中性碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料的设计与性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着全球温室效应问题的日益突出,二氧化碳排放已经成为可持续发展战略中的一个焦点话题。2017年1月18日,习近平总书记在《共同构建人类命运共同体》的讲话上谈到“我们要倡导绿色、低碳、循环、可持续的生产生活方式,平衡推进二〇三〇年可持续发展议程,不断开拓生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。”绿色、低碳一直以来都是我们材料行业所追求和倡导的。传统硅酸盐水泥需要经过“两磨一烧”的工艺,还需大量的石灰石和黏土,在煅烧过程中不仅会消耗大量能源,而且还会释放出大量的二氧化碳,产生氮氧化物和二氧化硫等有毒气体。但是,在这种情况下,全球水泥产量仍然逐年增加,水泥行业产能过剩,这是全球环境问题的一个沉重的包袱,所以,有必要寻找一种硅酸盐水泥的替代品。

国务院也提出了“加快高端材料创新,提高质量稳定性,形成高性能、功能化、差别化的先进基础材料供给能力。加快钢铁、水泥、电解铝、平板玻璃、焦炭等传统产业转型升级。”质量提升行动的指导意见。提高供给质量是供给侧结构性改革的主攻方向,全面提高产品和服务质量是提升供给体系的中心任务。因此水泥转型升级整合产能、创新和发展低碳新材料产品从而提高供给质量是当前水泥行业新的发展方向。

火山灰性材料或潜在水硬性材料,在常温下与水几乎没有反应,但存在激发剂的条件下,具有胶凝性质,当激发的方式为碱激发时,我们称这种材料为碱激发胶凝材料。随着我国钢铁行业的迅猛发展和煤炭资源利用量的增加,我国每年矿渣产量约2.4亿吨,到2020年我国粉煤灰排放量预计达到9亿吨,矿渣和粉煤灰已成为产量巨大的工业副产品,如果这两种副产品不能有效利用,会造成环境污染和资源浪费等问题。于是,碱激发粉煤灰和碱激发矿渣胶凝材料逐渐发展起来,利用碱把矿渣和粉煤灰潜在的活性激发,使其具有胶凝性能。这种碱激发胶凝材料的制备是利用工业副产品,不仅能耗低、排放少,还能充分利用工业固体废弃物,成为低碳胶凝材料发展的主要方向。该材料还拥有早期强度高、耐久性好等优异性能,且其强度发展不亚于硅酸盐水泥,被认为是一种具有广阔应用前景的新型胶凝材料。特别是随着近年对全球气候变暖的日益关注,碱激发胶凝材料的制备及应用技术成为绿色建筑材料领域的研究热点及前沿。因此,从这些方面来说,碱激发粉煤灰矿渣胶凝材料是硅酸盐水泥的一个理想的替代品。

剩余内容已隐藏,您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容!

2. 研究的基本内容与方案

本文研究碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料体系在不同激发剂种类、不同激发剂的掺量、不同细度的矿渣、不同粉煤灰掺量下以及不同龄期下的抗压强度、水化机理和收缩特性。主要研究内容如下:
2.1 基本内容
材料制备:
(1)制备相同碳酸钠(硫酸钠)掺量下激发不同细度的矿粉的胶凝材料试件
(2)制备不同碳酸钠(硫酸钠)掺量下激发相同细度的矿粉的胶凝材料试件
(3)制备相同粉煤灰掺量和相同碳酸钠掺量下激发不同细度的矿粉的胶凝材料试件
(4)制备在相同粉煤灰掺量下,不同碳酸钠掺量下激发相同细度的矿粉的胶凝材料试件
(5)制备在相同硫酸钠掺量、相同细度的矿粉下不同的粉煤灰掺量的胶凝材料试件
按照实验设计配合比制备相应的砂浆和净浆,放入养护室进行养护,分别测出7d、28、56d龄期的抗压强度;按文献所用方法测出不同龄期下试块的PH值并留样做相应的微观测试,以及不同实验方案下净浆浆体的化学收缩情况。
基于碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料的水化性能研究,本文可为碱激发胶凝材料体系的原材料设计和选择提供依据,并从水化和收缩两个方面寻求胶凝组分和激发剂掺量的最佳组合。而针对碱激发矿渣粉煤灰水泥收缩特性,系统研究粉煤灰对碱激发矿渣胶凝材料收缩的影响。预测后期潜在变形和开裂,并探究粉煤灰掺量的减缩效果和影响规律,致力于攻破碱激发胶凝材料收缩较大这一难题,为碱激发胶凝材料在工程上的应用提供可能。而关于不同种类的中性碱激发剂的不同激发效果和激发机理,为后续研究如何改进中性碱的激发能力、提高经济效益上提供理论支撑。

材料表征:

宏观:强度、化学收缩、PH测试、抗渗性

微观:XRD、SEM、TG、NMR、孔结构(MIP、BET、BSEM)
2.2 研究目标
1、研究中性碱对超细矿粉-粉煤灰体系强度的影响规律;
2、研究中性碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料的体积稳定性;
3、探明中性碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料水化机理。
2.3 技术方案

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4-8周:试件制备及宏观性能测试。

第9-13周:采用xrd,sem,nmr等研究微结构形成机理。

剩余内容已隐藏,您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容!

