论文部分内容阅读
减少普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,简称OPC)生产过程的碳排放,开发替代OPC的低碳水泥材料成为研究的热点。OPC高温煅烧下形成的过烧MgO(Dead-burned magnisa,简称过烧或死烧MgO)会产生后期膨胀,是OPC生产过程中需要控制的有害成分。近年来,低温制备的高活性MgO (Reactive magnisa,简称活性MgO)在低碳镁基水泥、水泥膨胀剂以及碳吸附材料中的应用受到了广泛关注。本文针对我国储量较大的菱镁矿资源,探讨低温煅烧菱镁矿制备活性MgO及其活性评价方法,以及制备的活性MgO单掺到OPC中对水泥水化过程、膨胀特性、碳化特性等的影响规律。主要包括以下内容：(1)菱镁矿低温煅烧制备活性MgO及其活性评价方法在柠檬酸显色时间、MgO水化转化率的现有MgO活性评价方法基础上,针对菱镁矿600-750℃低温煅烧存在分解不完全的情况,首次提出低温制备活性MgO产物的修正水化转化率评价方法,并通过XRD、SEM、TEM等手段对活性MgO的水化产物进行表征。结果表明：焙烧温度越低,保温时间越短,单位质量MgO活性越高,但菱镁矿分解率越低。综合考虑菱镁矿分解率及MgO活性,采用自制回转焙烧炉,在焙烧温度700℃,保温时间180min制备活性MgO产物用于后续水泥材料的研究。(2)活性MgO水泥体系浆体的体积膨胀规律及机理探讨标准养护条件下,通过单掺MgO、复掺MgO与粉煤灰的掺料方式,研究不同活性MgO对水泥净浆体积变化的影响规律。通过模拟浆体的40-50℃的温度条件,设定水浸泡温度为40℃,通过XRD、SEM、DTA/TG、比表面积及孔径分析等分析手段,分析养护温度对浆体膨胀率以及水化产物基本性能的影响。水浸泡升温加速了水泥浆体的水化速度,单掺过烧MgO水泥净浆的膨胀率显著比同掺量活性MgO水泥净浆的膨胀率大。XRD结果表明,活性MgO水泥浆体,MgO在43.126°(2θ)衍射峰值较低,Mg(OH)2在37.995°(2θ)处衍射峰面积较大；过烧MgO水泥浆体呈现相反的规律。过烧MgO水泥浆体在32.546°(2θ)处出现高峰值的衍射峰。MgO的活性影响水泥水化产物的组成和结构,从而导致水泥浆体水化前后体积的变化。单掺活性MgO水泥体系最优掺量是8wt%；复掺活性MgO和粉煤灰的水泥体系,最优掺量是10wt%MgO和20wt%PFA。选择蒸压养护(80-180℃)的方式,加速MgO在体系中的水化过程。蒸养过程中浆体收缩与C-S-H凝胶失水,活性MgO的水化以及水泥水化产物的结晶有关。(3)活性MgO水泥体系碳化规律及机理研究以活性MgO与普通硅酸盐水泥熟料、粉煤灰为原料设定MgO和粉煤灰的掺量范围,进行净浆和砂浆的实验。碳化养护条件20±3℃、湿度70±2%,CO2浓度体积分数为5.0±0.2%,10.0±0.2%,20.0±0.2%和80.0±0.2%。通过XRD、SEM、FTIR、孔径分析等测试手段,分析净浆pH变化规律、C02吸收量、碳化深度以及砂浆强度。水泥浆体PM2-2(MgO掺量20wt%和20wt%粉煤灰)在5%C02养护90d,C02吸收量的最大值为27.30%。酚酞试剂测定碳化深度,无色区是浆体的完全碳化区,pH<9.6。未碳化区pH为12.9,碳化反应区均有较高的pH,范围在9.6-12.9。砂浆碳化强度最大的样品PM3-1(MgO掺量10wt%,粉煤灰掺量30wt%),10%C02碳化养护14d、28d和90d的抗压强度分别为60.75MPa、53.69MPa和67.56MPa。(4)活性MgO碱激发矿渣水泥体系体积变形碱激发矿渣水泥(Alkali-activated slag,简称AAS)水化产物C-S-H凝胶的钙硅比、孔径结构特征造成AAS比OPC浆体更容易开裂。复掺活性MgO及粉煤灰可以减少碱激发矿渣水泥的干燥收缩和化学收缩。在碱激发剂的模数和掺量、粉煤灰掺量、MgO掺量的单因素实验基础上,采用表面响应法(RSM,Response Surface Methodology)实验设计四因素三水平的实验,得出体系最优配比为粉煤灰：矿渣的质量比FSR为0.4,碱激发剂的掺量10%,水玻璃模数1.6,MgO的掺量0.19。优化配方MgO:slag:fly ash为20：56.3：23.7时,砂浆试块28d抗折强度为7.29MPa,抗压强度44.58MPa。