【摘 要】
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截止到2020年,我国大宗工业固废累计堆存量已达600亿吨,年新增堆存量近30亿吨。工业固废经超细粉磨后活性大幅度提高,可制得性能良好的碱激发胶凝材料,实现部分甚至完全代替水泥。本课题通过机械粉磨的手段,将粉煤灰与粒化高炉矿渣粉（以下简称矿渣粉）制备成比表面积≥600m~2/kg的超细粉体,研究超细粉煤灰（UFA）与超细矿渣粉（UFS）在不同粉磨程度下比表面积、粒径分布与活性指数之间的关系,并通过
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截止到2020年,我国大宗工业固废累计堆存量已达600亿吨,年新增堆存量近30亿吨。工业固废经超细粉磨后活性大幅度提高,可制得性能良好的碱激发胶凝材料,实现部分甚至完全代替水泥。本课题通过机械粉磨的手段,将粉煤灰与粒化高炉矿渣粉（以下简称矿渣粉）制备成比表面积≥600m~2/kg的超细粉体,研究超细粉煤灰（UFA）与超细矿渣粉（UFS）在不同粉磨程度下比表面积、粒径分布与活性指数之间的关系,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等方法探究其矿物组成与微观形貌,分析活性指数提高的原因。选用4种复合激发剂:（1）水泥熟料+副产品石膏复合激发剂（CG-CAS）、（2）水泥熟料+氯盐复合激发剂（CC-CAS）、（3）氢氧化物+碳酸盐复合激发剂（SC-CAS）、（4）氢氧化物+硅酸盐溶液复合激发剂（SW-CAS）。以该四种复合激发剂与超细粉体制备超细粉体基碱激发胶凝材料,通过正交试验分别优选出四种超细粉体基碱激发胶凝材料的最优配比,并采用XRD、SEM、热重-差热分析（简称TG-DTG）等手段分析其水化产物种类变化。通过相容性试验优选出与超细粉体基碱激发胶凝材料相适应的减水剂和缓凝剂,研发出一种缓凝型高效减水剂,并阐述缓凝剂作用机理。主要结论如下:（1）超细粉体制备与活性分析:随着粉磨程度的增加,超细粉体的比表面积逐渐增加,粒径减小,活性指数提高。比表面积为1005 m~2/kg的超细粉煤灰的活性指数达到99.87%。超细矿渣粉在各个比表面积下的活性指数均超过100%,当比表面积为905m~2/kg时,其活性指数达到了130.1%。（2）超细粉体基碱激发胶凝材料配比优化:四种复合激发剂均能制备出满足胶砂强度大于42.5MPa的碱激发胶凝材料,而当UFA与UFS比表面积为800-900m~2/kg且UFA:UFS为3:7时,使用CC-CAS、SC-CAS、SW-CAS三种复合激发剂能够制备出胶砂强度大于52.5MPa的碱激发胶凝材料,其碳排放较52.5级普通硅酸盐水泥降低73%-80%。（3）超细粉体基碱激发胶凝材料外加剂适用性研究:（1）减水剂与激发剂体系有选择适应性。萘系减水剂与葡萄糖酸钠对使用四种复合激发剂的胶凝材料均有较好减水效果;与葡萄糖酸钠复掺后,各种减水剂与胶凝材料的相容性明显改善。（2）与使用CC-CAS、SC-CAS、SW-CAS的胶凝材料适应性较好的缓凝剂分别为硝酸钡、硝酸锌、硼酸。（3）用葡萄糖酸钠、萘系减水剂、硝酸锌复合制得缓凝型高效减水剂,该外加剂的各项性能均能满足相关规范标准的要求,最佳掺量为1%。（4）超细粉体基碱激发胶凝材料水化产物研究:使用CG-CAS时胶凝材料的水化产物主要以钙矾石相、C-S-H凝胶为主;当使用CC-CAS时,生成了新的水化产物——Friedle′s盐（3Ca O·Al2O3·Ca Cl2·10H2O）;当使用SC-CAS时,形成了大量的C-A-H、C-S-H、C-A-S-H凝胶填充在孔隙中;当使用SW-CAS时,水化产物除了C-S-H凝胶与类沸石外,还形成了黝帘石（Ca2Al3（Si O4）3（OH））。（5）缓凝机理分析:缓凝剂水解出的阳离子或阴离子与体系中的离子相结合生成沉淀、难溶或不溶性络合物,覆盖在胶凝材料颗粒表面,能够暂时限制其进一步的水解,从而发挥出缓凝效应。
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