天然硬石膏活性激发及其水化硬化特性研究

论文摘要

我国天然硬石膏资源储量居世界首位,达300亿吨。硬石膏溶解度大于二水石膏,水化反应是热力学自发过程,具备潜在的胶凝性。但硬石膏结构致密、溶解缓慢、水化活性很低,所以利用率和利用水平都不高。活性激发是硬石膏资源化成效的关键。本文通过粉磨活化、煅烧活化、激发剂激发及无机活性材改性这四种技术途径对硬石膏进行活性激发,并通过测定硬石膏的水化率、水化温升、液相离子浓度、二水石膏析晶过饱和度、粉体细度、标准稠度、凝结时间和硬化体强度、微结构、线膨胀率等,对不同激发途径下硬石膏的水化硬化特性进行了系统、深入的研究。粉磨使硬石膏颗粒细化,与水接触的比表面积增加,溶解加快,水化潜伏期缩短,水化活性提高,粉磨细度应控制在4000～6000cm2·g-1为宜;助磨剂可以提高硬石膏的易磨性,改善颗粒形貌,FDN适宜掺量为0.5%,K2SO4适宜掺量为1%。经150℃煅烧,硬石膏中的CaSO4·2H2O分解生成β-CaSO4·1/2H2O,使硬石膏结构松弛,易磨性提高,粉磨细度增加,平均粒径变小;β-CaSO4·1/2H2O具有很高的水化活性,它能够快速水化生成的CaSO4·2H2O,对硬石膏的水化产生晶种诱导效应,使硬石膏在液相中CaSO4·2H2O晶体成核与生长速率加快。掺加激发剂是提高硬石膏水化活性的有效途径。硫酸盐激发剂使硬石膏水化进程加快,形成富SO42-液相,二水石膏析晶过饱和度提高,二水石膏晶体成核与生长速率加快,晶体尺寸细化,硬化体强度提高。碱性激发剂的激发效果一般比硫酸盐激发剂差,Na2C2O4是硬石膏的高效碱性激发剂,它与硬石膏反应形成CaC2O4沉淀和可溶硫酸盐,使液相SO42-浓度大幅提高,促进硬石膏的水化溶解。复合激发剂对硬石膏的激发效果有一定的差异,3%煅烧明矾与1% Na2SO4复合是硬石膏活性激发的高效复合激发剂。硬石膏中掺入矿渣、水泥熟料等无机活性材,矿渣和水泥熟料与硬石膏的水化相互促进,形成钙矾石与水化硅酸钙等水硬性矿物,使硬石膏水化潜伏期缩短、水化进程加快、强度增加、线膨胀率减小、耐水性提高。本研究为合理利用硬石膏资源、发展建筑节能墙体材料提供了技术基础,对硬石膏的建材资源化以及新型胶凝材料的开发应用具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 硬石膏资源状况
• 1.2 硬石膏性能特点
• 1.3 硬石膏活性激发技术
• 1.3.1 硬石膏活性激发的技术途径
• 1.3.2 国内外硬石膏活性激发研究进展
• 1.4 硬石膏的应用现状
• 1.5 存在的主要问题
• 1.6 本课题的意义和研究内容
• 1.6.1 本课题的意义
• 1.6.2 本课题的研究内容
• 2 原材料及试验方法
• 2.1 主要原材料
• 2.1.1 天然硬石膏
• 2.1.2 化学试剂
• 2.1.3 矿渣和粉煤灰
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 水化率测定
• 2.2.2 液相离子浓度测定
• 2.2.3 水化温升测定
• 2.2.4 材料物理力学性能测定
• 2.2.5 软化系数测定
• 2.2.6 线膨胀率测定
• 2.2.7 X 射线衍射分析
• 2.2.8 扫描电镜分析
• 2.2.9 热分析
• 2.2.10 粉磨处理
• 2.2.11 煅烧处理
• 3 硬石膏粉磨活化
• 3.1 粉磨对硬石膏细度与形貌的影响
• 3.1.1 粉磨对硬石膏细度的影响
• 3.1.2 粉磨对硬石膏颗粒形貌的影响
• 3.2 硬石膏助磨活化
• 3.2.1 助磨剂对硬石膏细度的影响
• 3.2.2 助磨剂对硬石膏水化率的影响
• 3.3 不同细度硬石膏的水化活性
• 3.3.1 细度对硬石膏水化活性的影响
• 3.3.2 硬石膏的液相离子浓度与过饱和度
• 3.4 粉磨处理改善硬石膏水化活性的原因
• 3.5 小结
• 4 硬石膏煅烧活化
• 4.1 煅烧对硬石膏的凝结时间和强度的影响
• 4.2 煅烧硬石膏的相组成分析
• 4.3 煅烧对硬石膏易磨性及密度的影响
• 4.4 煅烧对硬石膏溶解性、液相离子浓度和过饱和度的影响
• 4.5 煅烧对硬石膏水化率及其硬化体强度、微结构的影响
• 4.6 硬石膏煅烧活化的原因
• 4.7 小结
• 5 激发剂对硬石膏水化活性的影响
• 5.1 硫酸盐激发剂对硬石膏水化活性的影响
• 5.1.1 不同硫酸盐激发剂对硬石膏的水化率和强度的影响
• 5.1.2 硫酸盐激发剂对硬石膏水化进程的影响
• 5.1.3 硫酸盐激发剂对硬石膏硬化体结构、强度和线膨胀的影响
• 5.1.4 硫酸盐激发剂对硬石膏液相离子浓度和过饱和度的影响
• 5.1.5 硫酸盐激发剂改善硬石膏水化活性的作用机理
• 5.2 碱性激发剂对硬石膏水化活性的影响
• 5.2.1 不同碱性激发剂对硬石膏水化率和强度的影响
• 5.2.2 碱性激发剂对硬石膏水化温升和液相离子浓度的影响
• 5.2.3 碱性激发剂对硬石膏微结构和线膨胀的影响
• 5.2.4 碱性激发剂改善硬石膏水化活性的原因
• 5.3 复合激发剂对硬石膏水化活性的影响
• 5.3.1 激发剂的复合方式对硬石膏水化性能的影响
• 5.3.2 复合激发剂对硬石膏微观结构、强度和线膨胀的影响
• 5.4 小结
• 6 无机活性材对硬石膏的改性作用
• 6.1 矿渣的改性作用
• 6.2 粉煤灰的改性作用
• 6.3 水泥熟料的改性作用
• 6.4 水泥熟料与矿渣混掺的改性作用
• 6.5 水泥熟料与粉煤灰混掺的改性作用
• 6.6 矿渣、粉煤灰和水泥熟料混掺的改性作用
• 6.7 无机活性材的改性作用机理
• 6.8 小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录