聚合鋁改性C-A-S-H凝膠結(jié)構(gòu)特性及膠凝能力研究.pdf

1、硅鋁質(zhì)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(dá)數(shù)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(zhì)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(zhì)玻璃體工業(yè)廢渣制造水泥已經(jīng)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(zhì)玻璃體廢渣被排放而未能在水泥制造中應(yīng)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(qiáng)度，故而難以滿足質(zhì)量要求。因此，提升硅鋁質(zhì)玻璃體廢渣水化活性以增強(qiáng)其膠凝能力，是擴(kuò)大水泥工業(yè)消納硅鋁質(zhì)玻璃體廢渣范圍和提高消納能力的關(guān)鍵技術(shù)。
　　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(jié)構(gòu)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(diào)控C-A-S-H凝膠分子結(jié)構(gòu)進(jìn)而提高凝膠膠凝能力的科學(xué)假設(shè)，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(qiáng)作用的主要成分及鋁的狀態(tài)，探究聚合氯化鋁增強(qiáng)礦渣硅酸鹽水泥的微觀機(jī)理。主要研究內(nèi)容有以下幾點：
　?。?）揭示了聚合氯化鋁發(fā)揮增強(qiáng)效應(yīng)的主要機(jī)理，提出其水解生成羥基鋁離子參與礦渣水化，促進(jìn)礦渣溶蝕，增加水化產(chǎn)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(jié)構(gòu)角度表征了羥基鋁離子改性C-A-S-H凝膠微結(jié)構(gòu)機(jī)制。
　?。?）從物質(zhì)傳輸和離子擴(kuò)散角度研究了Al在

4、C-A-S-H凝膠分子中結(jié)構(gòu)位置對其層板結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。針對礦渣顆粒水化過程中的物質(zhì)傳輸機(jī)理提出聚合鋁改性C-A-S-H凝膠，增加凝膠微結(jié)構(gòu)層板間距，提高凝膠微孔含量，促進(jìn)礦渣顆粒侵蝕水化的微觀途徑。
　?。?）從C-A-S-H凝膠分子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)位置，理論分析了其對凝膠納米微晶形貌和相互結(jié)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(xì)晶化和分布均勻化。細(xì)晶化和分布均勻化的C-A-S-H凝膠表現(xiàn)出更強(qiáng)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(jié)構(gòu)Al的化學(xué)環(huán)境角度，Al(V)是Ca、Mg等二價離子對Al(IV)進(jìn)行電荷補(bǔ)償時促使Al(IV)變形而成。在C-A-S-H凝膠結(jié)構(gòu)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