本文關(guān)鍵詞：碳化鋼渣骨料及混凝土的制備和性能研究

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【摘要】：我國鋼渣年排放量近億噸,但利用率很低,利用量僅占總量的20%左右。鋼渣的體積穩(wěn)定性及其易磨性差,限制了其在建材領(lǐng)域的大宗利用;鋼渣內(nèi)含有重金屬元素等有害物質(zhì),如不妥善處理則會(huì)危害環(huán)境。碳化是利用鋼渣的有效手段,通過人為固定二氧化碳于鋼渣中的方式,既可解決鋼渣的安定性問題,使之大量應(yīng)用成為可能,同時(shí)也可吸收大量二氧化碳,緩解溫室效應(yīng)。研究表明,鋼渣作為骨料可顯著提高混凝土力學(xué)性能,但由于其游離鈣、鎂等含量超標(biāo),嚴(yán)重影響混凝土耐久性,而且,鋼渣的多棱角、多凹孔結(jié)構(gòu)易形成“自鎖”和“壁壘”效應(yīng),降低混凝土工作性能,進(jìn)而浪費(fèi)膠凝材料。通過優(yōu)化碳化工藝,采用粗磨鋼渣制備人造橢球形骨料配制混凝土,經(jīng)優(yōu)化級(jí)配增加填充密度,不僅保護(hù)環(huán)境,且消除了鋼渣結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成固有的劣勢(shì),節(jié)省膠凝材料。碳化鋼渣骨料與水泥基的親和性也將進(jìn)一步提高混凝土各項(xiàng)性能。本論文采用五因素五水平正交試驗(yàn)確立碳化鋼渣骨料最優(yōu)工藝參數(shù),并根據(jù)Fuller分布及數(shù)據(jù)模擬優(yōu)化骨料粒型和集配。通過游離氧化鈣及氧化鎂含量、壓蒸及沸煮法測(cè)定骨料及混凝土體積穩(wěn)定性。采用電通量、快速氯離子遷移、快速凍融等實(shí)驗(yàn)研究碳化鋼渣骨料混凝土耐久性能。通過熱重分析、X射線衍射分析、掃描電鏡、能譜分析、孔結(jié)構(gòu)分析、水化熱分析等研究骨料及混凝土微觀形貌及性能。取得主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:碳化鋼渣骨料基本性能各因素對(duì)鋼渣抗壓強(qiáng)度的影響程度按由大到小的順序依次為摻水量、碳化壓力(或二氧化碳分壓)、碳化溫度、成型壓力、碳化時(shí)間等。當(dāng)摻水量為12wt.%,成型壓力為9MPa,碳化溫度為60℃,碳化氣壓為0.1MPa,碳化時(shí)間為8h時(shí),碳化鋼渣骨料力學(xué)性能最優(yōu)。骨料經(jīng)碳化后游離氧化鈣含量由大于7wt.%降低至不足1wt.%;有害孔體積降低24.4%,少害孔體積升高67.9%;主要碳化產(chǎn)物為紡錘體碳酸鈣顆粒。在最優(yōu)碳化制度下,碳化鋼渣骨料壓碎指標(biāo)為18.30%,表觀密度為2650kg/m3,滿足GBT 14685-2001《建筑用卵石、碎石標(biāo)準(zhǔn)》。雖然碳化骨料吸水率超標(biāo)(8.91%),但骨料吸水速率緩慢,吸水時(shí)間長達(dá)12小時(shí),混凝土工作性能未明顯降低,且泌水離析等現(xiàn)象得以顯著改善。