e r1 0 0f r e e z i n ga n dt h a w i n gc i r c l e s m o d u l e 1 0 s ti so n l y2 9 9 o f10 0 c e m e n ts a m p l e 【k e y w o r d s 】h i g l lc a l c i u ma s h ，s t e e ls l a g ，c a l c i n e dp h o s p h o r g y p s u m ，m i n e r a l c o m p o u n d i i 茎鎏堡三查兰蒌圭兰壁鎏薹 第一章绪论 2 0 0 5 年，我莓承涎产量l o 西4 亿碡，产量属髓弊首位，简时，水泥的生产 对能源的消耗和对大气的污染非常突出，与环境和能源的协调发展问题日趋严 浚，走绿色诧、生态讫_ i 莛路或荛拳泥行渡哥持续发袋豹重要方蠢 1 - 3 。 1 1 概述 我国基础建设正处于高速发展时期，水泥产餐已经连续几年大幅度增长。 目前世界c 0 2 年排放憩攫约1 3 0 亿吨，其中生产水泥产生黝c 0 2 占1 t 0 ，按照 生产1 吨水混熬辩向环境释放1 吨c 0 2 计算。我鞫水泥行、韭占据了全蓉c 0 2 总 排放量的3 0 ，占世界c 0 2 总排放量的5 。水泥工业每年排放粉尘9 0 0 万吨， 占全露患量的4 0 ；每年消耗终l 亿睫媒，占全滏总煤耗瓣8 ，耱电8 0 0 亿 度。而早在1 9 9 7 年，吴中伟院士就建议 2 1 ，为避免资源的过度消耗和控制熟 料生产释放的巨量c o ”减轻环境负荷，我国水泌熟辩产擞瘦控制强当时的年 产鬣承平，我国当时的水泥产薰为5t 亿吨，其中熟料产蚤3 , 6 亿吨，占世界产 量的l ，3 ，并预计到2 0 1 0 年时的水泥产量才会逐步增加到8 8 5 亿吨，实际上 受2 0 0 4 年褒豹承撬产鬟已经达弱9 7 亿穗，其中熬辩7 钇堍，接近毽赛年产鬣 的1 2 i s l 】，2 0 0 5 年已经达到1 0 6 4 亿吨。 从入均水泥年消耗璧分辑，我国已缀达到7 0 0 k 年熬消耗量，这是发达鞠 家曾经达到的媛高水平1 4 j ；按照人均水泥累计消耗燕，2 0 0 2 年我国为70 4 t 3 1 ， 根据0 3 、0 4 年水泥产量推算，到0 4 年我鞫人均水漉蒜计消费量已经达到8 3 4t ， 与曩本、台湾琏区2 5 ，5t 左右灏a 蘑素诗漓费量满有一定慧距。青研究认为， 当人均水泥累积消费量迭到2 0t 左右，水泥消费处于稳定或开始回薄时期【9 1 。 所以，强翦我霆水泥产殛将在麓蜂絮维搏较长豹嚣孪闽。 降低水溅生产环擒负荷的战略目标，即实现对生态环境的零污染、对外界 电能的零消耗、对废物废水的零撑放、对天然化石燃料的零消耗以及对社会郝 分废物的德环鞴角“。“8 6 3 ”谦题对水溺生产全过程的环境澎响评价显示，程 各种可行的技术措施中，如果在水泥复台的生产过程中将工业废渣掺量在目前 戆綦础土平砖摄裹2 5 ，虽 j 对减轻繇蠛囊耱鹣影嫡载重霹戳达到8 5 班主# 。 采用工业废渣作为混合村，能够在降低熟料产量以减少次性资源消耗的 武汉理工大学硕士学位论文 同时，减轻其他工业的环境负荷。这一技术不但可以改善水泥性能，避免工程 结构提前进入维修期或过早破坏，减轻对环境的压力，而且可能使水泥生产达 到负排放。但由于熟料品质和混合材制备工艺问题，在水泥复合生产中对工业 废渣的利用率有待进一步提高。 1 2 高钙灰、钢渣改性技术研究与应用的国内外发展现状 在国内外，利用高钙灰、钢渣作为混凝土掺合料的研究很多 1 2 - 5 2 但在真 正应用于复合水泥生产中较少“j 。 