论文部分内容阅读
工业固体废弃物的资源化利用不仅有利于循环经济而且能为节能减排提供一条可持续发展的途径。本课题着重于研制以工业固体废弃物为主体的免烧型低碳水泥，为实现以工业废弃物制备高性能胶凝材料提供理论依据和技术支撑，进一步推动绿色环保胶凝材料的研究、开发和应用。
本文结合各种固废的理化特性，依据材料组成、结构、构造设计胶凝材料的配伍，制备由磷石膏、矿渣、钢渣为主要组份的过硫磷石膏矿渣水泥(PPSC)，通过合理的配合比设计研制工作性良好的过硫磷石膏矿渣水泥混凝土(PPSCC)。着重探索PPSCC的力学性能和显微结构与波特兰水泥混凝土的差异，针对PPSCC的不足之处，采用活性掺合料与碱性激发剂共同改善PPSCC的耐久性。
重点分析了C1(3％偏高岭土)、C2(3％偏高岭土+1％氢氧化钙)、C3(3％偏高岭土+1％水玻璃)对C0(PPSCC基准样)凝结时间、长期力学性能、抗氯离子渗透性能、体积稳定性、抗碳化性能以及耐水性等性能的改善作用。通过XRD、SEM、MIP、FTIR、EDS等技术方法测试PPSCC中孔结构、水化产物的组成、硬化浆体与骨料的界面过渡区等方面的变化，辅助胶凝材料的水化热和非蒸发水含量来解释PPSCC的水化机理以及改性剂对PPSCC性能的改性机理。实验研究表明:
1).采用工业副产磷石膏、矿渣、钢渣及少量水泥熟料可研制出一种安定性合格、工作性优良的新型水硬性胶凝材料—PPSC，其28d的强度等级达到C30标准，但早期强度低，凝结时间过长。PPSCC各龄期的强度随着矿渣比表面积的增大或磷石膏掺量的减少而升高。
2).PPSCC中的矿渣与水泥熟料/钢渣（碱激发）和磷石膏（硫酸盐激发）协同水化反应，比波特兰水泥混凝土形成更多低Ca/Si的C-S-H凝胶以及凝胶孔，且PPSCC浆体骨料的界面过渡区比PSCC和OPCC更加平整密实。PPSCC的主要水化产物为AFt和C-S-H凝胶，与波特兰水泥混凝土水化产物的显著差别是基本没含有Ca(OH)2。PPSC是一种水化热相当低的水泥，其与普硅水泥(OPC)和矿渣水泥(PSC)的水化放热量大小为OPC＞PSC＞PPSC。
3).偏高岭土与水玻璃复掺可显著缩短PPSC的凝结时间，其初凝时间与终凝时间比基准样分别缩短了72％和69％。偏高岭土与碱性激发剂的掺入有助于细化AFt的尺寸，密实浆体结构，且有利于改善浆体与骨料的界面过渡区。改性剂均能提高混凝土各个龄期的强度，其中，偏高岭土与水玻璃复掺可大幅提高混凝土早期强度，并且其后期强度有小幅增长。
4).相比PSCC与OPCC，PPSCC具有更加优异的抗氯离子渗透能力，在加入改性剂后，各组混凝土的抗氯离子渗透性能大小为C3＞C1＞C2＞C0。非接触式和接触式收缩测试均显示偏高岭土与水玻璃复掺对PPSCC的体积稳定性有显著改善。因PPSCC水化生成水硬性水化产物，紧密包裹未反应石膏，所以使得PPSCC具有良好的耐水性。
5).PPSCC在碳化后，AFt已经基本不存在，C-S-H凝胶碳化后形成了硅胶、铝胶以及文石或球霞石，碳化后的浆体比碳化前的结构更为疏松;PSCC中的Ca(OH)2在碳化后转变为CaCO3，碳化前许多细小的针状AFt演变成粗大的片状，在浆体中伴随许多立方体的方解石;偏高岭土与碱性激发剂改性PPSCC的抗碳化性能最佳，其碳化深度低于PSCC。
6).偏高岭土与水玻璃复合掺入PPSCC，其水化包含了土聚水泥水化、碱矿渣水泥水化以及石膏矿渣水泥水化，水化过程分为四个阶段，反应初始阶段、反应加速阶段、反应稳定阶段和反应衰减阶段，各水化过程协同反应，相互促进，共同形成致密的结构。