快硬早強(qiáng)磷渣基膠凝材料及其混凝土性能研究.pdf

1、我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在經(jīng)歷幾十年的建設(shè)高峰期后，將很快向大規(guī)模維修加固期過(guò)渡。快硬早強(qiáng)膠凝材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，可以滿(mǎn)足現(xiàn)階段修補(bǔ)領(lǐng)域的迫切需求。目前用于混凝土的快速修補(bǔ)材料主要有無(wú)機(jī)類(lèi)修補(bǔ)材料、樹(shù)脂類(lèi)有機(jī)材料、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合類(lèi)材料等，但由于存在環(huán)境問(wèn)題，不利于走綠色可持續(xù)發(fā)展之路。另一方面，磷渣是電熱法生產(chǎn)黃磷時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)廢渣。粒化磷渣（以下簡(jiǎn)稱(chēng)磷渣），有潛在的膠凝活性，因而可將其用于制備新型修補(bǔ)材料。但是，由于磷渣早期活性較低，且含有一定量緩

2、凝作用的P2O5，會(huì)影響水泥基材料早期強(qiáng)度的發(fā)展，不利于修補(bǔ)材料的快硬和早強(qiáng)。針對(duì)以上問(wèn)題，本研究以磷渣為主要原料，進(jìn)行新型修補(bǔ)材料——快硬早強(qiáng)磷渣基膠凝材料及其混凝土性能的研究。在磷渣粉膠凝性能及其活性激發(fā)研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料復(fù)合技術(shù)，開(kāi)發(fā)出具有快硬、早強(qiáng)特點(diǎn)的磷渣基膠凝材料，探討了其水化硬化過(guò)程與微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并制備C30、C40及C50快硬早強(qiáng)磷渣基混凝土，研究其耐久性。本文的主要工作和取得的重要成果如下：
　　1）通過(guò)對(duì)

3、磷渣粉的膠凝性及其與顆粒粒徑分布關(guān)系的研究，為提高磷渣粉的膠凝活性，磷渣粉應(yīng)達(dá)到一定的細(xì)度，本研究試驗(yàn)條件下，磷渣粉的比表面積應(yīng)不低于397 m2/kg。同時(shí)，應(yīng)盡可能增加磷渣粉中對(duì)其膠凝性能起促進(jìn)作用的顆粒，即粒徑5.0~30.2μm顆粒的含量，尤其是起關(guān)鍵促進(jìn)作用的顆粒（粒徑5.0~20.0μm）含量，限制和減小起削弱作用的顆粒含量（>30.2μm的顆粒），從而優(yōu)化磷渣粉的顆粒級(jí)配、提高其膠凝活性，以利于磷渣基快硬早強(qiáng)膠凝材料的制備

4、。
　　2）以磷渣為主要組分，輔以石墨尾礦粉及少量硅酸鹽水泥與硅灰等礦物質(zhì)材料，制備出了具有快硬、早強(qiáng)特點(diǎn)的磷渣基膠凝材料，其配比為：磷渣粉：石墨尾礦粉：硅酸鹽水泥：礦物質(zhì)材料A：硅灰=（0.78～0.81）：0.05：0.09：0.05：（0～0.03）。其最佳配比以模數(shù)1.4的水玻璃為激發(fā)劑（按Na2O計(jì)，質(zhì)量摻量為5％）、試劑K作調(diào)凝劑（1%）時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)膠砂試件的1d、3d和28d抗壓強(qiáng)度分別為16.1 MPa、27.2 MP

5、a和49.6 MPa，1 d、3 d和28 d抗折強(qiáng)度分別為3.5MPa、5.1MPa和11.5MPa，達(dá)到GB175-2007對(duì)普通硅酸鹽水泥P.O42.5R的強(qiáng)度要求。
　　3）XRD、IR、SEM和TG-DTG等微觀測(cè)試結(jié)果證實(shí)：所開(kāi)發(fā)的快硬早強(qiáng)磷渣基膠凝材料的早期水化很快，齡期12h時(shí)的水化程度能達(dá)到28d水化程度的60%左右；在水化早期即生成大量方沸石、水化硅酸鈣等凝膠類(lèi)產(chǎn)物，Ca(OH)2等晶體類(lèi)產(chǎn)物很少，摻入石墨尾礦

6、粉等可進(jìn)一步消耗Ca(OH)2；硬化漿體中，未水化顆粒和少量晶體類(lèi)產(chǎn)物被凝膠產(chǎn)物緊密地包裹，微觀結(jié)構(gòu)較致密。這些特征是該磷渣基膠凝材料具有快硬、早強(qiáng)特性的微觀機(jī)理。
　　4）利用所開(kāi)發(fā)的快硬早強(qiáng)膠凝材料進(jìn)行了三種不同強(qiáng)度等級(jí)（C30、C40、C50）混凝土的配合比設(shè)計(jì)與制備，試驗(yàn)研究了混凝土的基本力學(xué)性能，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到了適用于該磷渣基膠凝材料制備混凝土的膠水比—混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系式（也稱(chēng)鮑羅米公式），即：fcu=αfce(B