1 2 1 发达国家应用现状 美国对水泥中掺入混合材的数量严格限制，通常采用的普通波特兰水泥 o p c ，除加入必要的石膏作为缓凝剂以外不准掺入任何混合材。如果为了改变 水泥的某些性能指标而必需加入其他物料时，则水泥品种名称将随之改变，外 加物的名称和数量也必需严格地规范和限定，不得含糊其词的统称为“混合材”， 否则就将被视为废品，基本没有采用高钙灰、钢渣生产水泥。但在混凝土中利 用高钙灰却较早，早在上世纪2 0 年代就有应用报道，按照a s t m c 6 1 8 标准， 根据c a o 含量将粉煤灰分为c 级灰( 高钙灰，c a o 含量1 0 ) 和f 级灰( 低钙灰， c a o 含量 毫锊灰 镊渣粉 糖 煤灰； 按照真密度大小的顺序为：钢涟粉 矿粉 高钙灰 粉煤灰； 按甄对隶混浆体豹糖浆往影确大小簸亭为：高钙灰 矿粉 粉煤获 钢渣； 他们的共同特性是，质地比熟料及其水化产物坚硬，二次水化消耗熟料的 东化产秘c h ，袋嚣东诧霹生成与承涯基曩稳嗣瓣c s h 、铝( 铁) 酸锷、硫铝 武汉理工大学硕士学位论文 ( 铁) 酸钙等水化物。 1 6 12 颗粒粒径及级配 水泥的粒径分别影响颗粒的水化活性和堆积密度。细颗粒水化活性高，较 早生成有效水化物，粗颗粒水化慢，相同时间内提供的水化物少，甚至部分只 能作为惰性颗粒存在于水泥石中；另一方面，最密集堆积要求粒径间有足够大 的差距，以使小颗粒填充于大颗粒间的孔隙中，但由此确定的粒径分布不能保 证各组分充分水化。所以，水泥的颗粒粒径级配与不同组分的水化活性有关， 同时要考虑对早期水化速度变化引起的水泥浆体流动性及水泥与外加剂适应性 的变化。现代生产中推广高c 3 s 熟料n 0 5 1 “1 ，由于其易磨性提高，颗粒细度增 加，粒径差距变小，颗粒间的静电力、范德华力等相互排斥作用增加，早期水 化程度提高，增加了早期水化消耗的水，水泥浆体的经时流动性降低，实际应 用中反映出对减水剂的适应性降低【1 0 7 。1 “1 。 1 6 1 3 组分与颗粒级配 按照最紧密堆积要求，水泥石强度并不一定随水泥细度的增加而提高，而 是要求组分颗粒间的粒径合理匹配；细的水泥颗粒水化活性高，可以产生较多 的水化物，同时需要填充由于水化产生的的孔隙量也相应增加；增加粒径，可 以增加堆积密度但降低水化活性。有研究表明，如果水泥石完全由c s h 凝胶 构成，并不能得到最高的强度，一定数量的微集料的存在可以提高水泥石的强 度，即在水泥组分中存在部分作为填充的不水化物即混合材是有利的。复合水 泥的最佳粒径分布应该使体系的堆积密度和水泥颗粒的水化活性相匹配，使体 系获得尽可能大堆积密度，同时所产生的水化物足以使颗粒间的孔隙被完全填 充，而且水泥石中c s h 凝胶和微集料有适当的比例。 在复合水泥中，不同组分的获取成本、水化活性和作用各不同，因此可以 分别磨细为不同的粒径。水泥熟料细度应保证其2 8 天内充分水化以充分利用， 而且加快早期水化速度，弥补混合材早期水化程度的不足，为水泥提供早中期 强度，通过调整混合材的细度，可以调整其水化速度，为水泥的中后期强度的 增长提供保证，可使混合材尽可能多地水化，而未水化粒子可作为微集料。 1 6 2 矿物复合水泥的强度及结构理论 1 6 2 1 中心质假说 吴中伟于1 9 5 7 年创立的中心质假说【1 1 2 】，是目前解释水泥、混凝土性能普 遍采用的著名理论，如图1 - 2 所示。