過硫磷石膏礦渣水泥混凝土的制備與耐久性研究.pdf

1、工業(yè)固體廢棄物的資源化利用不僅有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)而且能為節(jié)能減排提供一條可持續(xù)發(fā)展的途徑。本課題著重于研制以工業(yè)固體廢棄物為主體的免燒型低碳水泥，為實現(xiàn)以工業(yè)廢棄物制備高性能膠凝材料提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，進(jìn)一步推動綠色環(huán)保膠凝材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用。
　　 本文結(jié)合各種固廢的理化特性，依據(jù)材料組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造設(shè)計膠凝材料的配伍，制備由磷石膏、礦渣、鋼渣為主要組份的過硫磷石膏礦渣水泥(PPSC)，通過合理的配合比設(shè)計研制工作性良好的

2、過硫磷石膏礦渣水泥混凝土(PPSCC)。著重探索PPSCC的力學(xué)性能和顯微結(jié)構(gòu)與波特蘭水泥混凝土的差異，針對PPSCC的不足之處，采用活性摻合料與堿性激發(fā)劑共同改善PPSCC的耐久性。
　　 重點分析了C1(3％偏高嶺土)、C2(3％偏高嶺土+1％氫氧化鈣)、C3(3％偏高嶺土+1％水玻璃)對C0(PPSCC基準(zhǔn)樣)凝結(jié)時間、長期力學(xué)性能、抗氯離子滲透性能、體積穩(wěn)定性、抗碳化性能以及耐水性等性能的改善作用。通過XRD、SEM、M

3、IP、FTIR、EDS等技術(shù)方法測試PPSCC中孔結(jié)構(gòu)、水化產(chǎn)物的組成、硬化漿體與骨料的界面過渡區(qū)等方面的變化，輔助膠凝材料的水化熱和非蒸發(fā)水含量來解釋PPSCC的水化機(jī)理以及改性劑對PPSCC性能的改性機(jī)理。實驗研究表明:
　　 1).采用工業(yè)副產(chǎn)磷石膏、礦渣、鋼渣及少量水泥熟料可研制出一種安定性合格、工作性優(yōu)良的新型水硬性膠凝材料—PPSC，其28d的強(qiáng)度等級達(dá)到C30標(biāo)準(zhǔn)，但早期強(qiáng)度低，凝結(jié)時間過長。PPSCC各齡期的強(qiáng)度

4、隨著礦渣比表面積的增大或磷石膏摻量的減少而升高。
　　 2).PPSCC中的礦渣與水泥熟料/鋼渣（堿激發(fā)）和磷石膏（硫酸鹽激發(fā)）協(xié)同水化反應(yīng)，比波特蘭水泥混凝土形成更多低Ca/Si的C-S-H凝膠以及凝膠孔，且PPSCC漿體骨料的界面過渡區(qū)比PSCC和OPCC更加平整密實。PPSCC的主要水化產(chǎn)物為AFt和C-S-H凝膠，與波特蘭水泥混凝土水化產(chǎn)物的顯著差別是基本沒含有Ca(OH)2。PPSC是一種水化熱相當(dāng)?shù)偷乃?，其與普硅水

5、泥(OPC)和礦渣水泥(PSC)的水化放熱量大小為OPC＞PSC＞PPSC。
　　 3).偏高嶺土與水玻璃復(fù)摻可顯著縮短PPSC的凝結(jié)時間，其初凝時間與終凝時間比基準(zhǔn)樣分別縮短了72％和69％。偏高嶺土與堿性激發(fā)劑的摻入有助于細(xì)化AFt的尺寸，密實漿體結(jié)構(gòu)，且有利于改善漿體與骨料的界面過渡區(qū)。改性劑均能提高混凝土各個齡期的強(qiáng)度，其中，偏高嶺土與水玻璃復(fù)摻可大幅提高混凝土早期強(qiáng)度，并且其后期強(qiáng)度有小幅增長。
　　 4).相

6、比PSCC與OPCC，PPSCC具有更加優(yōu)異的抗氯離子滲透能力，在加入改性劑后，各組混凝土的抗氯離子滲透性能大小為C3＞C1＞C2＞C0。非接觸式和接觸式收縮測試均顯示偏高嶺土與水玻璃復(fù)摻對PPSCC的體積穩(wěn)定性有顯著改善。因PPSCC水化生成水硬性水化產(chǎn)物，緊密包裹未反應(yīng)石膏，所以使得PPSCC具有良好的耐水性。
　　 5).PPSCC在碳化后，AFt已經(jīng)基本不存在，C-S-H凝膠碳化后形成了硅膠、鋁膠以及文石或球霞石，碳化后

7、的漿體比碳化前的結(jié)構(gòu)更為疏松;PSCC中的Ca(OH)2在碳化后轉(zhuǎn)變?yōu)镃aCO3，碳化前許多細(xì)小的針狀A(yù)Ft演變成粗大的片狀，在漿體中伴隨許多立方體的方解石;偏高嶺土與堿性激發(fā)劑改性PPSCC的抗碳化性能最佳，其碳化深度低于PSCC。
　　 6).偏高嶺土與水玻璃復(fù)合摻入PPSCC，其水化包含了土聚水泥水化、堿礦渣水泥水化以及石膏礦渣水泥水化，水化過程分為四個階段，反應(yīng)初始階段、反應(yīng)加速階段、反應(yīng)穩(wěn)定階段和反應(yīng)衰減階段，各水化過