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《南京工业大学》 2003年
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粉煤灰机械研磨中物理与机械力化学现象的研究

王晓钧  
【摘要】:自八十年代以来,机械力化学在研究物质被施加机械能量时的化学性质和化学反应等方面的变化中有了一定的发展,从研究的对象、机械粉碎的方法和研究分析手段三方面取得了进步。 在对粉煤灰研究和应用不断深入和广泛的前提下,本研究应用机械力化学的原理,探讨粉煤灰机械粉碎中的一些物理和化学现象的变化。采用粒度分析、热分析、扫描电镜技术,尤其是采用核磁共振及高分辨魔角旋转核磁共振新技术等先进的手段探讨这些变化,将研究结果应用到其它的新材料或者正在发展的新领域。 论文对粉煤灰和机械力化学研究进行了综合阐述,包括粉煤灰的基本性质、粉煤灰的应用和细化粉煤灰的措施。在对机械力化学的发展、应用领域进行简要的表述的同时,将机械力化学同粉煤灰结合在一起讨论,从中可以看出:在国内外对粉煤灰机械力化学的研究中,对机械作用引起的粉煤灰热学性质的变化,特别是对机械研磨过程中粉煤灰的微观结构研究尚未有报道。 在选定了粉煤灰的灰种、确定了研磨的机械和研磨的条件和分析方法后,本研究工作得到的主要结果和结论如下: 对不同的研磨条件——包括不同的研磨机械、干湿条件、恒温与非恒温、研磨时不同的料:球:水比例等作用于粉煤灰的实验结果,得出上述条件对粉煤灰密度、颗粒粒径和粉煤灰表面的影响。 实验的数据表明:1.研磨机械本身的机械作用力大,粉煤灰经研磨后的密度变大、颗粒粒径变小。2.研磨产生的热效应是细小颗粒“团聚”的原因之一。这可以从恒温和非恒温条件下的结果比较出:在恒温条件下粉煤灰颗粒粒径随研磨时间的延长仍然在减小。机械作用力足够大时,可以克服研磨热效应的影响。3.在湿法研磨条件下,颗粒的形貌与干法条件下细小颗粒的独立分布形式不同,碎小的粒子附在大颗粒的表面,各种颗粒之间相互连接,是一种絮状现象。论文指出水介质与粉煤灰形成氢键,能够促使粉煤灰在湿磨条件下被磨碎并且容易分散于水中。 在对研磨粉煤灰进行的DTA分析中证实:随着研磨的进行,粉煤灰中吸附 水释放、石英的相变、碳的氧化和碳酸钙的分解的温度均有所降低,论文从物理 化学的角度对其中机理进行了解释。 对研磨后的粉煤灰中[5104]4一四面体的聚合状态进行了三甲基硅烷化分析、固 体27AI和2951的一维(ID)和二维(ZD)核磁共振研究。这是对机械研磨的粉 煤灰首次采用固体核磁共振进行研究。研究结果显示:粉煤灰中的4配位铝氧多 面体结构和6配位铝氧多面体铝结构在机械研磨过程中发生了变化:另一方面, 粉煤灰中的硅氧多面体铝结构以4配位结构存在,它在机械研磨过程中只出现微 小的变化。研究还显示:粉煤灰在长时间的研磨后,颗粒的“团聚”现象从NMR 实验分析是:粉煤灰中被机械研磨变形的6配位铝氧多面体由单一环境结构重新 转化为多样化环境结构。这些新的研究结果对探讨其它硅酸盐材料的碱激发活化 和结构变化起到借鉴作用。 论文中首次对粉煤灰进行的二维多量子魔角旋转核磁共振(ZD MQMAS NMR)研究清楚表明:4配位铝氧多面体结构具有三种存在形式;6配位铝氧多 面体铝结构原先在粉煤灰中有两种形式,经过机械研磨出现另一种结构变异形 式。NMR研究中出现的这种结构上的不同,反映在SEM上则是对应的干法和湿 法研磨后粉煤灰样品的形貌不同。 为将粉煤灰和研磨的粉煤灰得到有效的利用,试验将研磨的粉煤灰掺入到树 脂基复合材料中作为一般性填料使用。得到了添加前后树脂胶液的粘度变化、放 热峰温度变化、胶凝时间的变化、弯曲强度的变化和耐酸碱腐蚀性能等工艺性能 的变化规律。随粉煤灰掺入量的增加树脂胶液的粘度升高;放热峰温度降低;胶 凝时间延长;弯曲强度也降低。 实验得到掺有统灰的树脂复合材料制品的弯曲强度高于掺有一级灰的树脂 复合材料制品的弯曲强度。通过SEM观察可以看到:一级灰中的玻璃微珠与树 脂结合出现清晰的界面,研磨后的统灰与树脂则形成弥散性的界面。研究认为这 是制品强度变化的原因。 首次把HRjMAS NMR新技术用于固体和液体样品的研究。对固化后的树脂 进行的HR/MAS NMR实验的谱图中发现有侧基化或聚合度降低或树脂交联度降 低的尖锐谱峰出现。分析认为:添加粉煤灰后的制品的弯曲强度的下降,是树脂 中出现了侧基化现象或者由于粉煤灰的阻聚作用使得线形不饱和聚脂聚合度降 低或交联度降低,聚合的结点减少,最终导致复合材料制品的弯曲强度下降。 研究中开拓的H侧MAS NMR方法己经开始成功地应用于生物谷氨酸、橡胶 制品新型涂层、石化工业固体催化剂活性变化、抗骨癌新药研制、活体生物细胞 变异、纳米材料包覆水和毛竹炭化催化剂等领域或样品的研究,解释了其中谷氨 酸的聚合形式、涂层的存在、催化剂的中毒等问题。