中心质假说是将结构中物相分成中心质( 分 武汉理工大学硕士学位论文 集料、钢筋、钢丝网l 熟料 j a f t 、c h 及其他结晶态水化物l 世 l 少量 【各种纤维增强聚合物基i 渡潦糖麓 成纛l | 凝胶l “ | 可蒸发水j p 1 岬譬 i 吸附水i 7 t 巫d 痢 界面 + 次中心质l 二 q 大介质( 结构膜层) b ) 都被半径均等予r c 的细孔所连通，糯当于孔体 系的连续性教生奇 异毪发敬，我瓣整个 硬化体可视为由固 体连续相与强连续 相相置啮合两成，此 时秉压入体积迅猛 增长，产生簸赛现 象，r 。为渗流阑值。 臻1 - 3 戒涯嚣强渗渡模型 f i g 1 - 3p o r ep e r c o l a t i o nm o d e lo f c e m e n ts t o n e 图i o 强水泥嚣孔羽络的渗流摸袋示意强。 水泥石的耐久性目前越来越蹙到关注，作为水泥石、抗渗性是混凝土抵抗 各神馒蚀的第道屏障，因此建立渗透系数与硬化体结构的关系意义重要。 般歆内东淀石中豹凝皎体抗渗链滓常高，渗透系数霹达2 lo - 1 7 m s ，阮天然火 成岩的抗渗性还好，水分子通过凝胶孔十分困难。水泥石的抗渗性圭鼹取决于 毛缨琵静数量。 1 6 2 5 其他水泥石强艘理论 爨强裁为止，强度与结掏装蒜懿理谂并不统一，巍性鼯裂理论 1 2 13 ( et - i w i t t m a n n ) 认为强度主簧与其弹性模量、表面能以及裂缝大小有关；结晶接触 点理论 1 4 0 ( a 。q ，巴拉克) 认为水泥石多孔体强度主要抉定予结晶结构网中接触 点的强度和数燕；胶空阮理论”硐( i c ，p o w e r s ) 试为水泥石强度决定子求证产 物充满原始充水空闻的程度。与胶空比理论相似的是孔隙理论，认为水泥石强 度懿发展凝跫予魏敬率。这些不弱数理论均辘够献一定豹螽震解释一些实验现 象，同时也具有各自的局限性。因为对每种理论解释都可以找到一些相反的实 验或实际例证，丽这些理论似乎酃可以器 乍“中心艨假说”理论在特殊情况下 的避步解释。界面过渡区( m o n t e r i r o ) 城论f l 塌认为水泥颗粒溶解的离子很容 易扩散到集料周围高水灰比区域，而且c h 易在集料表面择优取向生成，混凝 武汉理工大学硕士学位论文 主在受力及耐久瞧破坏时，首先孰该区域破坏与分离。一般认为这种过渡区厚 度为2 0 ，4 0 岫，与普通水泥颗粒尺寸相当，因而如果能压缩过渡区厚度并减少 秘改善该区域蠹c h 数量及取彝，羽瑶显萋携裹整个混凝体系熬化学矬爱。 沈凰申。州于1 9 8 1 年提出了包括“形寤、活性和和微集料”等3 种效应 的“粉煤灰效应”。“形态效应”主要体现减水作用，使体系形成紧密蟪粳，结 构羲密化和均匀亿；“活性效应”邵混舍材的火由获反应生成c s h 凝胶，能提 高混台材里在水泥石体系中的粘结，同时减少水泥石中不利于耐久性的晶相 ( c h 出予较强熬缝晶取韵产生秀蘸薄弱区) ，改善撬凝的空缀褐帮截囊过凄 区，从而提高混凝土的综含耐久性；微集料效应是指矿物掺合料颗粒均匀分布 予水泥浆体的基相中，就像缨微的嶷辩一样，具有增强硬化浆体的作用。 一皴研究认为“。2 ”，混合材仪具有潜在的水化活性，生成c s h 凝胶量 少，稀释了水泥霹中水化产物的“浓度”，使强度尤其是早期强度随掺量的增加 曩孬下终。露复合毒嚣辩鳇强袋理论试为h “l ，承涯石强菠一觳只育几十m p a ，远低 于硅酸盐分子键含的强度水平，水泥混凝土强度主要与其亚微观结构相关，孔 骧率是控制强度瓣决定困索，因此减小孔黥枣意眯着捷毫强度。