水泥基材料礦相粉磨機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)與分形理論研究.pdf

1、水泥基材料以其優(yōu)良的工程性能和相對低廉的生產(chǎn)成本成為房屋建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可缺少的、最主要的建筑材料。但在水泥材料的生產(chǎn)與使用過程中卻存在著兩個不容忽視的問題，即水泥熟料的生產(chǎn)對自然資源的嚴(yán)重消耗與溫室氣體排放和水泥基材料使用過程中的低水化率造成的資源浪費。研究表明，在水泥基材料的磨制過程進(jìn)行細(xì)磨，不僅能夠提高熟料的有效利用率，更能加大對諸如粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業(yè)廢渣用作水泥混合材的摻入量。其實質(zhì)在于物料在細(xì)磨的過程中除發(fā)生顆粒細(xì)化

2、、比表面積增大外，還發(fā)生了晶格畸變、晶體缺陷、表層化學(xué)鍵斷裂、自由能增大、自由基生成甚至晶粒無定性化等機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，使細(xì)磨物料的反應(yīng)活性顯著提高。論文通過對硅酸鹽水泥熟料部分礦相粉磨過程中誘發(fā)機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的研究，較為系統(tǒng)地揭示了水泥基材料粉磨過程的破壞類型、特征及粉磨條件對機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的影響，并運用分形理論對水泥基材料的顆粒特征、機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)作用及其與水化性能的關(guān)系進(jìn)行了分析討論。 研究中，運用激光粒度測量技術(shù)、X射線衍

3、射技術(shù)、掃描電鏡技術(shù)、熱導(dǎo)式微量熱技術(shù)和紅外光譜分析手段對β-C2S和C3S礦相等經(jīng)高能球磨粉磨后的顆粒特征、晶體微觀結(jié)構(gòu)與顆粒表層的化學(xué)鍵斷裂等變化規(guī)律及其對水化活性的影響進(jìn)行了研究，并對不同的粉磨條件對上述變化的影響進(jìn)行了對比研究與分析。 研究結(jié)果表明，硅酸鹽礦相在高能球磨粉磨過程中發(fā)生了脆性破壞和塑性變形二種不同的破壞形式，經(jīng)歷了(A)脆性破壞；(B)脆性破壞與塑性變形共同發(fā)生；(C)塑性變形破壞三個不同的破壞階段。脆性破

4、壞主要造成物料顆粒與晶粒的迅速細(xì)化和比表面積的快速增大，對物料產(chǎn)生機(jī)械活化作用；塑性變形破壞則側(cè)重于使物料發(fā)生晶格畸變、晶體缺陷增加，無定形化程度加劇的變化，對物料產(chǎn)生機(jī)械力化學(xué)活化作用。因而機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的顯著發(fā)生必須要使粉磨過程積累到一定的程度，即發(fā)生塑性變形。但過度的粉磨也會使機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)趨于飽和而于礦物粉磨活性的進(jìn)一步提高無益。 根據(jù)X射線衍射測試計算的晶粒尺寸D、顯微應(yīng)變ε和有效德拜-瓦洛參數(shù)Beff與礦物粉磨過程的

5、三個破壞階段具有良好的吻合性：脆性破壞階段，D值快速減小，ε與Beff緩慢增加；塑性變形破壞階段，ε與Beff迅速增加到接近最大值，D則少有變化；在二種破壞形式共同作甩階段，則D、ε和Beff均有可觀的變化。D值與ε和Beff間存在良好的逆變關(guān)系。由于D、ε和Beff較好地描述了物料顆粒在機(jī)械力作用下結(jié)晶狀態(tài)的變化情況，因而可將D、ε和Beff三個參數(shù)作為評價物料顆粒、尤其是晶粒在機(jī)械力作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的機(jī)械力化學(xué)作用結(jié)構(gòu)因子。

6、 機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)影響因素的研究表明，機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的發(fā)生與發(fā)展不僅與物料的物性，主要是內(nèi)聚力的強(qiáng)弱有關(guān)，更取決于粉磨條件。粉磨過程中，凡是能夠強(qiáng)化沖擊力和摩擦力(要注意兩者的匹配)的措施均有利于機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的強(qiáng)化，而液態(tài)粉磨環(huán)境或是助磨劑的使用，由于減弱了粉磨的摩擦力，雖有利于顆粒的細(xì)化、提高粉磨效率，卻不一定有利于機(jī)械力化學(xué)作用如晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生。 對粉磨試樣及各種水泥基材料的顆粒特征及性能進(jìn)行的分形理論研究表明，分形維數(shù)是