碳化养护钢渣制备渗水路面砖

论文摘要

随着我国钢铁工业的飞速发展,钢渣的排放量急剧增加,给生态环境及经济的可持续发展带来巨大压力。为此,钢渣的处理成为社会一直致力解决的问题。但由于钢渣的安定性不良导致其资源化利用困难,利用率很低。碳化是指将温室气体CO2以碳酸盐（如CaCO3、MgCO3）的固体形式永久储存,即CO2矿物固定。碳化作为一项利用废弃物,节约资源和能源的先进技术,是处理钢渣的有效方法。不仅解决了钢渣的污染和利用上的难题,也缓解了CO2所引起的温室效应。研究发现,钢渣中含有钙镁等可以被碳酸化的成分,通过碳酸化养护方式永久储存温室气体二氧化碳,即可以有效地利用工业废弃物,又可以吸收大量CO2。采取合理的配比和制备工艺,可将钢渣、砂子和石子等制成碳化钢渣砖。一方面可解决钢渣污染问题,另一方面可制成新型的绿色建材,获得一定的经济与社会效益,变废为宝,符合国家现时期提出的节能减排的方针政策,具有深远的意义。本文研究利用钢渣、砂子和石子等为主要原料制造渗水路面砖。根据常钧等学者研究的现有的碳化制度和工艺条件下,进一步探索钢渣路面砖制备的最佳工艺,包括:Ca（OH）2乳浊液比例、成型压力、CO2分压和碳化时间。这些参数是研究路面砖物理性能和进行微观测试的基础。研究确定钢渣和砂子试样碳化前Ca（OH）2乳浊液的加入量为10%,成型压力为4 MPa并保压1 min、碳化时间在CO2分压下0.15 MPa碳化0.5 h、0.25 MPa碳化1 h、0.35 MPa碳化的分压下0.5 h,连续碳化2 h。原料配比对钢渣路面砖结构和性能的表征起着至关重要的作用,是碳化钢渣路面砖的重要指标,影响着路面砖的强度和渗水性等。本文主要以钢渣和砂子,钢渣、砂子和石子两种配料研究其不同配比下的最佳颗粒配比,并初步阐述碳化反应机理。应用SEM-EDS、XRD、DTA-TG和MIP等测试方法分析和讨论碳化前后钢渣砖的微观形貌、矿物组成和热力学性能。研究结果表明:钢渣微粉、砂子砖和钢渣、砂子和石子混合砖的配比分别是钢渣微粉80%﹕砂子20%和钢渣微粉80%﹕砂子15%﹕石子5%,此时碳化增重率分别为8.2%和8.4%,抗压强度分别为46.5 MPa和55.5 MPa,饱水强度分别为46.2 MPa和45.5 MPa,抗折强度分别为3.2 MPa和3.5 MPa,冻融循环25次后抗压强度分别为38.7 MPa和47.3 MPa,吸水率分别为10.3%和7.2%,透水系数分别为1.35 mm/s和1.48 mm/s,压蒸安定性合格。在此基础上,调整工艺参数,进行放大实验。根据标准相关规定进行测试分析。结果显示碳化钢渣路面砖在掺入砂子和石子后,其物理力学性能得到了一定的优化,有较好的渗水性,其孔结构及分布与碳化增重率和强度及渗水性的关系需要进一步深入研究。碳化钢渣路面砖具有混凝土路面砖不具备的优点,制备工艺简单,且低碳、利废和环保,适合实际工程的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 选题的目的和意义
• 1.2.1 钢渣综合利用的目的和意义
• 2 的意义'>1.2.2 回收利用CO₂的意义
• 1.2.3 钢渣碳化的意义
• 1.2.4 制造钢渣渗水路面砖的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 关于钢渣的研究
• 2 吸收、利用的研究'>1.3.2 关于CO₂吸收、利用的研究
• 1.3.3 关于碳化的研究
• 1.3.4 关于渗水砖的研究
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 实验原料与实验方法
• 2.1 实验原料
• 2.1.1 钢渣
• 2.1.2 砂子
• 2.1.3 石子
• 2.1.4 矿渣
• 2.1.5 生石灰
• 2.1.6 水
• 2.2 主要实验设备
• 2.3 碳化养护制备渗水路面砖的技术路线和实验方法
• 2.3.1 技术路线
• 2.3.2 实验方法
• 2.3.3 钢渣砖性能测试方法
• 2.3.3.1 碳化增重率测试
• 2.3.3.2 透水系数测试
• 2.3.3.3 抗压强度测试
• 2.3.3.4 抗折强度测试
• 2.3.3.5 吸水率测试
• 2.3.3.6 安定性测试
• 2.3.3.7 碳化深度测试
• 2.3.3.8 冻融循环的测试
• 2.4 碳化机理的探讨
• 2.4.1 碳化中的平衡反应
• 2.4.2 机理探讨
• 2.5 本章小结
• 第三章 工艺条件对钢渣砖碳化影响的研究
• 2 乳浊液加入量对碳化的影响'>3.1 Ca（OH）₂乳浊液加入量对碳化的影响
• 3.1.1 实验方法
• 3.1.2 实验结果分析
• 3.2 成型压力对碳化的影响
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 实验结果分析
• 2 分压对碳化的影响'>3.3 CO₂分压对碳化的影响
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 实验结果分析
• 3.4 碳化时间对碳化的影响
• 3.4.1 实验方法
• 3.4.2 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 颗粒配比对钢渣渗水路面砖碳化的影响
• 4.1 钢渣微粉和砂子的颗粒配比对碳化的影响
• 4.2 钢渣微粉、砂子和石子的颗粒配比对碳化的影响
• 4.2.1 钢渣微粉、砂子和石子的配比方案一
• 4.2.2 钢渣微粉、砂子和石子的配比方案二
• 4.2.3 钢渣微粉、砂子和石子的配比方案三
• 4.2.4 钢渣微粉、砂子和石子最优配比的选择
• 4.3 本章小结
• 第五章 碳化钢渣路面砖性能分析
• 5.1 碳化钢渣砖的性能测试
• 5.1.1 钢渣路面砖强度测试
• 5.1.2 钢渣路面砖抗冻性测试
• 5.1.3 钢渣砖吸水率、耐水性测试
• 5.1.4 钢渣砖安定性测试
• 5.1.5 碳化钢渣路面砖耐磨性和透水系数测试结果
• 5.2 钢渣砂子砖的微观分析
• 5.2.1 SEM-EDS 分析
• 5.2.2 XRD 分析
• 5.2.3 DTA-TG 分析
• 5.3 钢渣、砂子和石子砖的微观分析
• 5.3.1 SEM-EDS 分析
• 5.3.2 XRD 分析
• 5.4 孔结构分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录