2 0 世缎7 0 年 代，熟聪水泥1 1 制、n d f t l 3 0 、d s p l l 3 1 】材料等一系列超高强水泥基材料的相继发 明更加坚定了这种观念。改变了那神认为化学能释放越多，材料强度就趟高的 传统狡凝辛才辩静强度窥念。在这些致密毒| 料中，承纯程度其有2 0 5 0 ，丽强度 却比较容易达到2 0 0 m p a ”q ，甚至达到6 0 0 m p a 1 3 ”，所以，唐明述媳出，水 涯混凝土莲鸯良好熬堆积，不器要全部求纯往学能赣可形残高强，关键在于颗 粒的堆积状态的颗粒之间的界面结合。 对于不同的矿物，m e h t a 【1 ”j 研究认为，低钙粉煤灰的粒发分布是影响其活 性的最蕊要因素之一，其活性正比予小于1 0 ”m 的颗粒含量，反比予大予4 5 p a l l 的颗粒含量。蒋永惠【l 圳利用灰色度系统分析方法研究认为，粉煤灰中1 0 ，2 0 u l n 鞭避含爨与承泥强瘦熬美联凄最大，3 0 辫豁下鬏秘与永嚣强度麓关联凄大于 o 9 ，而大于3 0 p 。m 颗粒与水泥强度负相关；鼹提高粉煤灰水泥的强度，应提高 粉煤灰中小于3 0 蚌m 的颗粒含量。葵露d u n d e e 大学d h i r p k e l 3 ，j 等人指出，龄煤 灰化学成分变异较小，对混凝质缀的影响小，但其物理性能变异大，驻著影 响混凝土质量。 隧麓承胶毙扮降低，米承侥永涎鲎增蕊，永耗产物量下降，但由于颡粒闯 距离减小，要填充的充水空间也减少，混凝土密实性提高，界丽问结合良好。 将佟为微集睾尊( 中心餍) 的来水纯熟辩颗粒替换为本赶强发菱毫的矿垮矮 2 武汉璎芏大学硕士学谴论文 粒，不仅使强度提高，而且改善耐久性，因为这些熟料颗粒因为缺水而未水化， 其畿位较高，在热力学上不稳定，妇采螽瓣褥4 承分，萁求纯产生的体积交诧 将威胁结构的稳定性。 1 7 零章小缝 ( 1 ) 透过分辑国内外水泥生产、研究与应用现状，荠续台我国赘源状况， 分析离钙粉煤敬在低环境负荷型簸合水泥中应用的熏要意义、技术内涵及特点， 根据8 6 3 课题要求提出黼钙灰复含水泥组成及性能指标。 ( 2 ) 确定主要研究内客、研究嚣懿、技术黠线、技术藤理以及具体实藏方 式。 ( 3 ) 分掇潮内势蠢关复合水混豌裹钙获、钢渣在复合隶溅中痖爆豹搜术弼 究、发展现状和研究基础。 ( 4 ) 简遴“中心质假说”、“次第水化”、“群子”、“逾渗”等水泥复合理 论。 ( 5 ) 分析改善工业废渣矿物活性的关键技术成果。 亟堡翌王盔堂塑主堂垡堡墨 2 1 原材料 第2 章实验原材料及实验方法 2 1 1 水泥 濑j e 华新脚h “i n ) 4 2 。5 r o 水泥，其滢台考才掺量必5 i s n ：d + 1 5 r 旷渣羚e 表2 - 1水沈化学及主辩矿物成分分析 c e m e i l “s i 0 2 f 0 2 0 3 a 1 2 0 3t i 0 2 c a o m g o l o s s s 锄 c 3 ac 3 sc 2 sc 4 a f t a i h e i y 2 0 , 0 0 26 l5 4 】02 7 6 6 6 6 01 02 4 41 ，9 59 96 838 87 9 h u a x i n 2 10 423 669 40 1 96 12 7 i3 2 37 6i9 4 l o4 5 48 2 072 两种水泥靛纯学成分分析如表2 - i 。 2 1 2 工业废渣 ( 1 ) 武钢矿溉( s l a g ，简称s l ) 。 ( 2 ) 武昌电厂高钙粉煤灰( h i g hc a l c i u mf l ya s h ，简称h f ) 。 ( 3 ) 武汉毒出燕毫厂糕钙糖潆n ( l o wc a l c i u mf l ya s h ，简称因。 ( 4 ) 武钢钢渣粉( s t e e ls l a g ，简称s s ) 。 ( 5 ) 武汉磷砸膏( p h o s p h o rg y p s u m ，筵豫p g ，媛烧辚石膏( c a l c i n e d 表2 - 2不同工业废渣的化学成分分析 w a s t e s s i 0 2f e 2 0 3a 1 2 0 3t i o ：p 2 0 5 c a ff - c a o c a o m g o l o s s s 0 3 s l3 4 3 32 ，7 6 1 75 8 一 - 一 3 4 7 46 9 63 1 50 0 99 8 6 l h f3 95 91 ，9 8 2 28 00 6 l4 2 3 1 84 0 4 ，9 75 8 0 9 83 8 l f5 22 63 0 52 7 6 70 0 6 _ 一 1 1 2 611 42 4 1 9 78 5 s s 1 3 ，2 52 4 。】3 5 。7 一 m 3 ，4 8 4 05 683 5 4 7 8 9 96 2 c g 一 * 一一 l ，7 9 - 一 3 0 1 20 ，0 4 2 0 1 7 4 43 4 9 6 4 6 p h o s p h o rg y p s u m ，简称c g ) 。 4 武汉理工大学硕士学位论文 各种工业废渣的化学成分分析如表2 2 。 2 1 ，3 功能调节材料 ( 1 ) 高效减水剂：天津“巨龙”牌u n f 一5 ，萘系，减水率1 9 。 ( 2 ) 助磨剂：三乙醇胺，工业级，纯度9 5 。 ( 3 ) 激发剂：n a a s 0 4 。 2 。2 实验方法 2 2 1 水化热 采用自研【1 3 ”高效自动水化热 测定装置，参照g b 2 0 2 2 1 9 8 0 直 接法进行，测定装置如图2 1 水化热变化由伸入水泥浆中 的温度传感器获得，经过信号加工 和传递过程被微机采集。从水泥浆 体放入恒温箱飚每隔5 分钟自譬1 ，裟黧娄竺篡器溉 动记录一次水化温度，测试7 2 小 时的早期水化热，得到水化温升与时间的关系曲线。该装置设计多路通道，可 同时测试2 4 组试样。 2 2 2 渗透性实验 ( 1 ) 采用“快速c l _ 渗透测试装置”，参照 a s t mc1 2 0 2 - 1 9 9 7 和 海港工程混凝土结构 防腐蚀技术规范 ( j t j 2 7 5 2 0 0 0 ) 进行混 凝土试样的渗透性评价。 混凝土试件为 1 0 0 r a m 5 0 m m 的圆柱体，每组 图2 - 2 “饱盐”法氯离子扩散系数测试装置 三个试件，在标准条件下 f i g 2 2t e 8 6 n g3 。“i 。f o c l 。d i 仃u 8 i 。“。m 。i e n 斌汉理工大学硕士学位论文 养护至2 8 天龄期磊，使萁在承中浸泡秘天达到吸水镩和，然蔗取出试样自然 凉干，猩测试前放入真空警抽真空。试验时在棍凝土试件的轴向施加6 0 v 的直 流电压，试俘戆羹三、受投嚣铡分鬟赦萋0 3 n 耱n a o h 鞠3 浓波的n a c l 滚滚， 记录6 小时内通过试件的电量q 值( 库仑) ，用来评价混凝土的密实程度和抵 抗氯离子渗透能力e 表2 - 3 通电总豢与】渗溅性评价 ( 2 ) 采用“n e l ” 法测试并计算氯辫子扩散 系鼗，测试装置鲡圈2 - 2 。 