聚合鋁改性C-A-S-H凝膠結構特性及膠凝能力研究.pdf

1、硅鋁質玻璃體是高爐礦渣、粉煤灰、磷渣、鉻渣、鎳渣等多種大宗工業(yè)廢渣的主要成分，目前全國累積量達數十億噸，且每年排放5億噸以上的玻璃體廢渣（主要是低品位粉煤灰、磷渣和各類冶金渣），不斷累積，亟待處理。含硅鋁質玻璃體的工業(yè)廢渣與硅酸鹽水泥熟料可以協(xié)同水化形成膠凝能力。因此，大摻量使用硅鋁質玻璃體工業(yè)廢渣制造水泥已經成為建材工業(yè)消納固體廢渣和綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。大量硅鋁質玻璃體廢渣被排放而未能在水泥制造中應用的主要原因是其水化活

2、性較小、膠凝活性較低，在水泥中大摻量使用將極大降低水泥強度，故而難以滿足質量要求。因此，提升硅鋁質玻璃體廢渣水化活性以增強其膠凝能力，是擴大水泥工業(yè)消納硅鋁質玻璃體廢渣范圍和提高消納能力的關鍵技術。
　　論文以新型納米功能材料聚合鋁為改性材料，以水泥基材料主要膠凝相C-A-S-H凝膠分子結構和膠凝能力為研究對象，基于聚合鋁能夠參與玻璃體礦渣微粉水化并調控C-A-S-H凝膠分子結構進而提高凝膠膠凝能力的科學假設，對比分析了聚合氯化鋁

3、與其他鋁鹽在礦渣水泥水化過程中的作用，明確聚合氯化鋁發(fā)揮增強作用的主要成分及鋁的狀態(tài)，探究聚合氯化鋁增強礦渣硅酸鹽水泥的微觀機理。主要研究內容有以下幾點：
　　（1）揭示了聚合氯化鋁發(fā)揮增強效應的主要機理，提出其水解生成羥基鋁離子參與礦渣水化，促進礦渣溶蝕，增加水化產物的量，從而降低體系大孔孔隙率的創(chuàng)新觀點。并從凝膠分子結構角度表征了羥基鋁離子改性C-A-S-H凝膠微結構機制。
　?。?）從物質傳輸和離子擴散角度研究了Al在

4、C-A-S-H凝膠分子中結構位置對其層板結構的影響規(guī)律。針對礦渣顆粒水化過程中的物質傳輸機理提出聚合鋁改性C-A-S-H凝膠，增加凝膠微結構層板間距，提高凝膠微孔含量，促進礦渣顆粒侵蝕水化的微觀途徑。
　?。?）從C-A-S-H凝膠分子結構角度，研究了聚合氯化鋁對其分子平均鏈長和聚合度的影響規(guī)律，表征分析了凝膠中Al的結構位置，理論分析了其對凝膠納米微晶形貌和相互結合力的影響規(guī)律。水化漿體C-A-S-H凝膠分子的平均鏈長和聚合度降

5、低使得C-A-S-H凝膠微晶趨向于細晶化和分布均勻化。細晶化和分布均勻化的C-A-S-H凝膠表現出更強的范德華力，從而增加凝膠的膠凝能力。
　?。?）從C-A-S-H凝膠分子結構Al的化學環(huán)境角度，Al(V)是Ca、Mg等二價離子對Al(IV)進行電荷補償時促使Al(IV)變形而成。在C-A-S-H凝膠結構中，Al以Al(IV)形態(tài)引入凝膠主鏈，隨后發(fā)生畸變成Al(V)。而Al(VI)形態(tài)位于AFm和AFt相中，所以Al(V)向A