论文总字数：15570字

摘 要

碱激发胶凝材料虽然有诸多优点，比如早期强度高，凝结时间短。但是到目前为止还没有过大规模应用，部分原因是碱激发溶液的高碱性或者高粘度不容易处理好，工人施工危险较大，以及凝结时间的难以控制。因此固体激发剂的开发应用是非常有必要的。

本文通过利用多孔材料吸附液体激发剂（硅酸钠）烘干后磨碎，制作新型固体激发剂，以不同配比混合，激发矿渣基地聚物。通过测试制成样品的抗压强度，研究了不同固体激发剂含量对凝结时间的影响以及不同的固体激发剂和氢氧化钠掺量对单组份地聚物抗压强度的影响，并且探讨了何种配比及激发剂的选择对矿渣基单组分地聚物的力学性能相较于液体激发剂的影响。通过实验发现多孔材料用量在105g到122.5g之间时，凝结时间缩短最多，接近50h。配比NaOH掺量为21g，固体激发剂掺量为105g；NaOH掺量为17.5g，固体激发剂掺量为140g时，样品力学性能达到最优。

关键词：碱激发材料 激发剂 矿渣 抗压强度

Abstract

Although alkali - activated cementing materials have many advantages, such as high early strength and short coagulation time. But so far has been no large-scale applications, partly because of the high alkalinity of the alkali excitation solution or high viscosity is not easy to handle, construction workers greater risk, as well as the setting time is difficult to control. Therefore, the development and application of solid propellant is very necessary.

By using porous materials to absorb liquid activator (sodium silicate) after drying and grinding, a new type of solid activator was made, which was mixed with different proportions to stimulate slag base polymer. By testing the compressive strength of samples made, studied the influence of different solid excitation agent content on the setting time and the different solid exciting agent and sodium hydroxide dosage of one-component the influence of the compressive strength of the polymer, and discusses the choice of what kind of ratio and exciting agent of slag of single-component polymer mechanical properties compared with the influence of liquid exciting agent.Through experiments, it was found that when the amount of porous materials was between 105g and 122.5g, the coagulation time was shortened the most, close to 50h. The proportion of NaOH was 21g, and the content of solid activator was 105g. When the NaOH content was 17.5g and the solid activator content was 140g, the mechanical properties of the samples were optimized.

Key words : Alkali activated material; Exciting agent; slag; The compressive strength

目录

摘要 2

Abstract 2

第一章 绪论 5

1.1矿渣 5

1.2碱激发材料 5

1.2.1激发类别 6

1.3碱激发矿渣胶凝材料的优点 6

1.4 单组份地聚物的研究 7

1.4.1煅烧方法 7

1.4.2 固体激发剂 7

1.5研究内容 8

1.6 技术路线 8

第二章 实验部分 9

2.1实验原料 9

2.1.1矿渣 9

2.1.2固体激发剂 10

2.1.3 水玻璃和氢氧化钠 11

2.2实验设备 12

2.3实验方法 12

2.3.1固体激发剂的制备 12

2.3.2浆体的制备 12

2.4测试方法 13

2.4.1初终凝时间测定 13

2.4.2抗压强度测定 14

第三章 实验结果与讨论 15

3.1 不同固体激发剂含量对凝结时间的影响 15

3.2 不同固体激发剂掺量对单组份地聚物抗压强度的影响 16

3.3 不同NaOH掺量对抗压强度的影响。 18

3.4 与不使用固体激发剂的碱激发矿渣抗压强度对比 20

3.5 使用固体激发剂试样的XRD分析 22

第四章 结论与展望 24

4.1结论 24

4.2展望 24

参考文献 25

致谢 26

第一章 绪论

1.1矿渣

矿渣是产量很大的工业固体废弃物，是高炉炼铁的副产品。在高炉炼铁这个过程中,铁的氧化物在高温下被还原成铁。铁矿石中存在的许多杂质如二氧化硅和氧化铝等会与石灰石发生反应产生熔融物，高炉炼铁过程中反应产生的这种熔融物被研究发现为硅酸盐和硅铝酸盐。而且硅酸盐和硅铝酸盐在这种熔融中占据了主要的部分。高炉炼铁工业生产结束后会产生很多废弃物，这些废弃物被收集冷却后成为一种疏松多孔的粒状物。我们称其为矿渣。我们可以通过高炉矿渣的碱度来对矿渣进行分类。

