论文题目: 高钙灰胶凝材料的制备与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 朱洪波
导师: 马保国
关键词: 高钙灰,复合水泥,特殊功能胶凝材料,联合激发,水化程度,耐久性
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 我国每年近10亿吨的水泥生产消耗大量资源和能源，使水泥行业的可持续发展面临严峻挑战。利用工业废渣作为水泥混合材和制备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，还可以利用废渣特性克服硅酸盐水泥自身缺陷。论文依托国家“863”课题《低环境负荷型水泥及胶凝材料关键制备技术》，通过开发联合激发技术，显著提高高钙灰安定性和早期活性，利用高钙灰研制出系列42.5P.C水泥、高活性混凝土掺合料和新型长效膨胀剂，并系统研究其使用性能和耐久性能。 高钙灰特性研究表明，除了组分含量波动、f-CaO含量高以外，高钙灰中粗颗粒含量高于低钙灰4倍，粗颗粒中烧失量高于细颗粒1倍以上，而CaO含量低于细颗粒25％，显著延长凝结时间，掺50％高钙原灰的复合水泥不能正常凝结。 利用煅烧磷石膏、干法电石渣、复合化学激发剂NF和机械活化等措施，研制出联合激发技术对高钙灰进行改性，使安全掺量和制备42.5P.C水泥的最高掺量均由高钙原灰的20％增加到50％。联合激发技术的化学激发机理是，煅烧石膏溶解度高及晶体结构松弛，比天然石膏的活性激发效率高，但降低石膏的缓凝作用，与天然石膏混合既可提高活性又能保持缓凝作用；干法电石渣提供碱激发，促进高钙灰中硅、铝玻璃体解聚，并克服高钙灰对凝结时间的不利影响；硫酸钠虽然早强作用明显，但使后期强度倒缩，NF使各龄期活性都得到提高；磨细的物理激发使高钙灰大颗粒中的CaO和富集碳组分被磨细、分散，活性增加而危害性降低。 首次提出“与水化程度相适应的最紧密堆积”模型概念；在现有“Stovall”数学模型基础上，通过增加“水膜厚度”等参数，推导出适用于复合水泥颗粒设计的“最紧密堆积”模型；在“次第水化”理论指导下，优化高钙灰与其他工业废渣的复合设计并制定高钙灰系列复合水泥的制备技术路线。 运用理论研究结果和联合激发技术，采用20％-30％改性高钙灰与30％-20％矿渣粉或钢渣粉在年产120万吨生产线上实现42.5P.C水泥的工业化生产；实际生产改性高钙灰混凝土掺合料2万吨，活性指数达到S95矿渣粉指标，在不降低强度前提下等量替代20％-30％水泥生产混凝土25万m~3，混凝土的工作性明显提高；实际应用获得显著经济效益。 利用高钙灰、钢渣和氟石膏含有多种膨胀源的特性开发出新型长效膨胀剂WUT，使混凝土零收缩保持时间由UEA及CAS型膨胀剂的28d左右增加到90d，更有效地克服硅酸盐水泥自身体积稳定性差的缺陷；WUT产生长效膨胀的机理是，高钙灰中的f-CaO产生钙矾石和羟钙石膨胀，钢渣中的f-CaO及MgO产生钙矾石
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 概述
1.2 高钙粉煤灰复合水泥生产与研究的国内外发展现状
1.2.1 发达国家应用现状
1.2.2 我国的研究与应用现状
1.2.3 利用其他废渣制备水泥的研究
1.3 低环境负荷型复合水泥
1.3.1 主要内容
1.3.2 技术指标
1.4 研究目标和主要研究内容
1.4.1 研究目标
1.4.2 主要研究内容
1.5 研究的技术路线、技术手段和理论依据
1.5.1 研究技术路线
1.5.2 研究技术手段
1.5.3 研究理论依据
1.6 复合水泥设计基础
1.6.1 组分及颗粒级配设计
1.6.1.1 组分
1.6.1.2 颗粒粒径及级配
1.6.1.3 组分与颗粒级配
1.6.2 复合水泥的强度及结构理论
