粉煤灰结构及粉煤灰胶凝材料水化的微观研究

西安建筑科技大学硕士学位论文粉煤灰结构及粉煤灰胶凝材料水化的微观研究姓名：商博明申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：徐德龙;李辉20060601粉煤灰结构及粉煤灰胶凝材料水化的微观研究作者：商博明学位授予单位：西安建筑科技大学相似文献(10条)1.学位论文朱亚菲高强轻骨料混凝土制备技术、力学性能及其微观结构研究2003随着现代土木工程日益向着高耸、大跨、重载的方向发展,使用天然密实骨料如碎石、卵石等制备的普通混凝土材料自重过大的缺点也日趋明显,限制了混凝土结构在高层建筑、大跨度桥梁、海洋浮式采油平台等结构物中的应用.使用轻质骨料制备轻骨料混凝土,为减轻混凝土材料的自重提供了有效的途径.轻骨料混凝土还具有抗震性能强、耐火性能佳、耐久性良好以及综合经济性优良等优点.和普通混凝土材料一样,轻骨料混凝土也逐步向着高强的方向发展.但是,这方面工作在中国开展不多,研究与应用水平较低.在借鉴国外高强轻骨料混凝土制备经验,同时参考有关普通骨料高强高性能混凝土研究成果的基础上,该文使用较高强轻骨料,通过活性矿物掺合料(矿渣微粉、粉煤灰)与高效减水剂复掺技术,制备高强轻骨料混凝土,并对其宏观物理力学性能和微观结构进行了研究.该文的主要研究内容如下:轻骨料物理力学性能研究轻骨料的性能对于轻骨料混凝土各项物理力学性能有着重要影响.该文对所选用的轻骨料的颗粒级配、表观密度、堆积密度、吸水率、筒压强度等物理力学性能进行了试验研究,同时考察了轻骨料的微观结构特征,主要是表现状态和内部孔隙结构.宏观和微观的试验结果表明,使用这种轻骨料制备高强骨料混凝土是可行的.轻骨料混凝土配合比设计及新拦性能研究在确定相关计算参数(单方水泥用量、水灰比、砂率)的基础下,该文使用绝对体积法设计了轻骨料混凝土的配合比.活性矿物掺合料(矿渣微粉、粉煤灰)的参入按照等质量取代法进行.该文推荐轻骨料混凝土的制备工艺可采用搅拌机内预搅拌吸水工艺.对于新拌轻骨料混凝土流动性和分层离析性的研究表明,在流动性相同的情况下,轻骨料混凝土的坍落度较小;轻骨料在新拌轻骨料混凝土中有上浮的现象.矿渣微粉和粉煤灰对于轻骨料混凝土新拌性能有一定的影响.轻骨料混凝土物理力学性能研究密度等级和强度等级是考察轻骨料混凝土的两项重要性能指标.该文制备的轻骨料混凝土,除少数组别外,各组28d立方体抗压强度(按边长10mm试件)均大于40Mpa,相应的干表观密度均小于1950kg/m'3.该文考察轻骨料混凝土力学性能主要包括立方体抗压强度及其随龄期的发展、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲抗折强度和弹性模量等.对上这力学性能和相同强度等级的普通混凝土进行了对比.试验结果表明,在轻骨料混凝土掺入矿渣微粉和粉煤灰对于轻骨料混凝土的作用效果不同,矿渣微粉的作用效果要优于粉煤灰.轻骨料混凝土微观结构研究界面过渡区是轻骨料混凝土微观结构的主要研究对象,也是该文微观结构研究的重点.该文微观结构的主要研究手段是扫描电镜(SEM)和电子探针微区分析(EPMA).使用前者对轻骨料和硬化水泥浆体之间界面过渡区的微观形貌和结构特征进行了观察,使用后者对元素在界面过渡区的分布特征进行了研究.考察了轻骨料混凝土界面过渡区和普通混凝土界面过渡区的不同点,轻骨料混凝土界面过渡区在不同龄期的发展规律以及矿渣微粉、粉煤灰对于轻骨料混凝土界面过渡区的影响.2.期刊论文刘文永.付海明.LIUWen-yong.FUHai-ming高掺量粉煤灰固结材料的矿物组成及微观结构研究-岩石矿物学杂志2003,22(z1)采用化学成分、X衍射和电子显微镜分析等方法研究了高掺量粉煤灰固结材料的矿物组成及微观结构.结果表明,其矿物组成主要是3Al2O3·2SiO2和硅铝酸盐的胶凝物相,具有较大孔径的多孔结构特征,与水泥混凝土的矿物组成和微观结构有较大不同;粉煤灰的掺量、养护龄期对水化产物的生成量有直接影响;固结剂掺量大于20%时,粉煤灰和固结剂全部反应形成多孔状的胶凝体水化产物.3.