刚玉烟尘在水泥基材料中的水化特性及应用研究

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刚玉烟尘是刚玉冶炼过程中产生的经过高温布袋除尘器收集的粉尘。我国每年生产刚玉约300万吨,约产生21万吨的刚玉冶炼烟尘。目前对刚玉烟尘的利用极少,大多只能填埋或囤积,利用率较低。本文针对如何将刚玉烟尘利用在水泥基复合材料中,首先利用各种先进分析手段深入分析了刚玉烟尘的物相组成与特性;然后基于刚玉烟尘的组成,根据矿物掺合料的激发机理,探索了刚玉烟尘的激发技术及其在水泥浆体中的反应特性;最后结合刚玉烟尘以及粉煤灰的自身特性,复合刚玉烟尘-粉煤灰-水泥,探索了刚玉烟尘在水泥基复合材料中的可利用方式。原状刚玉烟尘为碱性、多孔材料,BET测得其所含的孔主要为大于50nm的大孔,比表面积约为P·Ⅱ52.5水泥的6倍,总孔体积约为水泥的4倍。研究表明,原状烟尘具有潜在活性,其主要成分是由Si、Al、K和O元素构成的无定形球状玻璃相、结晶相K2SO4、结晶相Al2O3以及少量炭黑颗粒和碳酸盐。采用酸洗后再水洗的方式可以去除掉烟尘中大部分的钾盐。刚玉烟尘自身不水化,采用Ca(OH)2激发后,可具有较高的活性。采用10%Ca(OH)2的激发后,80℃长期蒸养7d促进了刚玉烟尘中无定形玻璃相Al2O3的反应,发现钙矾石。刚玉烟尘72h内的水化进程高于I级粉煤灰但低于S95级矿渣粉。将刚玉烟尘作为掺合料掺入水泥中,采用水化热和电阻率研究水化历程的结论基本一致,发现刚玉烟尘会促进水泥的早期水化。随着刚玉烟尘掺量从5%增加到50%,在水化4h以前,复合胶凝材料体系的水化放热量逐渐增大,72h的水化放热量先增加后降低;宏观上会引起胶凝体系的明显缓凝和抗压强度整体大幅降低的现象。凝结时间在掺量30%时出现拐点,7d强度在掺量20%时降至最低点。与同水泥用量的粉煤灰-水泥二元复合胶凝材料体系相比,掺5%的刚玉烟尘的刚玉烟尘-粉煤灰-水泥三元复合胶凝材料体系的早期(15~20h)水化进程减缓,但此后水化放热速率反超二元体系,到36~48h后总放热反超二元体系,其3d、7d、28d的抗压抗折强度均有不同程度提高,刚玉烟尘可一定程度上激发粉煤灰的活性,同时三元体系的干燥收缩在不同龄期均有所降低。
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