1.6.2.1 中心质假说
1.6.2.2 次第水化理论
1.6.2.3 群子理论
1.6.2.4 渗流理论
1.6.2.5 其他水泥石强度理论
1.6.3 与水化程度相适应的最佳紧密堆积
1.7 工业废渣矿物的活性激发技术
1.7.1 粉磨加工设备
1.7.2 研究与应用现状
1.7.3 助磨、分散剂的助磨机理
1.8 本章小结
第2章 实验材料及实验方法
2.1 原材料
2.1.1 水泥和水泥熟料
2.1.2 工业废渣
2.1.3 功能调节材料
2.2 实验方法
2.2.1 水化热
2.2.2 电阻率
2.2.3 渗透性实验
2.2.4 收缩与约束条件下的开裂实验
2.2.5 氯离子初始固化力的测定
2.2.6 抗硫酸盐侵蚀性能测定
2.2.7 收缩
2.2.8 高灵敏工作性测试方法
2.2.9 化学结合水
2.2.10 氢氧化钙含量测定
2.2.11 粒度分布
2.2.12 孔结构分析
2.2.13 化学全分析
2.2.14 其他实验
第3章 高钙灰改性技术及水泥复合工艺
3.1 高钙灰改性与加工技术
3.1.1 高钙灰概述
3.1.1.1 高钙灰的物理化学特性
3.1.1.2 高钙灰的改性处理
3.1.1.3 不同改性技术对活性的影响
3.1.1.4 小结
3.1.2 矿渣及钢渣的制备技术
3.1.2.1 简述
3.1.2.2 矿渣与钢渣粉的活化技术
3.1.2.3 钢渣自身特性对其胶凝性能的影响
3.1.2.4 小结
3.1.3 本节小结
3.2 活性联合激发技术
3.2.1 复合矿物材料激发
3.2.1.1 简述
3.2.1.2 磷石膏的处理及煅烧石膏特性
3.2.1.3 煅烧磷石膏对水化和凝结时间的影响
3.2.1.4 电石渣
3.2.1.5 复合矿物激发材料
3.2.1.6 小结
3.2.2 化学激发
3.2.2.1 简述
3.2.2.2 复合化学激发剂
3.2.2.3 小结
3.2.3 新型高活性矿物材料制备装置
3.2.4 联合激发工艺设计
3.2.5 联合激发对高钙灰、矿渣、钢渣活性的影响
3.2.6 本节小结
3.3 水泥复合工艺
3.3.1 多粒径多组分粉体堆积密度的计算方法
3.3.1.1 多粒径的单组分粉体堆积密度的推导计算
3.3.1.2 多粒径、多组分粉体堆积密度的推导计算
3.3.1.3 实际多组分浆体的堆积密度公式
3.3.1.4 矿渣粉堆积密度公式中的参数
3.3.1.5 单组分堆积密度公式参数确定
3.3.1.6 钢渣堆积密度公式中的参数
3.3.1.7 多组分体系水泥和矿渣堆积密度公式参数
3.3.1.8 多粒径、多组分粉体堆积密度
3.3.1.9 本节小结
3.3.2 与水泥水化程度相适应的最紧密堆积模型
3.4 高灵敏度水泥浆体流动性测试方法
3.4.1 测试装置及方法
3.4.2 测试方法的精确度分析
3.4.3 本节小结
3.5 本章小结
第4章 改性措施对复合水泥性能的影响及应用
4.1 改性高钙灰和低钙灰
4.1.1 改性粉煤灰复合水泥配比
4.1.2 改性粉煤灰复合水泥的一般性能
4.1.3 改性措施对粉煤灰复合水泥水化过程的影响
4.1.3.1 化学结合水
4.1.3.2 干燥收缩
4.1.3.3 小结
4.1.4 高钙粉煤灰掺量变化
4.1.4.1 高钙原灰
4.1.4.2 改性高钙灰
4.1.4.3 小结
4.1.5 本节小结
4.2 高钙灰与矿渣复合
4.2.1 高钙灰及矿渣细度
4.2.1.1 物理力学性能
4.2.1.2 化学结合水
4.2.1.3 干燥收缩
4.2.1.4 小结
4.2.2 改性措施对不同高钙灰+矿渣复合水泥性能的影响
4.2.2.1 不同细度的原状高钙灰+矿渣
4.2.2.2 不同细度的改性高钙灰+矿渣
4.2.2.3 不同复合比例的高钙原灰+矿粉
4.2.2.4 不同复合比例的改性高钙灰+矿渣
4.2.2.5 小结
4.2.3 本节小结
4.3 高钙灰与钢渣复合