【学位授予单位】:南京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TB44

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 顾炳伟;王培铭;熊少波;;早强剂对煅烧煤矸石火山灰反应的激发作用[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
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1 高传慧;碱式硫酸镁晶须的合成及表面改性研究[D];中国海洋大学;2010年
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
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【二级引证文献】
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5 范德科;王栋民;范兴旺;罗小红;;活化煤矸石-水泥水化性能的研究[A];中国硅酸盐学会水泥分会首届学术年会论文集[C];2009年
6 刘贤萍;王培铭;;不同温度下活化煤矸石-氢氧化钙-石膏体系的火山灰反应[A];房建材料与绿色建筑[C];2009年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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3 郭伟;煤矸石的活性激发及活性评价方法的探讨[D];南京工业大学;2005年
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7 刘海兵;尾煤和废轮胎共热解研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
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9 张吉秀;活化煤矸石及其胶砂混凝土对钢筋腐蚀行为的影响研究[D];清华大学;2010年
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1 张富春;自燃煤矸石作为辅助胶凝组分的需水性和活化研究[D];郑州大学;2010年
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3 颜美;煤矸石填筑路基的应用研究[D];重庆交通大学;2011年
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【二级参考文献】
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1 封孝信;冯乃谦;韩冬;;粉煤灰与沸石的复合对ASR的影响[A];HPC2002第四届全国高性能混凝土学术研讨会论文集[C];2002年
2 戴镇潮;;粉煤灰的水化热及对混凝土密实性和后期强度的影响[A];HPC2002第四届全国高性能混凝土学术研讨会论文集[C];2002年
3 刘光华;苏慕珍;路永华;;粉煤灰活性激发微观机理的研究[A];新型建筑材料技术与发展——中国硅酸盐学会2003年学术年会新型建筑材料论文集[C];2003年
4 祝建国;王玉功;毛振才;;原子荧光光谱法快速测定粉煤灰中的砷与汞[A];甘肃省化学会成立六十周年学术报告会暨二十三届年会论文集[C];2003年
5 杨玉芬;盖国胜;郝向阳;;微珠表面改性及增白机理分析[A];2004年中国纳米技术应用研讨会论文集[C];2004年
6 王刚;马鸿文;冯武威;丁秋霞;;利用提钾废渣和粉煤灰制备矿物聚合材料的实验研究[A];第二届全国环境矿物学学术研讨会论文集[C];2004年
