改性锂渣硅铝酸盐混凝土研究

论文摘要

本文研究的硅铝酸盐混凝土是以含无定型的SiO2、Al2O3为主要成份的锂渣,通过适当的物理化学改性工艺以改变锂渣酸性渣体的性质,得到以非稳定态（无定型及亚结晶态）的硅酸盐、铝酸盐及硅铝酸盐为主的改性粉体,以适宜的碱组分激发,制成水硬性胶凝材料的通称。主要研究三类硅铝酸盐混凝土:石灰—物理改性锂渣轻质硅铝酸盐混凝土（LWEC）,碱矿渣—化学改性锂渣硅铝酸盐混凝土（JHEC）和硅铝酸盐碱加气混凝土（AHEC）。采用物理化学两种方法,对锂渣进行改性。物理改性为:通过加入适量石灰,及钙盐外加剂改善锂渣碱性和粉磨效果,通过机械粉磨,得到改性粉体。采用常压干湿热养护,将得到的物理改性粉体作为胶凝材料制作成轻质硅铝酸盐混凝土（LWEC）。锂渣化学改性工艺采用:加入改性剂,经1000℃左右煅烧,急速冷却后,进而粉磨成一定细度的化学改性粉体。微观研究表明,绝大部分粉体颗粒呈细分散状态非晶质玻璃体,颗粒较细呈类球状,分布均匀,整体呈蜂窝状结构。和原状锂渣相比,已经完全改变了微观形貌和化学成分。将该化学改性粉体加入碱矿渣砂浆中（JHEC）,能明显改善碱矿渣砂浆的性能。也可以作为碱矿渣加气混凝土主要组分之一,制备硅铝酸盐加气混凝土（AHEC）。本文主要研究结果如下:①LWEC在干湿热带模养护条件下,抗压强度可达到40～50MPa左右,抗折强度可达9～11Mpa左右,试件表干密度为1600kg/m3左右。最佳养护制度:升温速度30℃/h,恒温温度180℃,恒温时间4h。与同等级强度蒸压养护的轻质灰砂硅酸盐混凝土试件能耗方面比较,常压干湿热养护比蒸压湿热养护要节省45%以上的能源,表干密度降低11%左右。②高温化学改性锂渣最佳的工艺参数:煅烧温度1000℃,煅烧时间45min。煅烧后粉体经过急速冷却,粉磨15min后得到化学改性粉体。其比表面积为7350cm2/g～8348 cm2/g,堆积密度为0.7g/cm3～0.8g/cm3,密度为2.1g/cm3～2.3g/cm3。③在JHEC中掺入化学改性粉体AF3,能改善砂浆性能。当AF3掺入为10%～20%时,增强碱矿渣砂浆的强度,凝结时间延长。当AF3掺入30%时,28d强度发展比纯矿渣砂浆好,但是56d强度两者持平。随着掺量增加,超过40%后,砂浆强度开始下降。当AF3掺入60%,28d强度抗折,抗压强度强度等级与32.5波特兰水泥相当。经过实验发现,通过加入化学改性粉体能抵制碱矿渣胶凝材因干燥引起的收缩,起到了对碱矿渣胶凝材料的综合改性。④通过X衍射和电镜扫描对JHEC净浆进行了微观分析,发现水化产物以沸石类矿物为主,从水化产物结晶度来看,加入AF3的JHEC净浆,使矿渣颗粒水化更加彻底,更利于胶凝材料形成一个整体。⑤成功地制成了硅铝酸盐碱加气混凝土（AHEC）,得出最佳的生产工艺参数。在实验中采用三种养护方式,蒸汽养护,热水养护和标准养护,分别得出了试件最佳的养护制度。通过实验发现经过蒸汽养护得到的试件性能较其它两种养护方式好。⑥测试了经过蒸汽养护的AHEC试件干缩性能,吸水率,以及试件导热性能,得出性能指标均很好满足蒸压加气混凝土砌块国家标准（GB 11968-2006）。本工作主要研究如何高效利用酸性渣体,使大量堆积锂废渣,得到新的利用,提高经济附加值。总结了关于典型酸性渣体改性方法及其应用的规律性结果,对工业酸性废渣的开发和应用具有指导作用。因而具有良好的实用意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 硅铝酸盐绿色胶凝材料概述
• 1.2 加气混凝土概述及可持续发展
• 1.2.1 加气混凝土砌块主要的优缺点论述
• 1.2.2 传统加气混凝土原材料对环境的影响
• 1.3 加气混凝土环境评价与可持续发展
• 1.4 本章小结
• 1.5 本课题的提出和研究内容
• 1.5.1 本课题提出与研究意义
• 1.5.2 本论文的主要研究内容
• 2 原材料及实验方法
• 2.1 实验原材料
• 2.1.1 锂渣
• 2.1.2 矿渣
• 2.1.3 石灰
• 2.1.4 改性剂