采用n ，s b e r k e 、m c h i c k s 於经验公式 1 3 9 计算扩散 系数d e f f ： d e f t = - o 0 1 0 3 x q o 8 4 t a b l e2 - 3c 1 一p e n e t r a t i o ne v a l u a t i o na c c o r d i n g 6 0q 2 2 3 抗冻融裙环实验 混凝抗冻姨实验按照国家标撩g b j 8 2 。8 5 善道混凝土长期蛙锯帮懿久性 能试验方法中的“快冻法”的要求。 2 2 4 拨硫酸盐侵蚀性能测定 采用水泥胶砂强度检验方法，按g b t 1 7 6 7 1 - - 1 9 9 9 进行。两种养护制度： 第一种：5 n a s 0 4 溶液浸泡，温度2 0 。c ；第= 静：淡水浸泡，温度2 0 。c 。 2 2 5 体积稳定性实验 ( 1 ) 化学收缩试验 蜡将玻璃瓶充满，将量管掇入黢塞巾，雳 f 弩2 - 1 0 c h e m i c a ls h r i n k a g e t e s t d e v i c e 胶塞塞紧瓶口，并把胶塞与瓶口接触处用石蜡密封，使液面上升至接近量管的 最高刻度处e 糁仪器复于标准募护室中，待波舔稳定蓐郯可读戢滚匿起戆读鼗。 6 武汉域王大学颧j ? 学位论文 开始3 d ，每隔疆小时谗蒙数据一次，以螽霉天记录数据强次，矗至7 d 、1 4 d 、 2 1 d 、2 8 d 、9 0 d 缡衷，观察浆薅髂积收壤变亿。 ( 2 ) 获砂渡镶安毅 参照j c 3 1 3 ，8 2 成蘩2 5 x 2 5 x 2 8 0 m m 试撵，标券两天焉戏壤，放入承中浸泡 莽护一天，溺腔骖试撵蒸获，然衢艘入特定繇境孛养护，胶砂体穰交纯实验暴 揭三秘葬护嚣l 嶷： 黧一秘：5 n a a s 0 4 滚渡浸滤耱护，溢度2 0 ： 麓二= 秘：平燥莽护，瀣霾2 0 ，穗怼瀑寝5 0 ； 煞三葶孛：淡承浸泡莓护，滠凄2 0 。 2 。2 6 蟹氯纯钙禽爨溅定 c h 含量分残采麓x r d 拳宠罴法f 1 4 l 羁d s c , q ) t a - t g 分爨，x k d 涟暮翔“k 氆法”，待测撵与参眈样貔凄细度先通过穷孔簿；以1 ：1 的矮蠢毙浞念试群； 试捞潺会在玛瑙礤体每掘入多诲嚣农乙群浚磷l h ，避2 次穷i l 薅，使蕊凝合垮 匀；潮片聚用帮嚣充填法邸在平玻璃上藏一撵藻絮，酾入粉象压实螽联下砂纸， 以鸳嚣孛# 麓勰瓣舞，嗣瓣蜜求基力均匀，淹受嚣榉菇 撵动产敷褥往取是：每个 参考试棒稍撵3 次，每次铡袋鹣试棒溅萋3 次，芙溺蠡9 次，取平均馕羟。 戆溅撵c h 静x r d 强度与稼撵强度嬲托馕，与= 蠹在混合矿赞中燕爨嚣分 晓熬魄馕残歪魄，朝： 粤= 酝导鳗 c hc m 式中：b 一待测物辐斑褥鬣蜂强度； c h 一掺入耘梯的特征酶强瘟； x c h 一标糕翰穗的垂羹露分毙；h 一特溺秘禳懿囊爨匿分配 ( 5 秘； k c h 一参魄强发。 斑上式褥至g 德测物桴的c h 窘量：c h = ! 三。二盟。 k c hi c h 、 d t a 一g 分辑按照文教1 4 2 】瓣方法诗舞c h 含爨；4 鞴5 5 0 。c 静必墼t 1 巍 c h 分躲疆柬引起；5 5 04 c 一7 7 0 c 豹炎萋强审郄毒疆纯产物分解失薰又霄c s h 凝 菠及a f m 矮麓脱拳失鬟，霹矮寰这邦分失鬟审鸯1 3 舞凝黢及a f m 熬簸麟戒 l 起，2 3 幽碳纯s | 超，惑酶凝黢及躲m 豹璇亿反寝，靼认为碳纯完全交渊引起， 魇懿蕊_ 璧按照下式诗馨； 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 c h ：f 翌+ 三。