7 许士洪;彭长琪;上官文峰;;用粉煤灰制备聚氯硫酸铝铁及其絮凝性能研究[A];中国化学会第七届水处理化学大会暨学术研讨会会议论文集[C];2004年
8 冯林峰;;浅议南阳鸭河口电厂的粉煤灰综合利用[A];第一届脱硫技术及脱硫石膏、脱硫灰(渣)处理与利用大会论文集[C];2007年
9 余斌;;复合硅酸盐水泥在预拌混凝土中应用的初探[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
10 匡楚胜;李涛;谢桂;全启峰;余俊荣;阮明强;;混凝土掺粉煤灰若干问题探讨——与《粉煤灰混凝土应用技术规范》商榷[A];全国高性能混凝土和矿物掺合料的研究与工程应用技术交流会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 张春红;辽阳 废弃粉煤灰变“金砖”[N];辽宁日报;2007年
2 李宝智;二次资源——粉煤灰[N];中国矿业报;2003年
3 林传仁;“吃”进粉煤灰 “吐”出新建材[N];福建日报;2006年
4 记者  刘志强;粉煤灰二次污染不可忽视[N];科技日报;2007年
5 久木;国内首个以粉煤灰为原料的大型氧化铝项目启动[N];中国有色金属报;2006年
6 记者段华;石河子市用粉煤灰造纸[N];中国绿色时报;2008年
7 戚敏红 程伟虹;全市三成粉煤灰 “砌成”高楼大厦[N];江阴日报;2010年
8 记者 呼跃军;我国实现粉煤灰提取氧化铝产业化[N];中国化工报;2006年
9 宝玉;淮北凌云电力实业公司粉煤灰活化剂生产线试产成功[N];中国建材报;2006年
10 记者 杨煜莲;昌鑫成为宁夏新墙材龙头企业[N];中国建材报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓钧;粉煤灰机械研磨中物理与机械力化学现象的研究[D];南京工业大学;2003年
2 乔秀臣;用FGD激活废弃粗粉煤灰固化/稳定重金属废物的研究[D];武汉理工大学;2004年
3 潘志东;矿渣水泥和魔芋葡甘聚糖的振动机械力化学效应[D];华南理工大学;2011年
4 聂轶苗;SiO_2-Al_2O_3-Na_2O(K_2O)-H_2O体系矿物聚合材料制备及反应机理研究[D];中国地质大学(北京);2006年
5 周学武;粉煤灰与污泥配施改良山东郑路、华丰盐碱地的实验研究[D];中国地质大学(北京);2006年
6 史非;常压干燥制备SiO_2气凝胶及其结构、性能研究[D];大连理工大学;2007年
7 霍晓君;配施粉煤灰等三种废弃物改良包头砂化土壤生态特性研究[D];中国地质大学(北京);2006年
8 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[D];中南大学;2004年
9 陈建刚;粉煤灰合成沸石固磷机制及固磷能力强化技术研究[D];上海交通大学;2007年
10 奥兰尼(Akinkurolere Olufunke Olanike);再生混凝土(RAC)的特性试验研究[D];武汉理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡元虎;粉煤灰、沉珠的机械力化学效应研究[D];南京工业大学;2005年
2 王颖;粉煤灰净化马家沟河机理研究[D];大连理工大学;2002年
3 钱文勋;粉煤灰早期活性激发及其机理研究[D];南京水利科学研究院;2002年
4 丁军;粉煤灰改良砂姜黑土及其对小麦生长发育的影响[D];河南农业大学;2000年
5 胥书霞;粉煤灰贮放场灰水污染物运移及扬尘防治技术研究[D];西安理工大学;2004年
6 马年祖;石灰、粉煤灰稳定天然砂砾基层结构的应用技术研究[D];大连理工大学;2002年
7 焦有宙;粉煤灰静电分离脱炭技术试验研究[D];河南农业大学;2001年
8 郭风风;我国粉煤灰综合利用的技术经济与管理研究[D];南京工业大学;2004年
9 张慰;粉煤灰在水处理中的应用试验研究[D];安徽理工大学;2006年
10 焦永顺;粉煤灰在高填路堤中的综合应用研究[D];河北工业大学;2000年
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