矿渣的化学成分主要是一些氧化物像氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化锰和三氧化二铁，其次还有少许硫化物像硫化钙和硫化锰等。矿渣与硅酸盐水泥的化学成分与组成是很类似的。在矿渣中，氧化钙、二氧化硅和三氧化二铝的含量在90%以上，几乎为主要组成部分。矿渣与硅酸盐水泥相比矿渣氧化钙含量偏低一些，二氧化硅含量偏高一些。矿渣的碱度是指矿渣试样中碱性氧化物与酸性氧化物的质量分数比值。矿渣碱度大于1的碱性矿渣中存在一些氧化钙含量高的，在这种矿渣中还发现了硅酸二钙这种成分，所以矿渣本身可能具有微弱的水硬性[1]。

目前对矿渣的玻璃体结构还没有统一的说法，现状主要存在三种假说[2]:第一种假说是矿渣的各种氧化物彼此延伸呈空间网络。第二种说法是矿渣是由硅氧四面体[Si04]^4-无规则连接聚合而成的空间网络体[6]，Si、P等阳离子位于四面体的中央，这些四面体通过顶角上的氧离子不规则连接。溶液中的钠、钾等半径大、电荷小的金属阳离子能与硅氧键中的氧离子形成氧化钠和氧化钾，将硅氧键切断，形成了不稳定的结构，这种金属阳离子越多,对玻璃体的结构破坏越大。第三种说法是矿渣是一种微小晶体聚合体，存在着较多的缺陷。这三种说法说明了矿渣处于介稳状态，存在着一定的水化活性。

1.2碱激发材料

碱激发胶凝材料是19世纪初提出来的一种新型胶凝材料[3]，它是指本身不具备明显水化活性的物质在碱性激发剂的激发作用下生成稳定凝胶的一类材料的统称。碱激发胶凝材料具有类似沸石矿物组成的性质，由于其物理形态形成了三维网络结构，所以它很像有机聚合物、陶瓷和水泥，像它们一样具有良好的性能，有时也会被称为“地质聚合物”。其原材料一般是具有火山灰活性或潜在水硬性的硅铝酸盐[4]。很多学者认为只要能在强碱作用下生成稳定水化产物的硅铝酸盐原料即可考虑作为碱激发胶凝材料制备的原料，比如煤矸石[5]、钢渣、磷渣、黏土等。但粉煤灰、钢渣、煤矸石等活性不高，需要采用高浓度碱激发并采用热养护才能产生较高的强度，黏土需要煅烧生成偏高岭土才能够与碱反应，并且其Ca0含量较低，需要强碱才能激发，所以研究热度低。因此目前主要采用矿渣作为原料来研究碱激发材料。和硅酸盐水泥比较而言，碱激发胶凝材料生产过程中无需经过两磨一烧的工艺，并且不需要开采石灰石和黏士等自然资源，因此对环境污染小，能源消耗低，在同条件下抗压强度比硅酸盐水泥高，而水化热低很多,是一种非常有潜力的绿色新型胶凝材料。碱激发胶凝材料能够将工业产生的废渣变废为宝，是水泥工业发展的新方向。碱激发材料作为一种当前和未来“可持续胶凝粘结剂系统”的组成部分被广泛讨论和推广[7-14]。这些粘结剂在全球范围内，有不同的可用性、反应性、成本和价值[15]。碱激发材料是一种具有很大利用潜力的材料，它也是未来全球建筑材料行业的一个重要的组成部分。

1.2.1激发方式

有许多的方法可以刺激胶凝材料，包括利用物理方式激活、利用化学试剂激活、复合激活以及热激活等。

1. 物理激活

对于物理激发活化，也被称为机械活化，即把材料粉磨到一定程度，使得粉磨的物料具有一定的细度。为使粉末物料的活性更高点，我们可以使其比表面积增大，也就是把物料粉末的更细。

请支付后下载全文，论文总字数：15570字