矿渣、高/低钙粉煤灰玻璃体及其水化特性研究

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本文主要针对铝硅酸盐熔体中所含的玻璃体进行了深入的研究,所选原料为北京首都钢铁公司的粒化高炉矿渣、高碑店电厂的高钙粉煤灰和石景山电厂的低钙粉煤灰。尽管矿渣和粉煤灰的研究和应用已经非常广泛,然而对于其发挥重要胶凝活性的玻璃体却研究甚少,本文主要针对矿渣、高/低钙粉煤灰玻璃体的含量、组分、结构、与物料活性关系进行了深入研究,并在此基础上研究了它们的溶出特性、水化特性,还探讨了复合体系的力学和水化性能。以期为全面认识和了解这类铝硅酸盐熔体物料做出一定的贡献。根据每种原料的物相特点,采用针对性的分析测试方法,研究了矿渣、高/低钙粉煤灰玻璃体的含量及其组分。对于矿渣,采用简单的XRD结晶度计算的方法进行计算;对于低钙粉煤灰,利用Rietveld全谱拟合方法进行计算,同时利用HF浸出进行验证;而对于高钙粉煤灰,则采用PDF2组合全谱拟合和热重分析相结合的方法进行各物相及玻璃体组分研究。这些针对性的研究方法为铝硅酸盐玻璃体含量及其组分的计算提供了新的思路。利用IR、NMR、SEM-HRTEM和退玻璃化XRD等测试方法对三种物料的玻璃体结构进行了研究和对比,揭示了三种玻璃体在结构上各自的特点和存在的明显差异。并对矿渣和低钙粉煤灰的玻璃体分相结构进行了探讨,建立了相应的结构模型。在了解了玻璃体组成和内部结构的基础上,采用不同的评价方法研究了物料活性与玻璃体的关系,阐述了玻璃体活性来源的依据。研究了这三种玻璃体的溶出特性,研究条件包括不同pH溶液、不同浓度NaOH溶液和不同时间。主要分析了玻璃体组成元素(Ca、Si、Al)在碱溶液中的溶出行为,并探讨了溶出机理。在此基础上,研究了它们在NaOH激发条件下的水化特性,其中矿渣的水化产物为CSH凝胶、水化铝酸钙和水化铝酸镁,高钙粉煤灰为无定形CSH、NASH凝胶及少量钙矾石,而低钙粉煤灰没有充分水化,不过生成了部分沸石相物质。同时,揭示了它们在碱激发条件下的水化机理。此外,还研究了四种复合体系的力学及水化性能。研究发现,将高活性辅助胶凝组分(如矿渣或高钙粉煤灰)与低活性辅助胶凝组分(低钙粉煤灰)通过多元复合,能够保证最终的力学性能。通过水化机理分析,揭示了这种体系的复合胶凝效应,并为复合胶凝材料的制备提供一定的理论基础。
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