【摘要】：堿激發(fā)礦渣膠凝材料是一種由磨細水淬高爐礦渣和堿性激發(fā)劑混合而成的新型膠凝材料。相比于普通硅酸鹽水泥,堿激發(fā)礦渣膠凝材料具有水化熱低、力學性能發(fā)展快、耐久性良好等優(yōu)異性能,成為替代硅酸鹽水泥的膠凝材料之一。但堿激發(fā)礦渣膠凝材料具有干燥收縮大、碳化速度快等問題,阻礙了其在工程中推廣應用。這些性能缺陷與基體微結構緊密相關,故本文從微結構優(yōu)化出發(fā),選用納米材料、火山灰材料及二者復摻,研究這些材料對堿激發(fā)礦渣漿體(AASP)的改性作用。本文研究了堿含量及模數(shù)變化對AASP的工作性能及力學性能影響用以確定最優(yōu)配合比,最終優(yōu)選出的AASP配比：堿含量4.0%,模數(shù)1.2,水膠比0.4。第一,基于最優(yōu)配合比,本文研究了摻量均為礦粉質(zhì)量的0.5%的金紅石型納米TiO2、銳鈦礦型納米Ti02、納米SiO2對AASP力學性能、干燥收縮性能以及微結構的影響。研究結果表明：金紅石型納米TiO2的摻入可增強AASP的力學性能尤其是抗折強度。納米SiO2及銳鈦礦型納米Ti02兩組收縮率相近且高于基準值,而金紅石型納米Ti02的摻入則使AASP干燥收縮率降低21.1%。因此,本文選用金紅石型納米TiO2,探究其對AASP微結構的影響。研究發(fā)現(xiàn),金紅石型納米T102的摻入可促進水化反應、使各齡期AASP基體更致密且不影響水化產(chǎn)物種類。且金紅石型納米Ti02的摻入使28d AASP總孔隙率降低至基準組的69.5%,介孔含量降低至59.6%。第二,基于最優(yōu)配合比,本文采用了偏高嶺土、粉煤灰、硅灰,摻量均為礦粉質(zhì)量的10%并采用內(nèi)摻和外摻方式,研究其對AASP力學性能、干燥收縮性能以及微結構的影響。研究結果表明：偏高嶺土外摻較硅灰內(nèi)外摻、粉煤灰外摻、偏高嶺土內(nèi)摻而言,能明顯提高AASP力學性能及降低干燥收縮。故本文選用偏高嶺土外摻探究其對AASP微結構的影響。研究發(fā)現(xiàn),偏高嶺土外摻可增加硅酸鹽及硅鋁酸鹽凝膠含量、AFm及沸石類晶體含量,使各齡期AASP基體更加密實。且使28d AASP總孔隙率降低至基準組的46.3%,介孔含量降低至43.1%。第三,基于納米材料及火山灰材料對AASP的宏觀性能改性結果,優(yōu)選出金紅石型納米Ti02與偏高嶺土進行復摻,研究其對AASP性能及微結構的影響。二者復摻使AASP 56d抗折強度及抗壓強度分別增加78.9%及26.6%,90d收縮值降低39.9%。且復摻材料摻入可增加硅酸鹽凝膠及硅鋁酸鹽凝膠含量、沸石類產(chǎn)物晶體,使各齡期AASP基體更加密實,使28d AASP總孔隙率降低至基準組的38.2%,介孔含量降低至35.5%。二者外摻對微結構改善及性能優(yōu)化作用優(yōu)于單摻金紅石型納米TiO2及外摻偏高嶺土。綜上所述,金紅石型納米Ti02、偏高嶺土外摻及二者復摻都能較好地優(yōu)化AASP微結構,尤其是顯著地改善了漿體的孔結構,從而改善AASP的宏觀性能�？梢�,從微結構優(yōu)化出發(fā)改善AASP宏觀性能是可行的。
[Abstract]:Alkali activated slag cementitious material is a new kind of cementing material, which is composed of grinding water quenched blast furnace slag and alkaline activator. Compared with ordinary Portland cement, alkali-activated slag cementitious material has low hydration heat, rapid development of mechanical properties, good durability and so on, so it has become one of the cementitious materials instead of Portland cement. However, alkali-activated slag cementitious material has many problems, such as large drying shrinkage and fast carbonization speed, which hinders its popularization and application in engineering. These properties and defects are closely related to the microstructure of the matrix. Therefore, from the point of view of the optimization of microstructure, the modification effect of these materials on alkali-activated (AASP) of slag slurry is studied by selecting nano-materials, pozzolanic materials and their co-admixtures. The effects of alkali content and modulus on the working and mechanical properties of AASP were studied in this paper. The optimum mix ratio of AASP was determined. The optimum ratio of AASP was as follows: alkali content 4.0, modulus 1.2, water-binder ratio 0.4. Firstly, based on the optimum blending ratio, the effects of rutile nano-sized TiO2, anatase nanometer SiO2 on the mechanical properties, drying shrinkage and microstructure of AASP were studied. The results show that the mechanical properties of AASP, especially the flexural strength, can be enhanced by the addition of rutile nano TiO2. The shrinkage rate of nano SiO2 and anatase nano Ti02 was similar and higher than the reference value, while the dry shrinkage of AASP was decreased by the addition of rutile nano Ti02. Therefore, rutile nano TiO2, was selected to investigate the effect of rutile nano TiO2, on the microstructure of AASP. It is found that the incorporation of rutile nanosized T102 can promote the hydration reaction, make the AASP matrix denser at different ages and have no effect on the type of hydration products. The total porosity of AASP decreased to 69.5 in the reference group and the mesoporous content decreased to 59.6with the incorporation of rutile nanometer Ti02. Secondly, based on the optimum blending ratio, the effects of metakaolin, fly ash, silica fume and mineral powder mass on mechanical properties, drying shrinkage and microstructure of AASP were studied. The results show that the mechanical properties of AASP can be obviously improved and the drying shrinkage can be reduced by adding metakaolin to silica fume, fly ash and metakaolin. Therefore, the effect of metakaolin on the microstructure of AASP was studied. It is found that the addition of metakaolin can increase the content of silicate and aluminate gel, AFm and zeolite crystals, and make the matrix of AASP more compact at different ages. The total porosity of AASP decreased to 46.3% of the reference group, and the mesoporous content decreased to 43.1%. Thirdly, based on the results of macroscopical properties modification of AASP by nano-materials and pozzolanic materials, rutile nano-sized Ti02 and metakaolin were selected for blending, and their effects on the properties and microstructure of AASP were studied. The flexural strength and compressive strength of AASP were increased by 78.9% and 26.6% respectively. The addition of co-doped materials can increase the content of silicate gels and aluminosilicate gels, increase the content of zeolites, make the AASP matrix more dense at all ages, reduce the total porosity of AASP to 38.2% of the reference group, and decrease the mesoporous content to 35.5in the reference group. The effects of the two additives on the microstructure improvement and performance optimization are superior to those of rutile TiO2 and metakaolin. To sum up, rutile nano-sized Ti02, metakaolin can be used to optimize the microstructure of AASP, especially to improve the pore structure of the slurry, and thus to improve the macroscopic properties of AASP. Therefore, it is feasible to improve the macro performance of AASP from the point of view of microstructure optimization.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ177

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本文編號：2278655