炉渣作为水泥混合材的试验研究及机理分析

【摘要】2013年,中国水泥的总产量己达24.1亿吨,熟料的总产量超过13.6亿吨,均占世界产量的50%以上。水泥的原材料为石灰石和粘土,均为不可再生资源,日益紧缺；水泥生产过程中高能耗并大量排放CO2和粉尘,加剧温室效应和雾霾天气。同时,随着工业化进程的深入,每年工业废弃物产生量巨大,占用土地,造成环境污染。如果将工业废弃物作为水泥混合材来取代部分水泥,将会一举两得。近年来,将工业固体废弃物用于建材是政府所支持的环保节能技术,普通硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥等在水泥生产中扮演着越来越重要的角色。特别是粉煤灰,已在建材领域得到广泛的应用,有供不应求的趋势。炉渣是火力发电厂锅炉中产生的工业废渣,每年产生量巨大,超过亿吨。目前炉渣的利用率很低,少部分用于制砖和铺路,其余随意堆放,造成环境污染和资源浪费。炉渣与粉煤灰本是同根同源,化学组成和矿物极其相似,这就给炉渣在水泥生产中的应用提供了可能性。现阶段,将炉渣作为水泥混合材的相关研究较少,实际生产也没有形成产业化,主要原因是炉渣早期活性较低,导致炉渣掺量偏低,不能形成对炉渣的大量消耗。针对上述问题,本文对炉渣的基本物理、化学性质进行研究,采用物理和化学方法复合激发炉渣活性,逐渐增大炉渣的掺量,从多熟料、少熟料、无熟料三个递进层面研究炉渣作为水泥混合材料的可行性,以此减少水泥熟料的用量。论文的主要工作和研究成果如下：(1)多熟料情况下,采用机械活化方式,通过粉磨对炉渣的活性进行了物理活化。试验研究了炉渣掺量以及粉磨时间对于细度、胶砂强度、标准稠度、凝结时间、安定性等方面的影响,并确定了炉渣的最佳及最大掺量和最优粉磨时间。(2)少熟料情况下,水泥中炉渣复掺矿渣,研究炉渣、矿渣和水泥熟料掺量对水泥强度的影响,确定复合水泥的最佳配比。考虑复合水泥早期强度较低,采用物理和化学方法复合激发炉渣和矿渣活性,试验研究了不同种类激发剂单掺、复掺时对炉渣和矿渣活性的激发效果。研究表明,两种激发剂复掺的效果优于单掺,复掺方式以石灰类-硫酸盐类复掺的效果最优。(3)无熟料情况下,利用生石灰的碱相激发炉渣和矿渣活性,标准养护条件下,研究水泥胶砂强度变化。考虑到水泥早期强度几乎为零,后期强度增长缓慢,采用了蒸压养护条件,加速水泥的凝结硬化过程,胶砂强度达到15MPa,甚至20MPa以上。(4)采用电子探针、X射线衍射和扫描电镜等微观测试技术,分析了炉渣及水泥净浆水化产物的化学组成、矿物组成和颗粒形貌,分析炉渣水化的作用机理,为炉渣作为水泥混合材的制备提供了理论依据。
【作者】王昊；
【导师】胡红梅；
【作者基本信息】厦门大学，建筑与土木工程，2014，硕士
【关键词】炉渣；水泥混合材；多熟料水泥；少熟料水泥；无熟料水泥；活性激发；

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