4. 参考文献(12篇以上)

[1] 郑文忠,邹梦娜,王英. 碱激发胶凝材料研究进展[J].建筑结构学报,2019(01):28-39.
[2] 李辉,诸葛丽君,史诗,徐德龙.NaOH激发粉煤灰基胶凝材料的水化产物[J].硅酸盐学报,2012,40(02):234-239.
[3] 王东平,陈佩圆,王亮,李孝坤,沈朋辉.粉煤灰掺量对碱激发矿渣砂浆减缩特性研究[J].硅酸盐通报,2018,37(02):701-705.
[4] A. M. Rashad, Y. Bai, P. A. M. Basheer, N. B. Milestone, and N. C. Collier, Hydration and properties of sodium sulfate activated slag, Cement and Concrete Composites, 2013, 37: 20-29.
[5] Xinyuan Ke, Susan A. Bernal, John L. Provis. Controlling the reaction kinetics of sodium carbonate-activated slag cements using calcined layered double hydroxides[J]. Cement and Concrete Research,2016,81:24-37.
[6] 胡张莉. 碱激发矿渣粉煤灰水泥早期水化及收缩特性研究[D].湖南大学,2013.
[7] Tao Yang, Huajun Zhu, Zuhua Zhang, Xuan Gao, Changsen Zhang, and Qisheng Wu, Effect of fly ash microsphere on the rheology and microstructure of alkali-activated fly ash/slag pastes, Cement and Concrete Research, 2018, 109: 198-207.
[8] Zhenguo Shi, Caijun Shi, Jian Zhang, Shu Wan, Zuhua Zhang, and Zhihua Ou, Alkali-silica reaction in waterglass-activated slag mortars incorporating fly ash and metakaolin, Cement and Concrete Research, 2018, 108: 10-19.
[9] Tero Luukkonen, Zahra Abdollahnejad, Juho Yliniemi, Paivo Kinnunen, and Mirja Illikainen, One-part alkali-activated materials: A review, Cement and Concrete Research, 2018, 103: 21-34.
[10] 卢前明,王震,张瑞林,韩红强.化学外加剂对粉煤灰-矿渣-水泥胶凝体系的激发作用[J].硅酸盐通报,2018,37(08):2516-2521.
[11] 王东平. 碱激发矿渣/粉煤灰复合胶凝材料收缩特性研究[D].安徽理工大学,2018.
[12] 叶家元,张文生,史迪.钙对碱激发胶凝材料的促凝增强作用[J].硅酸盐学报,2017,45(08):1101-1112.
[13] 叶家元,张文生,史迪.石灰石对尾矿/矿渣复合碱激发胶凝材料力学性能及微观结构的影响(英文)[J].硅酸盐学报,2017,45(02):260-267.
[14] 李启华,丁天庭,陈树东.粉煤灰-矿渣碱激发体系的早期性能和耐高温研究[J].硅酸盐通报,2017,36(01):365-368 373.
[15] 孙晓刚,赵英良,邢军,邱景平,李浩.碱激发高炉矿渣-粉煤灰制备充填胶凝材料[J].金属矿山,2016(11):189-192.
[16] 黄科,马玉玮,郭奕群,李兆恒.碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的性能研究[J].硅酸盐通报,2015,34(10):2769-2774.
[17] J Ivn ESCALANTE-GARCIA.城市废玻璃作为水泥基材料在化学激发胶凝材料中的潜在应用(英文)[J].硅酸盐学报,2015,43(10):1441-1448.
[18] Kwesi SAGOE-CRENTSIL,Pre De SILVA.碱激发胶凝材料:早期成核、化学相演变和体系性能(英文)[J].硅酸盐学报,2015,43(10):1449-1457.
[19] 贺亮. 碱激发矿渣粉煤灰水泥抗干湿循环及耐腐蚀性能研究[D].湖南大学,2013.
[20] 罗鑫,许金余,王博,陈典亮,张俊.矿渣粉煤灰基地质聚合物材料的激发特性研究[J].混凝土,2011(11):70-72 76.
[21] 罗鑫,许金余,张俊,王博,陈典亮.碱矿渣粉煤灰胶凝体系的温度激发特性研究[J].硅酸盐通报,2011,30(03):728-731 735
[22] 王旻.碱激发胶凝材料的反应产物[J].硅酸盐学报,2009,37(07):1130-1136.
[23] 吴其胜,李玉寿,李玉华.复合碱组分对矿渣粉煤灰碱胶凝材料性能的影响[J].粉煤灰综合利用,2001(02):22-24.
[24] 李玉寿,吴其胜.碱激发矿渣粉煤灰水泥及混凝土研究[J].混凝土与水泥制品,2000(05):42-43.


剩余内容已隐藏,您需要先支付 5元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

该课题毕业论文、开题报告、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。