钢渣高效活化及在绿色建材中的应用

论文摘要

钢渣是钢铁工业大量排放的固体废渣。若不妥当处理和综合利用,则会占用耕地、破坏环境并造成污染,影响钢铁工业的可持续性发展,也给国民经济的可持续发展带来了巨大的压力和负担。随着国家相关政策的颁布和实施,钢渣的循环利用必将成为保护能源环境的重要措施。基于磨细钢渣粉的成分、矿物组成和粒径与水泥熟料的成分、矿物组成和粒径的比较,发现两者的成分、矿物组成比较接近,磨细钢渣粉作为一种新的混凝土以及水泥掺合料,它分布广泛,数量较多,具有较高的研究与应用价值。本文以湖南涟钢集团公司提供的钢渣作为实验原料,利用机械力活化、化学激发等技术制备了活性钢渣粉体。并以钢渣为原料,采用结构分解重组合成了β-硅酸二钙（β-C2S）超细粉体材料。本文的主要工作以及取得的成果包括以下几个方面。实验系统研究了钢渣粉体的组成与结构的特点以及机械力活化钢渣对钢渣粉体粒径频率分布,勃氏比表面积,晶体的无定形化转变的影响。不同质量的球磨介质、球磨时间、球料比等因素对球磨钢渣粉体粒径分布以及勃氏比表面积都有着显著的影响。实验表明,用C球以球料比为5/1球磨5h的球磨活化效果最佳,钢渣粉体的勃氏比表面积达到5846cm2/g,粒径分布集中在0.09 mm左右,Ca（OH）2等物相转变为无定形化结构,而A球、B球和D球的球磨活化效果不明显。采用CaSO4、Na2SO4和Na2SiO4等碱性试剂作为化学激发剂激发钢渣粉体。这些化学激发剂可以有效的破坏钢渣的表面结构,促进钢渣SiO44-等离子基团的释放,从而加快水化反应。实验证明:孤立的SiO44-离子基团在459cm-1处的三重简并面内弯曲振动以及972cm-1处的三重简并不对称伸缩振动均得到了明显的加强。实验探讨了不同激发剂组合和含量对钢渣粉体水化反应的影响,其中CaSO4、Na2SiO4会引起水化后期强度的偏移,而Na2SO4不会引起这个现象的出现,并对强度偏移机理进行了初步探讨。采用热力学φ函数法计算得到了CaO-SiO2等不同系统的不同反应的生成能-ΔGR0（T）数据,利用-ΔGR0（T）与温度（T）的关系预测了最佳热力学反应条件,即CaO/SiO2最佳配比为3/1,最佳煅烧温度为1080K。利用钢渣为主要原料合成了超细β-硅酸二钙粉体。不同的热处理方式对晶体形貌产生了明显的影响。以活化钢渣粉体作为掺合料,取代水泥应用于混凝土中以及取代水泥熟料制备了钢渣硅酸盐水泥。取代普通硅酸盐水泥30%,可以配制强度等级为C30的混凝土。活性钢渣粉体取代水泥熟料5%～15%,可以配制等级为42.5的水泥:取代水泥熟料20%～30%,同时复合一定比例的矿渣粉,可以制备等级为32.5的钢渣硅酸盐水泥,各项指标均达到国家标准GB13590-2006。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 钢渣的基本概述
• 1.1.1 钢渣的概述以及分类
• 1.1.2 钢渣的活性
• 1.2 钢渣的综合利用现状
• 1.2.1 国内外钢渣的堆置现状
• 1.2.2 钢渣在水泥中的应用
• 1.2.3 钢渣在建筑材料中的应用
• 1.2.4 钢渣在道路铺材领域的应用
• 1.2.5 钢渣在农业领域的应用
• 1.2.6 钢渣在去污除杂领域的应用
• 1.2.7 钢渣在其他领域的应用
• 1.3 开发新型钢渣活化技术的目的和意义
• 第二章 钢渣物理化学活化的基础研究
• 2.1 实验原料和仪器设备
• 2.2 钢渣物理活化的原理
• 2.3 钢渣物理活化—球磨加工
• 2.3.1 球磨加工工艺选择
• 2.3.2 球磨钢渣的粒度变化
• 2.3.3 球磨活化钢渣的比表面积变化
• 2.3.4 球磨活化钢渣的晶体结构变化
• 2.4 钢渣化学活化—化学激发
• 2.4.1 化学活化钢渣的原理
• 2.4.2 化学活化钢渣试块样品的制备
• 2.4.3 化学活化对钢渣水化结构的影响
• 2.4.4 化学活化对钢渣水化结构的影响
• 2.4.5 化学活化对钢渣水化强度的影响机理探讨
• 2S）'>第三章 钢渣的结构重组制备β-硅酸二钙（β-C₂S）
• 2S的意义和原理'>3.1 钢渣结构重组制备β-C₂S的意义和原理
• 2S的热力学计算'>3.2 合成β-C₂S的热力学计算
• 3.2.1 热力学计算的目的和方法
• 3.2.2 热力学计算的过程与数据
• 3.2.3 热力学计算获得的最佳原料配比和煅烧温度
• 2）的制备与表征'>3.3 β-硅酸二钙（β-2CaO·SiO₂）的制备与表征
• 3.3.1 实验原料和仪器设备
• 3.3.2 实验方案
• 3.3.3 结构表征
• 2）的形貌分析'>3.3.4 硅酸二钙（β-2CaO·SiO₂）的形貌分析
• 第四章 活性钢渣粉体在绿色建筑材料中的应用试验
• 4.1 活性钢渣粉体在混凝土中的应用
• 4.1.1 实验原材料的物理表征
• 4.1.2 混凝土的配比设计方法
• 4.1.3 混凝土配比计算结果
• 4.1.4 活性钢渣作为混凝土掺合料的胶凝性能
• 4.2 活性钢渣粉体在水泥中的应用
• 4.2.1 实验原材料的物理表征以及设备
• 4.2.2 活性钢渣作为水泥掺合料的胶凝性能
• 4.2.3 活性钢渣作为水泥掺合料的胶凝性能的检测报告
• 4.3 经济效益分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间的主要成绩
• 致谢