碳化鋼渣骨料對(duì)混凝土基本性能及體積穩(wěn)定性影響碳化鋼渣骨料混凝土較天然骨料混凝土7、28、60天抗壓強(qiáng)度提高幅度為15%~20%;流動(dòng)性略有下降,無泌水離析現(xiàn)象;澆筑試樣表面更為致密,宏觀缺陷較少。雖然碳化鋼渣骨料內(nèi)MgO含量較高(約4wt.%),但經(jīng)推測(cè)大部分鎂的化合物可固溶到其他硅酸鹽礦物中而不易引起體積穩(wěn)定性不良。碳化骨料經(jīng)沸煮和壓蒸后未開裂、粉化;骨料減活性實(shí)驗(yàn)中,試樣膨脹值小于0.1%,故碳化鋼渣骨料及其混凝土的體積穩(wěn)定性滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。相比較,未處理的破碎鋼渣骨料混凝土嚴(yán)重脹裂,體積穩(wěn)定性嚴(yán)重不良。碳化鋼渣骨料對(duì)混凝土抗氯離子滲透、抗凍融性能影響電通量法、快速氯離子遷移結(jié)果顯示,碳化鋼渣骨料混凝土較天然骨料混凝土的抗氯離子滲透性能提高約2倍左右。在淡水凍融環(huán)境中,碳化鋼渣骨料混凝土試樣可經(jīng)受約300次凍融循環(huán),相對(duì)于普通混凝土的不到140次循環(huán),抗凍融性能較好;在濃度為3wt.%鹽溶液中,碳化鋼渣骨料混凝土試樣可經(jīng)受約110次凍融循環(huán),相對(duì)于普通混凝土的不到5次循環(huán),抗鹽凍性能顯著提高。通過研究骨料界面過渡區(qū)顯微硬度,碳化鋼渣骨料和石灰石質(zhì)骨料的界面過渡區(qū)平均厚度分別為約50μm和約35μm,維氏硬度分別為約43和約28。通過掃面電鏡觀察過渡區(qū)形貌,在天然骨料的周圍觀察到寬度約2至5μm的縫隙,而碳化鋼渣骨料周圍致密無縫隙、氣孔。碳化鋼渣骨料對(duì)混凝土自修復(fù)性能影響水化28天的水泥漿體及碳化鋼渣骨料的7天水化放熱量分別為約50J/g和約90J/g,碳化鋼渣骨料放熱速率在水化約2天時(shí)超過齡期為28天的水泥漿體通過多次破壞-修復(fù)循環(huán)實(shí)驗(yàn),碳化鋼渣骨料混凝土的自修復(fù)性能更為明顯:初始抗壓強(qiáng)度為67MPa的試樣,在前三次破壞-修復(fù)循環(huán)中可保持抗壓強(qiáng)度在60MPa以上,在第四次下降至29至38MPa。破壞并養(yǎng)護(hù)90天的碳化鋼渣骨料混凝土聲時(shí)由30μs下降至29.6μs,幅值由0.252V提升至0.648V,主頻均保持在50kHz。天然骨料混凝土則不具備顯著的自修復(fù)性能。碳化鋼渣骨料的修復(fù)機(jī)理為水化碳化協(xié)同作用,其最終形成的產(chǎn)物主要為碳酸鈣、氫氧化鈣、水化鐵鋁酸鈣及大量無定型的硅凝膠。
【關(guān)鍵詞】：碳化 鋼渣 混凝土 自修復(fù) 骨料
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU528
【目錄】：