• 2.1.5 钙型外加剂
• 2.1.6 激发剂
• 2.1.7 细集料
• 2.1.8 发气剂
• 2.1.9 稳泡剂
• 2.2 拌和水
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 硅铝酸盐加气混凝土实验试件成型工艺
• 2.3.2 养护方法与养护制度工艺研究
• 2.3.3 凝结时间测定方法
• 2.3.4 胶砂抗折、抗压强度实验方法
• 2.3.5 干燥收缩实验测定方法
• 2.3.6 试件吸水率的实验方法
• 2.3.7 导热系数实验测定方法
• 2.3.8 X-射线衍射（XRD）实验
• 2.3.9 扫描电镜（SEM）实验
• 3 对锂渣性质评价及物理改性
• 3.1 锂渣物理化学性质
• 3.2 对锂渣粉体性质评价
• 3.3 评定粉体活性的方法
• 3.4 物理改性制备锂渣粉体计算与工艺流程
• 3.4.1 配料计算
• 3.4.2 工艺流程
• 3.5 物理改性锂渣硅铝酸盐轻质混凝土研究
• 3.5.1 灰砂硅酸盐混凝土与锂渣硅铝酸盐混凝土
• 3.5.2 试件配比与制备及养护制度工艺系数制定
• 3.5.3 养护制度对混凝土强度影响
• 3.6 常压干湿热养护与蒸压湿热养护能耗比较
• 3.7 本章小结
• 4 化学改性锂渣粉体的制备
• 4.1 化学改性锂渣粉体制备的理论基础
• 4.2 化学改性锂渣粉体制备方法
• 4.3 改性锂渣粉体实验结果分析
• 4.4 煅烧改性锂渣粉体与原状锂渣物理化学性质比较
• 5 化学改性锂渣对碱矿渣砂浆性能影响研究
• 5.1 各种化学改性锂渣对矿渣碱激发砂浆的影响
• 5.2 改性粉体AF3 与原状锂渣分别掺入对碱矿渣砂浆强度影响
• 5.3 化学改性粉体AF3 对碱矿渣混凝土砂浆补偿收缩研究
• 6 掺入改性粉体的碱矿渣净浆微观结构分析
• 6.1 掺入AF3 的碱矿渣净浆X 衍射微观分析
• 6.2 SEM 电镜扫描分析
• 7 硅铝酸盐碱加气混凝土基本性质研究
• 7.1 硅铝酸盐加气混凝土
• 7.2 硅铝酸盐碱加气混凝土配合比确定
• 7.2.1 改性粉体AF3 掺量对加气混凝土强度影响
• 7.2.2 铝粉用量对硅铝酸盐加气混凝土密度以及强度影响
• 7.2.3 碱液加入量对加气混凝土发气及强度影响
• 7.2.4 料浆温度对铝粉发气时间及试件强度的影响
• 7.3 本章小结
• 8 养护方式对硅铝酸盐加气混凝土强度影响
• 8.1 养护方式对加气混凝土密度、强度及孔隙率的影响
• 8.2 常压蒸汽养护对硅铝酸盐加气混凝土强度的影响
• 8.2.1 试件养护方法
• 8.2.2 升温速率对试件强度影响
• 8.2.3 恒温温度对试件强度的影响
• 8.2.4 恒温时间对试件的强度影响
• 8.3 热水养护对硅铝酸盐加气混凝土强度的影响
• 8.3.1 试件养护方法
• 8.3.2 热水养护温度对试件强度的影响
• 8.3.3 热水养护的时间对试件强度的影响
• 8.4 标准养护对加气混凝土的强度影响
• 8.4.1 试件养护方法
• 8.4.2 标准养护对试块的强度影响
• 8.5 本章小结
• 9 硅铝酸盐碱加气混凝土干缩及热工性能研究
• 9.1 硅铝酸盐加气混凝土收缩变形机理研讨
• 9.2 含水率对试件干缩的影响
• 9.2.1 初始含水率和三种养护试件干缩的变化规律关系
• 9.2.2 蒸汽养护试件干缩变化规律
• 9.3 测定碱加气混凝土吸水率性能的实验
• 9.4 测定硅铝酸盐碱加气混凝土导热性能的实验
• 9.4.1 概论
• 9.4.2 导热系数与表观密度的关系
• 9.4.3 导热系数与含水率的关系
• 9.5 本章小结
• 10 蒸汽养护硅铝酸盐试件微观结构及分析
• 10.1 概论
• 10.2 蒸汽养护后试件水化产物的X 衍射微观分析
• 10.3 蒸汽养护后试件水化产物的SEM 电镜微观分析
• 11 结论与展望
• 11.1 结论
• 11.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录