水泥-玄武巖膠凝體系的制備、性能與作用機(jī)理.pdf

1、隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快、新型城鎮(zhèn)化及“一帶一路”戰(zhàn)略向縱深推進(jìn)，以水電為主的我國(guó)西南地區(qū)和帶路沿線的東南亞國(guó)家，對(duì)水泥基礦物輔料需求量大幅增加，供需矛盾較突出。玄武巖主要應(yīng)用于建筑石料和玄武巖纖維的制備，這兩種應(yīng)用途徑皆要求對(duì)原料進(jìn)行嚴(yán)格篩選，導(dǎo)致在選礦和生產(chǎn)過(guò)程中排放了大量的尾礦和廢料，若不合理利用，既浪費(fèi)資源又可能造成環(huán)境污染。當(dāng)前，磨細(xì)玄武巖作為水泥混合材的研究和應(yīng)用已有一些實(shí)踐和個(gè)例，但對(duì)玄武巖的組成、結(jié)構(gòu)、性能及相關(guān)膠凝體系

2、完整制備工藝研究尚不完善，玄武巖的火山灰活性及其反應(yīng)機(jī)理研究尚不夠系統(tǒng)和明晰。
　　本文圍繞玄武巖-水泥膠凝體系的制備及其反應(yīng)機(jī)理研究，針對(duì)玄武巖硬質(zhì)難磨的問(wèn)題，系統(tǒng)的研究了玄武巖-水泥復(fù)合粉體制備工藝，玄武巖粉磨功耗高的內(nèi)在本質(zhì)原因，分析推演了玄武巖粉磨細(xì)化過(guò)程，并開(kāi)發(fā)了適用于玄武巖的助磨劑;研究了玄武巖-水泥膠凝體系砂漿和混凝土的拌合物性能，力學(xué)性能和部分耐久性，成功解決了該體系與外加劑適應(yīng)性不穩(wěn)定的問(wèn)題;掌握了玄武巖-水泥膠

3、凝體系的關(guān)鍵制備技術(shù)，制備了符合國(guó)標(biāo)的復(fù)合硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥產(chǎn)品，技術(shù)成果成功在當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)化;明確了玄武巖火山灰活性的影響因素，揭示了其火山灰活性與石英粉、粉煤灰和偏高嶺土存在差異的原因。取得的主要結(jié)論與成果如下:
　　玄武巖粉磨特性與助磨劑開(kāi)發(fā)。用球磨/行星磨/攪拌磨等粉磨設(shè)備，分別采用單獨(dú)粉磨/混合粉磨的方式，制備了玄武巖-水泥膠凝粉體，分析了粉磨工藝對(duì)混合粉體細(xì)度和粒度分布的影響規(guī)律;以邦德功指數(shù)為主要指標(biāo)考察了熱處理后

4、的玄武巖的功耗變化，結(jié)合巖相分析，揭示了玄武巖礦物組成和微觀結(jié)構(gòu)與粉磨過(guò)程的相互影響機(jī)制，并分析推演了玄武巖的粉磨過(guò)程;研究了不同有機(jī)物和官能團(tuán)對(duì)玄武巖的助磨效果。研究結(jié)果表明:(1)粉磨特性。采用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室球磨玄武巖（進(jìn)料最大粒度4.75mm）1h，可達(dá)到“粉磨平衡”狀態(tài);混合粉磨時(shí)，玄武巖具有一定的“微級(jí)研磨體”助磨效應(yīng)。(2)粉磨過(guò)程。玄武巖粉體粒徑分布呈現(xiàn)雙峰特征，左峰體現(xiàn)為玄武巖礦物結(jié)構(gòu)中玻璃體組分的離解和細(xì)化，右峰則主要是其

5、中包含的長(zhǎng)石、輝石類礦物硬度較高所致。(3)助磨劑開(kāi)發(fā)。多元醇和醇胺類高分子化合物對(duì)玄武巖均具有顯著的助磨效果，從作用效果來(lái)看，多元醇(BS)＞三乙醇胺(T)＞丙二醇(BE)≈乙二醇(YE)。
　　玄武巖-水泥膠凝體系基本性能及工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)踐。研究了玄武巖粉磨方式、摻量、細(xì)度對(duì)玄武巖-水泥膠凝體系基本物理性能的影響規(guī)律;采用Marsh筒法、流動(dòng)度法和自由液相量法，對(duì)比研究了不同玄武巖-水泥膠凝體系與減水劑的適應(yīng)性，測(cè)試了不同細(xì)度玄

6、武巖粉、熟料和粉煤灰的Zeta電位，明確了該體系與減水劑適應(yīng)性不穩(wěn)定的根本原因，并提出了適宜的解決方案。研究結(jié)果顯示:(1)物理力學(xué)性能。玄武巖單摻摻量不大于15％時(shí)，可促進(jìn)水泥熟料的早期水化，長(zhǎng)期而言，玄武巖粉體具有一定的火山灰活性。(2)玄武巖-水泥膠凝體系與減水劑適應(yīng)性。當(dāng)玄武巖摻量在8％以內(nèi)，玄武巖-水泥膠凝體系混合粉體比表面積370m2/kg左右時(shí)，玄武巖的摻入對(duì)外加劑相容性影響較小。(3)中試試驗(yàn)。當(dāng)固定混合材摻量16％（玄

7、武巖∶礦渣=1∶1）時(shí)，隨比表面積增大，3d強(qiáng)度顯著增加，對(duì)所配制的C30混凝土而言，當(dāng)比表面積小于370m2/kg時(shí)，拌合物和易性較好，但比表面積超過(guò)370m2/kg后，拌合物坍落度和擴(kuò)展度顯著降低。(4)玄武巖-水泥膠凝體系耐久性初步分析。單摻玄武巖的普通混凝土和玄武巖機(jī)制砂混凝土，其抗硫酸鹽侵蝕和抗碳化性能皆優(yōu)于以粉煤灰或礦渣為摻合料的混凝土，而復(fù)摻時(shí)，玄武巖與粉煤灰或礦渣具有互補(bǔ)效應(yīng)。
　　玄武巖-水泥膠凝體系微觀測(cè)試及其

8、水化過(guò)程分析。選擇石英粉、粉煤灰、偏高嶺土以及兩種細(xì)度的玄武巖粉，采用水化熱分析、X射線衍射(XRD)、熱重-差熱分析(TG-DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電感耦合等離子體光譜儀(ICP)等測(cè)試方法，對(duì)比分析了水化放熱量、水化放熱速率，水化產(chǎn)物形貌、種類及其相對(duì)含量，以及玄武巖粉體在強(qiáng)堿性環(huán)境中的硅鋁離子溶出規(guī)律等。結(jié)合玄武巖的礦物組成特點(diǎn)和基質(zhì)包裹微晶的微觀結(jié)構(gòu)，探討了玄武巖參與水泥熟料水化的火山灰反應(yīng)過(guò)程與機(jī)理。研究結(jié)果表明: