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超细石膏粉体改性水泥基材料技术研究

徐午言  
【摘要】:由于我国工业副产石膏堆积量日渐增多,而可开采的优质石膏却日趋减少。为提高工业副产石膏的利用效率,改进水泥基材料的物理性能,有必要开发一种工业副产石膏资源化利用的新技术。本文利用我校自主研发的过热蒸汽动能磨,对建筑石膏、内蒙古某燃煤电厂的脱硫石膏和广西某磷肥厂的磷石膏进行超细加工。分别收集了20Hz、35Hz和45Hz分级频率下的超细石膏粉体。并对不同频率下收集的超细石膏粉进行了粒径分布分析、XRD分析、含水率的测试以及粉体微观形貌观测。在此基础上,将不同频率下收集的三种经过超细加工后的石膏粉掺入水泥熟料中,分别对比其标准稠度用水量、凝结时间以及力学强度等胶凝性能进行测试,探寻三种石膏的最合理加工频率,及在水泥基材料中的最佳掺量。最后,通过SEM、XRD以及水化热测试,分析其复合水泥基材料的水化机理。研究结果表明:(1)经蒸气动能磨加工后,石膏的粒径分布为D502.5μm、D9010μm,其附着水和结晶水含量降低,并向无定形态的半水石膏和无水石膏转化。(2)对不同分级频率下收集的石膏粉体进行研究,在考虑经济效益和材料性能两方面因素的情况下,发现当分选频率为35Hz时是分选的石膏超细粉的最合理分级频率。三种超细石膏粉在水泥基材料中的最佳掺量分别为:超细建筑石膏6wt%,超细磷石膏4wt%,超细脱硫石膏5wt%。(3)超细石膏粉体的加入能有效改善胶凝体的水化性能,使胶凝体孔隙率降低,致密度更高,对胶凝体系强度的提高具有明显促进作用。掺入未经超细的石膏粉,水泥胶凝体在水化过程中主要生成片状或块状水化产物,只生成少量尖针状水化产物;在掺入超细石膏粉后,水泥胶凝体在水化过程中可生成大量尖针状水化产物,且该水化产物能稳定存在于28天龄期的胶凝体中。本研究从本质化安全的角度出发,利用材料科学的手段,对工业副产石膏进行资源化回收利用,降低了工业副产石膏在传统处置过程中侵占土地,有害成分遇雨浸透,以及遇风扬尘等带来的安全隐患。同时,在其超细化后可对水泥基材料进行改性,使水化反应过程更为充分,优化了水泥基材料的机械强度和耐久性能,加强了工程建设过程中构筑物的安全性。


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