• 摘要8-10
• abstract10-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 課題研究背景14-15
• 1.2 研究目的與意義15-16
• 1.3 國內(nèi)外研究進(jìn)展16-24
• 1.3.1 鋼渣骨料的應(yīng)用進(jìn)展16-19
• 1.3.2 鋼渣碳化的研究進(jìn)展19-21
• 1.3.3 骨料堆積形態(tài)的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3.4 混凝土自修復(fù)性能研究現(xiàn)狀23-24
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與研究方法26-38
• 2.1 原料26-27
• 2.2 研究路線圖27
• 2.3 測(cè)試方法27-35
• 2.3.1 骨料制備27-30
• 2.3.2 骨料基本性能測(cè)試30-32
• 2.3.3 混凝土制備32
• 2.3.4 混凝土基本性能測(cè)試32-33
• 2.3.5 混凝土耐久性測(cè)試33-34
• 2.3.6 混凝土自修復(fù)性能測(cè)試34-35
• 2.4 主要設(shè)備儀器35-38
• 第三章 碳化鋼渣骨料制備參數(shù)優(yōu)化及基本性能38-52
• 3.1 骨料制備最優(yōu)工藝確定38-41
• 3.1.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果38-39
• 3.1.2 最優(yōu)工藝參數(shù)確定（極差分析）39-41
• 3.2 骨料體積穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)41-42
• 3.2.1 壓蒸實(shí)驗(yàn)41-42
• 3.2.2 沸煮實(shí)驗(yàn)42
• 3.3 骨料基本性能42-44
• 3.3.1 力學(xué)性能43-44
• 3.3.2 經(jīng)時(shí)吸水率44
• 3.3.3 碳化深度及游離鈣含量44
• 3.4 碳化骨料孔結(jié)構(gòu)及碳化產(chǎn)物成分、形貌44-50
• 3.4.1 碳化骨料孔結(jié)構(gòu)分析44-46
• 3.4.2 碳化產(chǎn)物成分46-49
• 3.4.3 碳化骨料微觀形貌49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第四章 碳化鋼渣骨料級(jí)配優(yōu)化及混凝土的基本性能52-66
• 4.1 混凝土級(jí)配優(yōu)化52-56
• 4.1.1 骨料粒型確定52-53
• 4.1.2 骨料級(jí)配優(yōu)化53-55
• 4.1.3 骨料填充體積55-56
• 4.2 混凝土基本性能56-58
• 4.2.1 混凝土拌和物和易性56-58
• 4.2.2 混凝土力學(xué)性能58
• 4.3 混凝土抗氯離子滲透性58-59
• 4.4 混凝土抗凍融循環(huán)性能59-60
• 4.5 混凝土骨料界面過渡區(qū)性能60-63
• 4.5.1 界面過渡區(qū)硬度、寬度61
• 4.5.2 界面過渡區(qū)微觀形貌61-62
• 4.5.3 混凝土凍融破壞模型62-63
• 4.6 混凝土體積穩(wěn)定性63-65
• 4.7 本章小結(jié)65-66
• 第五章 碳化鋼渣骨料混凝土自修復(fù)性能研究66-80
• 5.1 混凝土修復(fù)潛力評(píng)定66-69
• 5.1.1 混凝土有效修復(fù)面積66-67
• 5.1.2 碳化鋼渣骨料水化性能67-69
• 5.2 混凝土修復(fù)性能69-74
• 5.2.1 碳化鋼渣骨料微裂縫愈合69-70
• 5.2.2 超聲波檢測(cè)70-72
• 5.2.3 超聲波圖譜快速傅里葉變換72-73
• 5.2.4 混凝土破壞-修復(fù)循環(huán)73-74
• 5.3 碳化鋼渣骨料混凝土自修復(fù)機(jī)理分析74-78
• 5.3.1 骨料水化產(chǎn)物微觀形貌及元素分布74-75
• 5.3.2 骨料水化產(chǎn)物定性分析75-76
• 5.3.3 碳化鋼渣骨料自修復(fù)機(jī)理分析76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-80
• 第六章 結(jié)論與展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-92
• 致謝92-94
• 附錄94

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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3 李琳琳;李曉陽;蘇興文;倪文;王中杰;;鋼渣制備高強(qiáng)度人工魚礁混凝土[J];金屬礦山;2012年03期

4 李琳琳;蘇興文;李曉陽;倪文;王中杰;李穎;胡文;;鞍鋼鋼渣礦渣制備人工魚礁混凝土復(fù)合膠凝材料[J];硅酸鹽通報(bào);2012年01期

5 王博;劉家祥;羅s，

本文編號(hào)：1061346