氧化镁对水泥烧成和浆体体积稳定性的影响及调控措施的研究

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1、硕士学位论文氧化镁对水泥烧成和浆体体积稳定性的影响及调控措施的研究作者姓名汤跃学科专业材料学指导教师韦江雄教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2015年6月EffectofMgOonthesinteringofPortlandcementclinkerandvolumestabilityoftheconsequentpasteADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TangYueSupervisor：Prof.WeiJiangxiong

2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TU52学校代号：10561学号：201220115981华南理工大学硕士学位论文氧化镁对水泥烧成和浆体体积稳定性的影响及调控措施研究作者姓名：汤跃指导教师姓名、职称：韦江雄教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料学研究方向：高性能水泥基复合材料论文提交日期：2015年4月20日论文答辩日期：2015年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2015年月日答辩委员会成员：主席：韦江雄教授委员：

3、余其俊教授樊粤明教授吕辉副教授殷素红副教授吴笑梅副教授摘要为缓解水泥工业传统原材料高品位石灰石资源日益枯竭的问题，利用低品位石灰石部分或完全替代高品位石灰石对于水泥工业可持续发展具有重要意义。但低品位石灰石中MgO含量较高，导致生产的水泥中MgO含量较高，其在工程应用中存在体积稳定性不良的隐患，极大地限制了低品位石灰石在水泥工业中的应用。将粉煤灰掺入高镁水泥中可以改善其体积稳定性。虽然取得了较好的效果，但粉煤灰的使用效能不高，其改善机理也不甚明确。本研究首先采用工业原料制备了不同MgO含量的高镁水泥。然后

4、对粉煤灰、矿渣精确分级为细、中、粗三个粒度区间，通过掺入不同粒度区间的粉煤灰、矿渣以及硅灰来改善高镁水泥硬化浆体的体积稳定性。阐明了辅助性胶凝材料的粒度是改善体积稳定性的重要因素，揭示了辅助性胶凝材料改善高镁体积稳定性的微观机理。主要工作包括：采用低品位石灰石、高品位石灰石、粘土及铁尾矿四种工业原料，根据其物理化学性能，在设定的率值（KH、SM、IM）的基础上，对熟料的矿物组成进行设计。通过选择合适的烧成温度以及冷却方式，制备了MgO含量从4%～12%的高镁水泥熟料。分析了不同MgO含量的水泥生料的易烧性

5、和熟料的烧成性能。当MgO含量小于8%时，f-CaO含量较低（0.94%～1.29%），生料易烧性较好，硅酸盐矿物发育完整，晶体尺寸适中（10～20μm），分布均匀，熟料质量较好；当MgO含量大于8%时，f-CaO含量较高（1.51%～1.81%），生料易烧性较差，硅酸盐矿物晶体尺寸变小（＜10μm），发育程度较差，分布不均，熟料质量变差。通过甘油无水乙醇法对熟料中方镁石进行化学滴定并使用能谱仪对块状熟料抛光断面进行微区元素分析，探讨了熟料中方镁石含量的变化趋势。当熟料中MgO含量较高时（8%～14%），

6、有更多的MgO以玻璃态及固溶态两种形式存在，转化为方镁石的比例减少（由74.0%下降至67.1%）。研究了高镁水泥硬化浆体的体积稳定性及其影响因素。从压蒸法的角度评价了高镁水泥的体积稳定性，当MgO含量大于8%时，硬化浆体膨胀率超过0.8%或直接被破坏；从加速养护测试浆体的长期膨胀率进行评价，MgO含量超过8%时其线膨胀率远比压蒸膨胀率低，其体积稳定性仍有可能合格。表明加速养护测试浆体的膨胀率更为合理。研究了粉煤灰、矿渣与硅灰对高镁水泥硬化浆体体积稳定性的影响。硅灰抑制硬化浆体膨胀的能力最强，矿渣其次，粉

7、煤灰最弱。辅助性胶凝材料的掺量、粒度是影响高镁水泥硬化浆体膨胀的重要因素。I探讨了粉煤灰、矿渣与硅灰改善高镁水泥体积稳定性的微观机理。主要是多种因素的交互作用。首先是“物理稀释”作用，即掺入的辅助性胶凝材料等量替代了部分高镁水泥，使水泥中的膨胀源（方镁石）数量减少；其次是辅助性胶凝材料的二次水化作用，一方面二次水化生成的水化产物不断填充浆体孔隙，使有害大孔细化为无害孔，有利于吸收缓冲方镁石水化产生的膨胀应力。另一方面二次水化消耗了浆体中的Ca(OH)2，降低了硬化浆体的碱度，减弱了方镁石的反应程度。硅灰抑

8、制方镁石水化反应程度的能力最强，矿渣其次，粉煤灰最弱。关键词：高镁水泥；方镁石；膨胀；体积稳定性；反应程度；辅助性胶凝材料IIABSTRACTToalleviatetheproblemsrelatedtotheexhaustionofhighgradelimestoneresources(traditionalrawmaterialcementproduction),itisofgreatsignificancetouselo