摘 要

托贝莫来石型硅酸钙材料有许多优点，譬如强度高、导热系数低、容重低等,在建筑外墙、工业炉窑等重要节能领域具有广阔的应用前景。废弃加气混凝土是我国主要固体废弃物之一,它的大量堆积,给我国造成了严重的社会问题和环境问题。本研究以开发废弃加气混凝土的再利用途径为目标,结合我国对于节能减排的重大需求,提出以废弃加气混凝土为主要原料采用静态蒸压法合成托贝莫来石晶须的方法,重点研究合成托贝莫来石晶须的最佳工艺及反应机理。

论文取得的主要创新性进展如下：

(1)探索并优化了以废弃加气混凝土作为主要原料制备托贝莫来石晶须的工艺,并得出最佳的工艺条件：C/S摩尔比为0.83,反应时间12h,反应温度220℃。在此条件下合成的托贝莫来石为晶须相互缠绕而成的球形二次粒子。

(2)深入研究了机械活化对提高废弃加气混凝土活性的影响机制。研究结果显示,通过机械活化后,废弃加气混凝土的粒径减小，比表面积大大提高,提高了废弃加气混凝土的反应活性,使合成的托贝莫来石晶型更加完整。

(3)对废弃加气混凝土合成托贝莫来石的反应机理更加了解。

本文的特色：可以充分利用固体废弃物，并且突破原料和中间反应的限制,探索合成托贝莫来石晶须的最佳工艺条件。

关键词：托贝莫来石晶须；废弃加气混凝土；络合剂；静态蒸压法

Abstract

The tobermorite-type calcium silicate material has many advantages, such as high strength, low thermal conductivity, low bulk density, etc., and has broad application prospects in important energy-saving fields such as building exterior walls and industrial furnaces. Abandoned aerated concrete is one of the main solid wastes in China, and its massive accumulation has caused serious social and environmental problems in China. In order to develop the reuse route of abandoned aerated concrete, this study combines China's major demand for energy saving and emission reduction, and proposes a method of synthesizing tobermorite whiskers by static autoclaving using waste aerated concrete as the main raw material. The research focuses on the optimum process and reaction mechanism for the synthesis of tobermorite whiskers.

The main innovative developments of the paper are as follows:

(1) Exploring and optimizing the process of preparing tobermorite whiskers with waste aerated concrete as the main raw material, and obtaining the best process conditions: C/S molar ratio is 0.83, reaction time is 12h, reaction temperature is 220°C. The tobermorite synthesized under these conditions is a spherical secondary particle in which whiskers are intertwined with each other.

(2) In-depth study of the mechanism of mechanical activation to improve the activity of abandoned aerated concrete. The research results show that after mechanical activation, the particle size of the waste aerated concrete is reduced, the specific surface area is greatly improved, the reactivity of the waste aerated concrete is improved, and the synthesized tobermorite crystal form is more complete.

(3) A better understanding of the reaction mechanism of the synthesis of tobermorite from waste aerated concrete.

The characteristics of this paper: can make full use of solid waste, and break through the limitations of raw materials and intermediate reactions, explore the best process conditions for the synthesis of tobermorite whiskers.

Key Words：tobermorite；abandoned aerated concrete；chelating agent；static autoclaving

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1选题背景 1

1.2合成托贝莫来石晶须的理论基础 2

1.2.1 试验的动力学基础及其合理性 2

1.2.2水热反应晶粒长大机理 3

1.2.3 控制相关变量的理论基础 4

1.3合成托贝莫来石晶须的研究现状 5

1.4 研究目的 8

1.5 研究内容及技术路线 8

1.5.1 试验研究内容 8

1.5.2 试验技术路线 9

第2章 原材料及试验方法 10

2.1 原材料及性质 10

2.1.1 气相二氧化硅 10

2.1.2 氢氧化钠 10

2.1.3 氧化钙 10

2.1.4 乙二胺四乙酸（EDTA） 10

2.1.5柠檬酸 10

2.1.6 废弃加气混凝土 10

2.2 试验方法 11

2.2.1试验方案的制定 11

2.2.2 微观性能测试 12

第3章 结果与讨论 14

3.1 纯原料的结果分析（XRD） 14

3.1.1硅质前驱物的影响 14

3.1.2络合剂的影响 14

3.1.3温度的影响 16

3.1.4钙硅比的影响 17

3.2 以废弃物为原料制备托贝莫来石晶须的结果分析 17

3.2.1 机械活性的影响 17

3.2.2 反复蒸压的影响 19

3.3 反应生成的托贝莫来石晶须的形貌分析 20

3.4 加气混凝土合成托贝莫来石的反应机理 21

第4章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1选题背景

近几年，我国的城镇化、工业化正在高速发展，相应的基础建设领域的发展也在不断加快。因此，国家对基础设施建设十分重视，投入也不断增加。我国固体废弃物产量大，积存量多，据有关资料显示，仅建筑垃圾每年就产生约18亿吨（2018年），固体废弃物的污染防治工作必须引起高度重视。因此，实现建筑垃圾的资源化利用是可持续发展战略的一部分^[1],[2],[3]。目前，亟待解决的资源短缺和环境污染等问题促使人们开展固体废弃物资源化研究^[4]。一直以来，中国的经济发展消耗大量的资源，建筑材料行业更需要大量的资源支撑，同时在不断发展的过程中会产生大量的建筑废弃物，而将建筑废弃物转变成可再生利用的资源是实现可持续发展的根本途径。