丝1 。7 4 1 8 3 4 4 ， 2 + 2 7 敝度分布 采用荧国v d p 一1 7 5 0 图象分析仪，放大1 0 0 倍，参照a s t m e 2 0 8 5 进行； 2 ，2 。8 张结构分析 采用荚国q u a n t a c h r o m ei n s t r u m e n t s 公司嫩产的压暴孔结构测定仪，辨采用 p o r e m a s t e rf o rw i n d o w s ( 4 0 2 版本) 软件进行数据处理分析。 2 。2 9 化学全分析 分别参照g b l 7 6 8 5 和来尾x r f ( 荧光分柝) 进行，x r f 荧光分辑仪采用 荷兰p a n z l y t i c a l 公司的a x i o sa d c a n c e d 品牌机，该机蹙该公司在亚太地区销售 的首台测试仪，测试参数：根据不问元素及化舍物，电压从3 0 v - 6 0 v ，电流从 6 0 a 1 2 0 a 。 2 2 1 0 微观测试 徽腻溅试采麓x 射线衍射努析( x r d ) 、热分辑( d s c t g ) 、扫描电镜( s e m ) 等测试方法。 承纯试撵的铡蠢 将水化试样制成2 0 m m x 2 0 i m x 2 0 m m 成的净浆小试块，标养到规定的水化龄 期时，去除试件表箍可能碳他的皮屡，将内部小块取一部分敲戏2 5 m m 5 o 一 大小，阁无永酒精终止拳纯，以各捆擂电镜测试：将另一部分水化样用冤水酒 精终止水化后，并研磨至一定细度，在4 0 下烘干至恒煎后密封保存，以备2 ( r d 及d s c - t g 测试。 2x 射线衍射分析( x r d ) 袋2 - 3x r d 定性分析实验条件 t a b l e 2 3e x p e r i m e n tc o n d i t i o no f x r d q u a l i t a t i v ea n a l y s i s x 射线衍射分析用来壤定水泥试样的不同结晶相水化产物，本研究采用日 本产d 酶4 2 ( 一i i i 垄2 ( - r a y 蟹掰饺进行测试，定瞧分辑仪器参数觅袭2 - 3 。 3 ，d s c - t g 采爆德匿n e t z s c hs t a4 4 9 c 综合热分孝斤纹，同时遴行d s c ( 差示摆攒爨热) 武汉理工大学硕士学位论文 与t g ( 热重) 分析。仪器测试参数为：炉内采用空气作为保护气体，仪器循环 水温控制在2 5 ，参比样为a 1 2 0 3 。升温制度为：初始温度为2 5 。c ，以每分钟 2 0 的升温速度升至1 0 0 0 。 4s e m 取出用无水酒精终止水化的水泥浆体断裂碎块，在4 0 。c 下干燥至恒重，用 导电胶将样品粘贴在铜质样品座上，真空镀金后置于日本j e o l 公司生产的 j s m 一5 6 1 0 l v 型扫描电镜中观察试样断面形貌。 9 武汉理工大学硕士学位论文 第3 耄高钙灰、钢渣及复合矿物活性特征 本耄主要分析高钙灰、钢渣及复合矿物活性特征，台理设计物理与化学、 矿糖与纯掌激发荆等复合滔性激菱播籀，在兼黩羧盏麓丽对发撵各静工、韭褒渣 在水泥中的功能作用，显蔫提高水混的使用性能和耐久性能。 3 高钙灰活性特鬣 3 。1 离钙灰的物理化学特性 ( 1 ) 高钙款的形成与化学组成 采用旋风式锅炉的电厂霹以利用燃值比较低的褐煤和次烟煤，产生的糖煤灰 为高钙莸：同时，一部分电厂在利糟其它灰分较高的劣质煤时，为稳定燃烧工 况和降低煤的灰熔点而采用石灰石、石灰等增钙燃烧工芭，也得到高钙粉煤灰， 有磅究蠢隽区分上述蔫钙获瑟将荬稼之为增镪葳嘲。