期刊论文刘文永.付海明高掺量粉煤灰固结材料的矿物组成及微观结构研究-岩石矿物学杂志2003,22(4)采用化学成分、X衍射和电子显微镜分析等方法研究了高掺量粉煤灰固结材料的矿物组成及微观结构.结果表明,其矿物组成主要是3Al2O3*2SiO2和硅铝酸盐的胶凝物相,具有较大孔径的多孔结构特征,与水泥混凝土的矿物组成和微观结构有较大不同;粉煤灰的掺量、养护龄期对水化产物的生成量有直接影响;固结剂掺量大于20%时,粉煤灰和固结剂全部反应形成多孔状的胶凝体水化产物.4.学位论文朱晓敏粉煤灰地聚合物材料研究2005本文所提出的粉煤灰地聚合物材料有节约能源、经济实用、原材料丰富、成型简单等优点。它是以粉煤灰为主要原材料，采用适当的水灰比，以碱(NaOH)和石灰(CaO)为激发剂，在其中加入具有层状结构或架状结构的矿物材料来促进聚合反应，从而制备出新型低成本、高性能的粉煤灰地聚合物材料。与普通硅酸盐水泥相比，粉煤灰地聚合物材料生产过程中所产生的CO2减少了约80％，因此，减少了对环境的污染。利用正交试验分析不同因素对粉煤灰地聚合物材料强度的影响，并找出该材料的优化配合比。并利用XRD、SEM、IR现代测试技术对几组组分不同的粉煤灰地聚合物的微观结构进行了研究。研究结果表明：碱(NaOH和CaO)是影响粉煤灰地聚合物强度的最主要的因素；该地聚合物材料的微观结构中含有少量的沸石等晶体，其余大部分结构呈无定形的类沸石状态；添加不同的矿物掺合料所形成的粉煤灰地聚合物材料性能和强度有所区别。其中掺加沸石的粉煤灰地聚合物材料耐硫酸盐腐蚀性最好，孔隙率最小。通过综合分析得出，掺沸石的粉煤灰地聚合物材料的抗折强度优于掺膨润土的粉煤灰地聚合物材料的抗折强度，而抗压强度则是掺膨润土的粉煤灰地聚合物的较高。5.会议论文刘文永.付海明高掺量粉煤灰固结材料的矿物组成及微观结构研究2003采用化学成分、X衍射和电子显微镜等方法研究了高掺量粉煤灰固结材料的矿物组成及微观结构.结果表明,其矿物组成主要是3Al,2O,3·2SiO,2和硅铝酸盐的胶凝物相,具有较大孔径的多孔结构特征,与水泥混凝土的矿物组成和微观结构有较大不同;粉煤灰的掺量、养护龄期对水化产物的生成量有直接影响;固结剂掺量大于20﹪时,粉煤灰和固结剂全部反应形成多孔状的胶凝体水化产物.6.学位论文胡家国电厂粉煤灰矿山充填胶凝机理研究及水化反应动力学特性2004作为金属矿山地下开采使用最有效、最广泛的方法之一的充填采矿法，因要消耗大量水泥作为采空区的充填胶凝材料，造成采矿成本太高，成为地下矿山使用该采矿方法的重大技术难题之一。而我国火力发电厂每年排放的工业固体废料——粉煤灰上亿吨，堆放在地表，严重污染环境。因此开展粉煤灰的综合利用研究对环境保护、资源的综合回收利用具有重要的战略意义。本文针对粉煤灰因含有潜在胶凝活性，可以开发成为一种来源广、价格低廉的充填胶凝材料的特点，进行了较为全面、系统的研究：(1)综合利用有机化学、胶体化学、热力学、物相分析等基础理论，从粉煤灰的物理性质、化学成分，活化机理、充填料浆体结构的形成过程，探讨了粉煤狄、水泥、尾砂胶结充填料浆的水化反应机理及用于矿山胶结充填时作为胶凝剂的可能性；(2)借助于X衍射分析仪及扫描电镜SEM对充填料和充填体的组成成分及微观结构进行了观测分析，揭示了充填体的微观形态：它是由尾砂，水化生成物、未水化的粉煤灰颗粒、水及少量的空气构成，是一个固-液-气的三相多孔体系；(3)粉煤灰的活性可以通过外加剂来激发，3％石灰、2％石膏和0.5％CaCl2的加入可以明显地提高粉煤灰的水化活性，从而提高充填体的强度；(4)根据粉煤灰、水泥、尾砂系统的反应过程特点，建立了粉煤灰、水泥水化反应的物理模型，依据水化反应物理模型，采用TG、DT、SEM、EDT、XRD等化学分析以及宏观抗压强度等方法，结合硅酸盐水泥和石灰的有关水化反应理论，揭示了水泥、粉煤灰、尾砂体系是一个分阶段、多层