废弃混凝土机械力化学活化再利用研究

论文题目: 废弃混凝土机械力化学活化再利用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 陶珍东

导师: 耿浩然

关键词: 废弃混凝土再利用,骨料分离,机械力化学活化,水泥原料,水泥混合材料

文献来源: 山东大学

发表年度: 2005

论文摘要: 自然资源的大量消耗和不合理利用造成了自然资源的日益短缺。充分利用各种废料、努力节约自然资源已成为工业生产中的方向之一。废弃混凝土作为建筑施工和拆除旧建筑产生的废料,弃置不用既会造成环境污染,又是巨大的资源浪费。多年来,人们对废弃混凝土的再利用进行了大量研究,并取得了许多研究成果。迄今为止,废弃混凝土的再利用研究大多是再生骨料混凝土的研究,但废弃混凝土中的胶凝基质组分-硬化水泥浆体(HCP)用于再生混凝土存在着许多问题,HCP在水泥生产中的再利用也未见研究报道。将废弃混凝土骨料分离后形成的以HCP为主要组成的细废弃混凝土部分(FWC)用作为水泥混合材料或水泥原料,可使它们得到科学、有效的合理利用,并节省天然原料资源,实现废弃物料资源化。这对于我国经济的长期可持续发展无疑具有重要的社会意义。本文进行了废弃混凝土骨料分离方法、分离后的FWC进行机械力化学活化后作为水泥混合材料制备水泥和作为水泥原料煅烧水泥熟料的试验研究,分析和探讨了FWC在熟料煅烧、水泥粉磨和水泥水化过程中的作用机理,旨在为FWC在水泥生产中的再利用提供理论和实践依据。本试验研究分为废弃混凝土骨料与HCP的分离、分离后的FWC作水泥混合材料和作水泥原料进行熟料煅烧三个主要部分。废弃混凝土骨料与HCP的有效分离是二部分材料合理再利用的关键。采用了表面活性剂处理和热处理二种方法结合机械粉碎进行了废弃混凝土骨料与HCP的分离试验研究。试验结果表明,掺加适当的表面活性剂可明显提高废弃混凝土骨料与PHC的分离效率,但阴离子表面活性剂木质素磺酸盐(CLS)、十二烷基硫酸钠(SLS)和强极性表面活性剂三乙醇胺(TEA)的分离效果比非极性表面活性剂好得多,其原因是它们在骨料与基质界面上的定向吸附更有效地降低了界面结合能,因而明显降低了界面结合强度。热处理温度对骨料和基质的分离效率有显著影响。热处理温度较低时,分离效率提高幅度不大;但500℃热处理后,分离效率显著提高。振动磨和球磨机的粉碎分离效率存在明显差别。粉碎分离后的FWC收率、化学组成及其粒度分布的综合测定结果表明,振动磨的粉碎分离效率优于球磨机粉碎。对于掺加表面活性剂情形,后者的FWC收率均高于前者,但较大颗粒含量及SiO2含量也高于前者。对于热处理情形,处理温度较低时,后者的FWC收率高于前者;500℃高温热处理时,FWC收率明显低于前者。球磨粉碎的FWC中较大粒度的物料含量明显大于振动摘要磨粉碎。结果表明,球磨粉碎时进入FWC的骨料比例高于振动磨粉碎,其原因是研磨介质对物料的体积粉碎使骨料表面较多的棱角突出部分发生结构破坏和断裂从而成为小颗粒。根据热膨胀和水化物脱水现象首次提出了界面疏松区模型。该模型较好地解释了骨料与胶凝组分基质在热膨胀应力、HCP水化物受热脱水条件下的分离机理. FWC作水泥混合材料时,在相同粉磨条件下,水泥的粉磨效率明显提高,表现在0.Osmm方孔筛筛余减小、比表面积提高及微细颗粒含t增大。FWC较低的Bond粉碎功指数Wi证明其易磨性较好,其中表面活性剂CLS和TEA处理及500℃热处理的易磨性相对更好。试验结果表明,掺加上述表面活性剂处理的FWC磨制的水泥中,小于10 pm的颗粒含t比未经处理的提高60%以上,28天强度提高10%以上;掺加15%500℃处理的FWC的水泥强度比未处理的提高近15%,与纯熟料水泥相差甚小。其原因是表面活性剂的助磨作用减少了用于破坏颗粒团聚体的无效功耗;高温热处理后的FWC结构疏松,强度降低。首次提出了用Wi表征物料粉碎动力学的新方法。该方法可更直观地反映粉磨速度与物料易磨性的密切关系。根据料层粉碎理论和选择性粉碎机理,从理论上解释了FWC中砂粒所含结晶51 02在水泥粉磨过程中对硬化HCP水化物或其脱水相的微粉磨介质作用, FWC的掺入量增大时,水泥的标准稠度需水量有所增大,胶砂流动度相应减小,凝结时间相对延长,各龄期强度也相应降低,但强度降低幅度小于或远小于其掺入量比例,掺入高温热处理的FWC的效果尤为明显。这表明FWC的水化活性虽不及水泥熟料,但的确具有较强的水化能力和较好的胶凝性.掺加CLS和TEA处理及500℃热处理的FWC的水泥各项物理性能都较好。这是因为,一方面,FWC易磨性的改善使水泥中细颗粒增多,因而提高了水化速率;另一方面,高温热处理过程和粉磨过程中的机械力化学效应引发的水化物脱水从结构本质上提高了其水化活性. 首次提出了HCP新生态脱水相加快熟料锻烧速度和水泥水化速度的观点.粉磨时物料细化过程的加速促进并加强了机械力化学效应,反过来,机械力化学效应又强化了水化物或其脱水相更快地发生结构或相变化,因而生成了更多的新生态物质。这些新生态物质较多的结构缺陷和热力学高度不稳定是其水化活性较高的本质原因。同时,较多的细颗粒不但自身水化速度快,还均匀地分散填充于硬化浆体中,使硬化浆体中大孔数量显著减少,保证了硬化浆体的结构均匀性和致密性。山东大学博士学位论文一废弃混凝土机械力化学活化再利用研究与常规原料配合的生料相比,FWC配制的生料的易烧性稍差,并且随FWC配合?

论文目录:

摘要

Abstract

本文的主要创新点

符号说明

第1章绪论

1.1废弃混凝土再利用的意义

1.2废弃混凝土再利用的研究现状

1.2.1废弃混凝土的来源

1.2.2废弃混凝土的再利用研究历史及现状

1.3再生骨料混凝土的性能特点及评价

1.3.1再生骨料的性质

1.3.2再生骨料混凝土的性质

1.3.3再生骨料混凝土的技术、经济和环境评价

1.4废弃混凝土的合理利用15

1.4.1细骨料和硬化水泥浆体的组成

1.4.2细骨料和水泥胶砂的性质

1.4.3细骨料和水泥胶砂作为水泥生产原料的可能性

本章参考文献

第2章研究内容及技术路线

2.1研究内容

2.1.1废弃混凝土骨料与HCP分离效率的研究

2.1.2FWC作水泥混合材料的试验研究

2.1.3FWC作水泥原料的试验研究

2.2技术路线

2.3主要实验设备及测试方法

2.3.1主要实验设备及测试方法

2.3.2测试手段

2.4研究目标

第3章废弃混凝土骨料与胶凝基质组分的分离技术研究

3.1概述

3.2实验方法

3.3结果及讨论

3.3.1表面活性剂对分离效率的影响

3.3.2分离所得细粉的化学组成

3.3.3热处理温度对分离效率的影响

3.3.4粉碎方式对分离效率的影响

3.4分离机理分析

3.4.1表面活性剂界面作用分离机理

3.4.2界面应力分离机理

3.5本章小结

本章参考资料

第4章HCP的机械力化学活化研究

4.1概述

4.2试验方法

4.2.1试验原料

4.2.2试验方法

4.3机械力化学活化的HCP的力学性能研究

4.4机械力化学活化的HCP的煅烧性能研究

4.5机理分析

4.6本章小结

本章参考资料

第5章废弃混凝土作水泥混合材的研究

5.1概述

5.2废弃混凝土作水泥混合材的可行性

5.2.1化学组成与水泥熟料的相近性

5.2.2物质结构的相近性

5.2.3潜在的水硬性

5.2.4废弃混凝土中外加剂的助磨性

5.3废弃混凝土作水泥混合材的水泥粉磨效率

5.3.10.08mm方孔筛筛余

5.3.2比表面积

5.3.3粒度分布

5.4废弃混凝土作水泥混合材的水泥性能

5.4.1水泥的密度

5.4.2烧失量

5.4.3标准稠度需水量与凝结性能

5.4.4水泥胶砂流动性能

5.4.5力学性能

5.4.6水化产物的结构

5.4.7FWC的水化机理分析

5.5本章小结

本章参考文献

第6章FWC粉碎过程动力学和机械力化学分析

6.1FWC粉磨过程动力学分析

6.2选择性粉碎和FWC中细砂的微粉磨介质作用

6.3粉磨过程机械力化学分析

6.3.1固体材料在粉磨过程中的应力状态

6.3.2晶体结构的变化

6.3.3物料活性的热力学讨论

6.4本章小结

本章参考文献

第7章FWC作原料煅烧水泥熟料的研究

7.1概述

7.2熟料的煅烧质量

7.2.1熟料的f-CaO含量

7.2.2熟料的结构

7.3熟料的力学性能

7.3.1FWC处理方式的影响

7.3.2FWC配合比的影响

7.4生料易烧性分析

7.5FWC配合生料的熟料烧成机理分析

7.5.1未水化水泥颗粒的晶种作用

7.5.2脱水后氧化物的活性新生态

7.6本章小结

本章参考资料

第8章结论

致谢

附录

发布时间: 2005-06-14

参考文献

[1].再生混合混凝土的受压尺寸效应及外置薄钢板再生混合墙的抗震性能研究[D]. 刘春晖.华南理工大学2013
[2].薄壁圆钢管再生混合柱及其节点的试验研究与分析[D]. 赵新宇.华南理工大学2012

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