再生胶凝材料的碳化性能开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

胶凝材料:指通过自身的物理化学作用,由可塑性浆体变为坚硬石状体的过程中,能将散粒或块状材料粘结成为整体的材料,亦称为胶结材料。而在土木工程材料中,其定义较为广泛,指凡是经过一系列物理、化学变化能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料,统称为胶凝材料。硅酸盐水泥是广泛使用的一类无机胶凝材料。通常依靠其熟料矿物c3sc2sc3ac4af等与水发生水化反应,生成c-s-h凝胶、ch、aft 和afm等水化产物,形成胶凝能力。事实上,硅酸盐水泥亦可在h2o存在的情况下与高浓度co2发生快速碳化反应,生成caco3等产物而具备胶凝能力。

国内外学者对硅酸盐水泥熟料矿物及含有类似矿物的工业废渣的快速碳化反应开展了诸多研究工作,得到了很多研究成果。例如:bukowski将硅酸三钙(c3s)制备的圆柱体砂浆试件置于0.4mpa压力co2中进行养护,其抗压强度在 3min内就可以达到14mpa; ghouleh等将钢渣浆体试件在0.15mpa压力下碳化2h,其抗压强度高达80mpa。何永佳等人研究发现,将废弃混凝土处理过程中产生的水泥石粉末煅烧之后得到的脱水相(再生胶凝材料)具有良好的碳化活性,存在用来制备高强碳化制品的巨大潜力。

与此同时,随着大规模的基础设施建设,我国每年产生的废弃混凝土达5000~6000多万吨,预计今后废弃混凝土的发生量仍将逐年增多。目前对这些废弃物的处理方法单一,一般采取弃置或简单填埋的方法,也有人试图将废弃混凝土中的骨料分离出来之后再生利用,或者将其粉碎后用于加固路基等目的。但总体而言,对水泥基固体废弃物的处理仍处于不利用或低层次利用的阶段,造成对资源和能源的巨大浪费,同时破坏了生态环境。废弃混凝土中主要包括粗骨料和砂浆,而砂浆中又包括细集料、水泥及胶凝材料水化产物、未水化水泥和其他胶凝材料。在低水灰比的高标号废弃混凝土中,未水化水泥量甚至达到水泥总用量的30%以上,这部分未水化水泥在混凝土中仅作为微集料存在,没有发挥其水化活性。通过将废弃混凝土破碎、将粗集料与砂浆分离、砂浆粉磨、筛分去除大部分石英砂后进行低温煅烧等处理,制得再生胶凝材料具有良好的水化活性。同时水泥的生产过程中会产生大量的co2气体,生产1t水泥,平均会产生将近1t的co2气体,这些气体的随意排放会加重温室效应。而将废弃混凝土处理中产生的水泥石粉经煅烧后进行碳化养护,对于固化co2气体,减少碳排放也有正效益。因此,从这两个角度出发,探究再生胶凝材料的碳化性能不仅能够减轻生态环境的负担,也能够有望获得一种新型的性能优良的建筑材料。

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2. 研究的基本内容与方案


(一) 基本内容:

1.文献调研,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系;

2. 制备再生胶凝材料;

3.研究再生胶凝材料的微观结构特征;

4.研究再生胶凝材料的碳化性能;

5.分析总结数据,撰写毕业论文。

(二) 技术方案:

论文将重点针对再生胶凝材料的制备和其碳化性能的研究,并对其微观结构进行观察分析,得出相关结论:

1、实验流程:

废弃混凝土原料的选择及配比确定→制备再生胶凝材料→碳化反应→显微结构观察→整合分析实验数据。

2、实验原料:

水泥:葛洲坝水泥厂三峡牌52.5硅酸盐水泥;

再生胶凝材料:用2a龄期C50混凝土制成;

钢渣:武钢钢渣,比表面积450㎡/kg;

水:去离子水。

CO2气体:99.9%

3、制备方法:

(1)将2a年龄期,设计强度等级为C50的混凝土块(其原始配合比如表1所示)破碎,将粗集料与砂浆尽量分离。将分离得到的砂浆用实验球磨机粉磨5min,由于石英砂细骨料与水泥石的易磨性具有显著差异,在相同粉磨时间下二者粒径有较大差异,用筛分法将大部分石英砂去除,分离得到的水泥石粉体再入磨粉磨至比表面积380㎡/kg。将其置于马弗炉中分别在400℃、650℃、950℃进行煅烧处理,保温30min,得到3种再生胶凝材料R400、R650、R950,煅烧制度如表2所示;

表1 C50废弃混凝土原始配合比


水泥

减水剂

180

500

690

1070

6


表2 再生胶凝材料的煅烧制度


标号

升温制度

保温时间

R400

5℃/min升至200℃,10℃/min升至400℃

2h

R650

5℃/min升至200℃,10℃/min升至650℃

2h

R950

5℃/min升至200℃,10℃/min升至950℃

2h


将制备好的再生胶凝材料在10MPa的压力下压制成直径为20mm的圆柱形试样,放入碳化桶中碳化12h,其中通入CO2气体的压力为0.3MPa。

(2)采用XRD、SEM、29Si MAS NMR等测试技术对再生胶凝材料样品碳化养护后的显微结构进行测试;

(3)对实验结果进行分析。

4、分析手段:

a)采用规定的试验机进行测定;

b)采用SEM观察试样的形貌;

c)采用XRD等测试技术对碳化后的样品的矿物相组成进行测试;

d)采用29Si MAS NMR等测试技术对碳化体微结构进行分析。

3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-9周:按照设计方案,制备再生胶凝材料样品,对样品进行碳化养护。

第10-12周:采用xrd、sem、29si mas nmr等测试技术对再生胶凝材料样品碳化养护后的显微结构进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

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