废弃混凝土-废砖水热合成再生硅酸盐材料

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:augenthaler
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随着我国工业化与城镇化进程加快,城市建筑垃圾的产出规模不断增长、存量日益增加,已成为我国第一大城市垃圾源,是考验诸多城市绿色发展的新难题。废弃混凝土和废弃粘土砖是我国现阶段建筑垃圾的主体,以钙和硅的氧化物为主要化学成分,可以作为钙质原料和硅质原料用于生产再生蒸压硅酸盐材料及制品。目前,相关研究主要是把建筑垃圾作为硅酸盐材料及制品的硅质原料或骨料,额外添加石灰、水泥等钙质原料,没有充分利用废弃混凝土中的钙质组分。在课题组前期利用废弃混凝土水热合成硅酸盐材料的研究基础上,本论文从我国现阶段建筑垃圾的实际组成出发,以不同混合比例的废弃混凝土和废砖混合料为主要原料,煅烧释放废弃混凝土中的有效钙,再通过水热合成制备再生硅酸盐材料。本论文研究可以实现废弃混凝土和废砖的全组分资源化再生利用,减少硅酸盐材料及制品生产过程中对天然石灰岩和粘土等矿产资源的消耗,为我国建筑垃圾的高附加值再生利用提供具有良好推广应用前景的技术途径。本论文需要解决两个主要问题:以减少能源消耗为目标,明确不同混合比例的废弃混凝土-废砖混合料适宜的煅烧制度;以优化材料性能为目标,明确再生硅酸盐材料适宜的配料方案和蒸压制度。基于上述问题,本论文首先对不同混合比例的废弃混凝土-废砖混合料进行煅烧处理,通过热重分析和化学测试等方法,研究不同煅烧温度下煅烧产物中CaO含量和CaO活性,确定最佳煅烧制度;进一步,改变配料比、外加剂种类(NaOH、KOH、Na2SiO3·9H2O、Na2CO3、CaCl2、Na2SO?、C4H14MnO8·4H2O、SrCl2·6H2O)和掺量、蒸压压力和保温时间,通过抗压强度测试、孔溶液碱度测试、耐水性试验、XRD分析、热重分析、耐久性试验等方法,研究水热合成材料的微观组成、结构和综合性能,确定适宜的配料方案和蒸压制度。本论文的主要研究结论为:(1)由热重测试数据表明,纯废弃混凝土的最终分解温度约为840℃,烧失量为28.24%;纯废弃粘土砖烧失量仅为0.75%,几乎不存在热分解和晶型转变;对比其他比例试样,发现质量百分比60%废弃混凝土和40%废弃粘土砖组试样的分解温度约为830℃,相较于纯废弃混凝土降低10℃;以煅烧产物中氧化钙含量与活性为评价指标,60%废弃混凝土和40%废弃粘土砖组煅烧产物试样的氧化钙含量为12.20%、活性指数消化速率20s,最高消化温度为32℃。综合考虑各评价指标,选定60%废弃混凝土和40%废弃粘土砖组低温煅烧产物试样作为后续生产原料。(2)采取废弃混凝土-废砖煅烧产物作为再生硅酸盐材料的主要硅质原料和钙质原料,掺CaO组压制成型后的试件出现明显开裂现象,蒸压后的试件松散、无法成型。掺Ca(OH)2组压制成型后的试件表面较平整、开裂很少,蒸压后的试件棱角分明、平整,基本没有开裂。试件颜色明显比掺CaO组浅,显水化产物的灰白色。(3)采用C/S为0.7、0.9、1.1三个比例,选取0.10、0.15、0.20、0.25四个水固比,在1.5MPa、203℃、4h的蒸压制度下能够获得强度较高的再生硅酸盐材料。实验结果表明,随着水固比的增大,蒸压试件抗压强度总体显先增大后减小的趋势,确定3种不同钙硅比试样采用的最佳水固比为0.20。(4)钙硅比对低蒸压强度制度下的试件抗压强度影响不大,强度变化范围较小。而对高蒸压强度制度下的试件抗压强度影响较大。蒸压保温制度对各种钙硅比试件的影响各有不同。(6)NaOH和KOH对废弃混凝土-废弃粘土砖煅烧产物的激发效果显著。但碱性外加剂也存在最佳掺量,掺量过高会对生成产物的强度产生不利影响,使蒸压试件强度倒缩。NaOH溶液对蒸压试件的激发效果比KOH溶液好。其他外加剂对蒸压试件的激发效果较差。(7)XRD图谱可表征水固比、钙硅比、蒸压制度、外加剂等因素对再生硅酸盐材料矿物组成的影响。(8)本论文试验条件下,蒸压制度和钙硅比对蒸压试件pH值有一定的影响;各组试件的软化系数介于71.83%至85.06%之间;对蒸压试件的耐久性测试显示:试件石灰爆裂测试结果良好。耐酸侵蚀性能测试中,各组试件的强度比值均低于1,说明酸溶液会加速对蒸压试件的侵蚀。耐硫酸盐侵蚀性能测试中,大部分试件的强度比值均大于1。说明硫酸盐对蒸压试件的侵蚀作用很小;试件满足《蒸压粉煤灰砖》(JC/T239-2014)中15次和25次冻融循环后强度与质量损失率标准;蒸压试件有一定的耐高温性能。
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