硅钙渣制备水泥和碱激发胶凝材料的研究

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1、#CBMA中国建筑材料科学研究总院博士学位论文硅钙渣制备水泥和碱激发胶凝材料的研究刘江申请学位级别a±学科专业名称材料学指导教师姓名张文生教授孙俊民教授学位授予单位中国建筑材料科学研究总院二零一五年六月分类号TQ172密级公开UDCUDC31编号中国建筑材料科学研究总院博士学位论文硅钙渣制备水泥和碱激发胶凝材料的研究Researchonpreparationofcementsandalkali-activatedcementitiousmaterialswithcalciumsilicateslag刘江申请学位级别博士学科专业名称材料学论文提交日期2015年6月

2、论文答辩日期2015年6月指导教师姓名张文生教授孙俊民教授独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国建筑材料科学研究总院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：丄丨日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解中国建筑材料科学研究总院有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；可以公布论文的全部或

3、部分内容，可以釆用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：y)

4、导师签名:日期。摘要摘要硅钙渣是高铝粉煤灰烧结法提取氧化铝后的残渣。其资源化利用问题是决定高铝粉煤灰提取氧化铝技术同时实现经济、社会以及环境效益最大化的关键之一。本文针对硅钙渣的资源化利用问题，在预脱碱处理研究的基础上，分别进行了脱碱硅钙渣替代石灰石烧制水泥熟料、作水泥混合材以及原状硅钙渣制备碱激发胶凝材料的研究。研究结果对硅钙渣的资源化利用具有重要指导意义。研究了常压条件下硅钙渣脱碱的影响因素。结果表明，硅钙渣常压脱碱最佳工艺条件为：反应温度90～95℃，反应时间

5、40min～1.5h，脱碱剂添加量6～10%，液固比3.0～4.0，硅钙渣粒度160～200目。在最佳工艺条件下脱碱硅钙渣中氧化钠含量在0.5～1.0%之间。硅钙渣浆液液相成分对硅钙渣脱碱效果的影响很大。通过额外添加电石渣或石灰乳的方法可消除液相成分对脱碱效果的影响。研究了脱碱硅钙渣对生料易烧性的影响，并采用XRD、TG-DSC、ESEM、光学显微镜等手段对烧制熟料的矿物组成、微观形貌以及烧成动力学进行了研究。结果表明，利用脱碱硅钙渣部分替代石灰石生产熟料切实可行—脱碱硅钙渣掺量为30%时，石灰饱和系数KH小于0.92、硅率n为2.60、铝率p为1.60时生料的

6、易烧性较好。脱碱硅钙渣中大量的β-C2S在低温煅烧阶段可吸收CaO，使熟料形成的活化能与烧成温度降低，因此掺入硅钙渣对于熟料的烧成及矿物晶体的生长具有促进作用。研究了脱碱硅钙渣作混合材对水泥性能的影响，并采用XRD、IR、ESEM等测试手段对掺脱碱硅钙渣水泥的水化产物及微观形貌进行了研究。结果表明，硅钙渣掺量30%时，所制备水泥强度满足32.5强度等级水泥要求；与硅酸盐水泥熟料相比，硅钙渣中的β-C2S等矿物活性较低，水化较慢，因此硅钙渣可有效降低水泥水化放热、改善水泥的抗干缩性能，且其程度与掺量呈正比关系。进行了硅钙渣制备碱激发胶凝材料的研究，并采用XRD、I

7、R、TG-DSC、ESEM等手段对产物及微观形貌进行了研究。结果表明，在常温条件下，以原状硅钙渣为原料，以水玻璃为激发剂制备碱激发胶凝材料的优化配合比为：70%硅钙渣22+15%超细矿粉(比表面积600m/kg)+15%矿粉(比表面积400m/kg)+5%水玻璃(以Na2O计，模数2.40)。水玻璃激发硅钙渣制备碱激发胶凝材料的主要产物为C-S-H及C-A-S-H凝胶；掺入磷会在一定程度上改变产物C-S-H及C-A-S-H的微观形貌，从而导致基体致密程度降低，进而导致强度性能降低。I中国建筑材料科学研究总院博士学位论文关键词：硅钙渣；熟料；混合材；碱激发胶凝材料

8、；机理IIAbstractAbstractCalciumsilicateslagistheresidueyieldingfromsinteringofhigh-aluminumflyashafterextractionofalumina.Theutilizationofcalciumsilicateslagisoneofthekeypointsforthetechnologyofextractionofaluminafromhighaluminaflyashtorealizebenefitsmaximizationofeconomy,societyandenvi

9、ronment.Aimi