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电解锰渣是锰矿石酸浸电解之后的一种工业废渣。由于其硫含量高、重金属离子多、组成复杂等特点,已成为电解锰行业面临的首要难题。因此,研究电解锰渣的资源化利用及途径,具有重要意义。电解锰渣中含有较多的硫酸盐及赤铁矿等组分,是制备硫铝酸钙型膨胀剂中硫铝酸钙和铁相的常见组分,本论文采用电解锰渣制备富含铁相的硫铝酸钙型膨胀剂,系统研究了不同配比、烧成工艺(烧成温度、保温时间)、石膏掺量、养护制度、颗粒级配对硫铝酸钙型膨胀剂性能的影响,并分析了其水化性能。主要研究成果如下:(1)由于电解锰渣中含有大量的可溶性锰,对膨胀熟料矿物的烧成产生不利影响,本文采用硫酸为酸解剂通过水浴的方法去除电解锰渣中的可溶性锰。结果表明:利用硫酸去除电解锰渣中的可溶性锰是可行的。随着固液比、硫酸浓度、水浴温度和水浴时间的不断增加,锰渣中的锰含量在不断降低,但降低趋势趋于平缓。电解锰渣酸浸处理的最佳条件为锰渣∶硫酸=1∶10,硫酸浓度为1.5 mol/L,在80℃的水浴条件下水浴2h。(2)以酸浸处理后的电解锰渣、铝矾土、碳酸钙和石膏为原料,采用固相烧结法制备硫铝酸钙型膨胀熟料。在烧成温度为1300℃保温60 min的条件下,研究了生料组成对硫铝酸钙型膨胀熟料的物相、微观结构及性能的影响。研究发现,当Cm在0.820.95之间,P在2.52.8之间,F在3.535.01之间,性能满足国家标准GB/T23439-2017《混凝土膨胀剂》的性能要求;以电解锰渣∶铝矾土∶碳酸钙∶石膏=16∶21∶57∶6为实验基础,研究了烧成工艺对硫铝酸钙型膨胀熟料的微观结构、早期水化行为、孔结构及性能的影响,确定了在烧成温度范围为1250℃1325℃,保温时间范围为15 min120min,性能满足国家标准,为后面实验的进行做好基础。(3)以(2)得到的实验结果为基础,通过正交实验研究了组成和烧成工艺等因素的相互影响作用,并对硫铝酸钙型膨胀熟料的水化性能进行研究。结果表明:该熟料的矿物相组成为C4A3S、C2(A,F)和C2S,Cm是影响7 d限制膨胀率的主要因素,其次为P、保温时间、F和烧结温度。最优组合为:Cm=0.89,P=2.6,F=4.01,烧结温度为1275℃,保温时间为60 min。硫铝酸钙型膨胀熟料的水化产物主要为AFm相、水化铁铝酸钙、铁胶和铝胶,硫铝酸钙型膨胀熟料与硅酸盐水泥混合水化时,硅酸盐水泥中的石膏组分导致AFm相、水化铁铝酸钙、铁胶、铝胶在Ca(OH)2溶液中和石膏反应生成AFt相。(4)研究了颗粒级配对硫铝酸钙型膨胀熟料性能的影响,结果表明:小于40μm的颗粒占30%,40μm250μm之间的颗粒占65%,大于250μm的颗粒占5%时,强度与膨胀性能发展相协调,其7 d限制膨胀率为0.052%,抗压强度为29.09 MPa;28 d限制膨胀率为0.005%,抗压强度为46.27 MPa。(5)研究了石膏掺量、养护制度对硫铝酸钙型膨胀熟料性能的影响,采用XRD和SEM测定水泥石的微观结构,采用压汞法测试水泥石内部的孔结构。结果表明:随着石膏掺量的增加,促进了AFt的形成及AFm向AFt相的转变,提高了砂浆试块的膨胀能和力学性能。当石膏掺量为10%时,水泥石具有较低的孔径和孔隙率,砂浆试块的抗压、抗折强度和限制膨胀率都较高,7 d和28 d抗压强度为34.34 MPa和54.92 MPa,7 d和28 d限制膨胀率为0.043%和0.005%。随着养护制度中相对湿度的降低,限制膨胀率在不断降低,单一养护方式具有孔径小和较低的孔隙率,但由于“泛碱”现象的发生导致力学性能达不到国家标准。随着养护温度的升高,水化速度加快,促进AFt向AFm相的转变,在养护温度为40℃时,具有较高的限制膨胀率,在水中养护时,温度升高,泛碱现象越严重,抗压强度不断降低,水化28d后,达不到国家标准性能要求。