4.3.1 原钢渣粉
4.3.2 改性钢渣
4.3.3 高钙原灰+钢渣粉
4.3.4 改性高钙灰+钢渣粉
4.3.5 本节小结
4.4 高钙灰42.5P.C水泥制备及应用
4.4.1 高钙灰42.5P.C水泥的设计方案
4.4.2 水泥制备配合比及其常规性能
4.4.3 高钙灰复合水泥及混凝土掺合料的实际应用
4.4.3.1 生产复合水泥
4.4.3.2 生产混凝土掺合料
4.4.3.3 应用效果
4.4.3.4 本节小结
4.5 本章小结
第5章 高钙灰复合水泥的水化历程
5.1 水泥的水化过程
5.1.1 硅酸盐水泥的水化过程
5.1.2 高钙灰对复合水泥水化过程的影响
5.1.3 本节小结
5.2 水化程度研究方法
5.2.1 结合水量
5.2.2 CH生成量
5.2.3 水化热
5.2.4 化学收缩
5.2.5 无接触式电阻率和水泥初始水化热-电阻率模型
5.2.6 本结小结
5.3 化学减缩实验结果与分析
5.3.1 饱水状态和0.5水胶比
5.3.2 水泥及不同矿物细度变化
5.3.3.1 水泥细度变化
5.3.3.2 不同水胶比的纯水泥
5.3.3.3 不同水胶比的50%矿粉复合水泥
5.3.3.4 矿粉细度变化
5.3.3.5 煅烧石膏掺量变化
5.3.3.6 化学激发条件下煅烧石膏掺量变化
5.3.3.7 不同矿物复合
5.3.3.8 复合水泥在双元激发条件下煅烧石膏掺量变化
5.3.3.9 不同激发措施
5.3.4 本节小结
5.4 水化热与电阻率
5.4.1 水化热
5.4.1.1 不同矿物掺量变化
5.4.1.2 低环境负荷型高钙灰复合水泥
5.4.2 电阻率
5.4.3 水化热-电阻率模型的应用
5.4.4 本节小结
5.5 本章小结
第6章 高钙灰复合水泥的耐久性研究
6.1 概述
6.2 Ca(OH)_2含量分析
6.3 微孔结构分析
6.3.1 水灰比的影响
6.3.2 高钙灰及矿渣粉的影响
6.3.3 改性措施的影响
6.3.4 高钙灰系列复合水泥
6.3.5 本节小结
6.4 微观形貌分析
6.4.1 矿物激发和化学激发的影响
6.4.2 联合激发的影响
6.4.3 本节小结
6.5 体积稳定性
6.6 渗透性研究
6.6.1 ASTM 1202方法
6.6.1.1 无掺和料混凝土
6.6.1.2 矿渣粉混凝土
6.6.1.3 高钙灰混凝土
6.6.1.4 不同水泥混凝土
6.6.1.5 小结
6.6.2 国标法和溶液气压法
6.6.3 本节小结
6.7 氯离子初始固化力
6.7.1 高钙灰掺量的影响
6.7.2 高钙灰复合水泥
6.7.3 本节小结
6.8 冻融循环破坏
6.9 约束条件下的初始开裂
6.10 本章小结
第7章 利用高钙灰制备特殊功能胶凝材料
7.1 利用高钙灰与钢渣、氟石膏制备膨胀剂
7.1.1 研制新型膨胀剂的目的
7.1.2 水泥收缩类型
7.1.3 国内外相关研究
7.1.4 膨胀机理
7.1.5 新型高钙灰膨胀剂 WUT的制备
7.1.5.1 材料设计原则
7.1.5.2 制备方法
7.1.5.3 原材料要求
7.1.6 WUT的应用
7.1.6.1 在普通混凝土中的应用
7.1.6.2 在高强自密实混凝土中的应用
7.1.7 本节小结
7.2 低热低收缩水泥
7.2.1 简述
7.2.2 实验方案测试方法
7.2.3 实验结果与分析
7.2.3.1 需水量、凝结时间及安定性
7.2.3.2 水化热
7.2.3.3 化学收缩
7.2.3.4 抗压强度
7.2.3.5 微观分析
7.2.4 本节小结
7.3 本章小结
第8章 结论
参考文献
附录一 应用证明
附录二 攻读博士期间的论文、专利、成果及科研项目
致谢
发布时间: 2006-11-09
参考文献
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