与低钙袭生产工艺鞠晓， 高钙灰生产工艺产生的 飞) 灰、( 液态) 渣比由9 ：1 提高到2 ：1 ，同时使灰 祁渣的烧失量均鼹著降低【1 9 2 1 ，有利于其资源化再 n 用。更重要的是，增钙燃烧 工艺可阻起到固硫、脱硫作用，有乖j 于环傈，因此目前我国改造为增钙燃烧工 艺的电厂在增加。飞灰大多采用电收尘，本身已经有超过3 0 0 m 2 k g 比表蕊积的 姻瘦，餐蒸关键滔经蕴努e 8 0 含量随燃烧工蕊豹控赘l 霭渡动较大；液态渣f - c a o 的含量相对较低鼠各种化学成分较为稳定，但仍有安定性隐患，在使用前需进 杼安定性实验。 表3 - 1 两台锅炉的煤灰化学成分分析 t a b l e3 - lc h e m i c a lc o m p o s i t i o no f f af r o m 蚋ob o i l e r s v 2 # b o i l e r ( a d d1 0 c 蚺 3 # b o l i | e r f 艇d 5 c 辩 n o 123 4 5 a v e r a g e 12345 a v e r a g e c a o 例1 7 11 751 801 9 32 0 01 842 5 72 1 12 833 0 41 9 22 50 e a o 脯3 ，93 94 s5 。35 14 5 0 5 66 37 。8s ，16 ；6 l o s s 瞄4 43 82 03 33 63 42 61 814131 918 表3 * l 是采用增钙燃烧工艺的麓电厂两台锅炉每隔1 个小时取样螅化验结 粟，两锅炉的增钙原材料主要均为c a o 、铁粉、沸石、萤石等，但掺量不同。 ( 2 ) 高钙灰的物理性能 武汉理j = 大学硕士学位论文 莱耀商钙获与一种二级低钙粉攥灰 计为l f ) 避行徽蕊形簸对比分析，圈 3 - 1 与豳3 2 是两者在相同放大倍数下的显微照片。 黼3 - 1 高钙获的显檄澎虢强3 - 2 低钙粉煤瓠的显徽形貌 f i g 3 - 1m i c r o g r a p ho f h ff i g 3 - 2 m i e r o g r a p ho f l f 从圈3 1 与黼3 - 2 的对毙可以器出，燕钙灰中存在一些明显的较大颗粒， 这些大颗粒实际上已经可猷通过手触摸分辨出来，在低钙灰中没有这种手感。 利用1 2 0 目( 0 0 4 5 m m ) 、2 2 0 目( o 0 2 5 m m ) 和3 6 0 酲( 0 0 1 5 m m ) 筛进行筛 分磊酌褥余势剽是1 0 、2 稻2 5 ，郅大子o , 0 2 5 m m 的赣粒占，两 0 0 2 5 0 0 1 5 m m 的颗粒只占5 。对比低钙敷的2 2 0 目筛余只有5 左右。如果 按照g b 1 5 9 6 粥予永泥与浞凝串的龄煤获怒定，遮章孛离钙荻遥过0 。0 4 5 m m 筛的筛余重量与一般的二级低钙获棚近，但熟筛余颗粒数较少，尺寸较大。 对两种粉煤灰进行激光粒度分析，如图3 3 、图3 - 4 。 飙强3 - 3 、嚣3 - 4 两耱粉煤获静等效直径分布国土能够看出，普通低钙灰的 粒径按照颗粒个数从0 - 2 0 m 呈连续分布，主要集中于2 - 1 2 “m 之间( 占总数的 鼹3 - 3 高钙飞灰的粒校分布 f i g 3 - 3d i s t r i b u t i o no f g r a i ns i z eo f h f 垂3 - 4 低