次的水化反应过程；(5)以Ca(OH)2作为胶结充填砂浆中粉煤灰火山灰反应和水泥熟料水化反应的桥梁建立的水化反应动力学模型，基本上与浆体实际水化反应过程相符；从水化反应动力学模型来看，提高粉煤灰水化反应程度和浆体浓度是提高硬化体强度的关键所在，特别是砂浆浓度从65％提高到70％时，系统的水化反应度提高了25％左右，而粉煤灰的则提高了55％以上；而浓度提高到75％时，则系统水化反应度提高了58％以上，粉煤灰的提高了1.5倍以上；(6)激发剂作用下的粉煤灰火山狄反应是阶段性的吸收反应，激发剂的作用是通过离子独立进行的，OH-和Na+能增强四面体网络的解体能力，而Ca2+和SO42-则促进水化产物的形成；粉煤灰对Ca(OH)2的吸收是非平衡吸收，原因一方面在于粉煤灰中的Ca2+溶出，另一方面也与水化产物的转变和水化产物中Ca2+、OH-的含量不同有关；(7)粉煤灰在矿山胶结充填中，不仅可以提高充填体强度、改善充填体结构，而且可以降低充填浆体的泌水率，减少井下排水费用，减轻充填对井下环境的污染；(8)工业试验表明，粉煤灰充填体在井下潮湿的环境下养护更有利于其强度的发展，而且可以节约水泥用量，降低充填成本。上述研究工作对进一步综合利用人工火山灰(包括粉煤灰、冶炼炉渣等)奠定了基础，并可为电厂粉煤灰这一工业固体废料的综合利用开辟新的途经，从而可获得显著的经济和社会效益。7.期刊论文乔宏霞.何忠茂.刘翠兰.QIAOHong-xia.HeZhong-mao.LIUCui-lan粉煤灰掺合料对砼微观结构的改善-粉煤灰综合利用2005,(3)用扫描电镜研究了粉煤灰细石混凝土和普通硅酸盐水泥制成的细石混凝土中的Ca(OH)2、C-S-H及混凝土断面的形貌特征.结果表明,掺加粉煤灰能很好地改善混凝土的微观结构.8.学位论文张谦粉煤灰堇青石玻璃陶瓷热膨胀性研究2008本课题采用粉煤灰作为主要原料合成堇青石材料，属于固体废弃物的综合利用和变废为宝的项目。与常规合成方法相比，具有原料和技术的创新，原料成本很低，预计经济效益和社会效益很显著。通过网上检索，至今尚未发现利用粉煤灰合成堇青石材料系统性研究，本课题属于具有创新性和实用价值的课题。堇青石因其优良的抗热震性能，可适应于反复冷热冲击的恶劣环境，所以广泛应用于窑具材料、蓄热器、汽车尾气净化装置载体等领域。目前堇青石产品都是采用人工合成，工业上采用粉高岭石、滑石等矿物原料和工业氧化铝来合成堇青石制品。这些选用原料纯度较高，制备产品的成本较高。选用成本低廉的原料合成堇青石制品对大规模工业生产十分有利。粉煤灰是火力发电厂煤燃烧后残留的废弃物。采用粉煤灰作为主要原料制备堇青石材料，不仅消耗大量粉煤灰，缓解其对环境的压力，而且还能节约矿物资源，提高粉煤灰综合利用的附加值。本论文研究主要分为三个部分。第一部分，设计了一种计算玻璃陶瓷中物相含量的新方法，采用线性回归方法计算材料中的物相含量，因为粉煤灰堇青石玻璃陶瓷中玻璃相的含量对陶瓷最终性能影响颇大，而现有的检测物相含量的方法对玻璃相的检测很困难，所研究一种计算玻璃相含量的方法十分必要。第二部分侧重于研究材料制备的配方、坯体制备工艺、不同添加原料、杂质离子含量以及烧结工艺的控制对合成材料显微结构的影响。第三部分，侧重于材料性能的研究，测定了材料的密度、荷重软化温度点、抗折强度以及抗热震能力△T，结合材料显微组织结构，探讨显微结构对材料抗热震性能的影响。本论文提出一种非X射线衍射(X-raydiffraction，XRD)法，仅根据电子探针分析数据和微晶玻璃的化学分析数据，采用回归分析方法确定微晶玻璃材料各物相尤其是玻璃相的物质百分含量的方法。采用该方法研究堇青石微晶玻璃，获得的各物相质量百分含量与XRD分析结果和Image-ProPlus图像软件大致吻合，提出的方法简易可行，准确性满足材料研究的要求。本论文以武汉阳逻火力发电厂粉煤灰和福建大田火力发电厂粉煤灰作为研究对象，以MgO-Al2O3-SiO2三元相图中堇青石理论组成作为配方的基础，探索不同配方对合成的堇青石材料