电石渣与废弃混凝土、废砖混合料制备蒸压硅酸盐材料

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:shanqishuai
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现阶段,我国建筑垃圾以废弃混凝土、废砖及其表面包裹的砂浆为主要组分,从减少原材料处理成本、提高建筑垃圾利用率的角度,需要研发废弃混凝土、废砖混合物的资源化再生技术。废弃混凝土中含有丰富的钙质资源与硅质资源,可以作为蒸压硅酸盐材料/制品的生产原料。但是由于废弃混凝土中的钙主要由粗骨料石灰石提供,以CaCO3形式存在,不能直接参与水热反应,目前相关研究大多仅利用废弃混凝土作为硅质原料,而粗骨料或者被分离出去另作他用、或者仅在材料/制品中用作骨料,造成了钙质资源的浪费。本论文以废弃混凝土和废砖混合料为主要原料、工业固废电石渣为补充钙质原料,采用煅烧—水热合成工艺制备蒸压硅酸盐材料。其中,煅烧处理的目的是将废弃混凝土中的CaCO3分解转化为能够参与水热反应的CaO。本论文研究将为废弃混凝土、废砖中有效矿物资源的转化再利用以及多源固废的协同处置提供新思路。论文首先研究确定原材料的活化制度:根据我国现阶段建筑垃圾的实际组成,按照废弃混凝土占比80%、50%和20%三种比例混合废弃混凝土和废砖(分别对应A、B、C混合料),煅烧混合料,研究混合料中CaCO3的热分解情况、煅烧温度对煅烧产物中CaO含量及其反应活性的影响,确定三组混合料适宜的煅烧温度;对电石渣采取煅烧—消解的活化方式,研究煅烧对电石渣矿物组成和微观形貌的影响,煅烧温度、消解制度对Ca(OH)2乳液活性的影响,确定电石渣适宜的煅烧—消解活化制度。进一步,用活化处理后的原材料水热合成法制备蒸压硅酸盐材料,研究水固比、成型方式、钙硅比以及蒸压制度对材料抗压强度和微观组成的影响,研究不同钙硅比和蒸压制度下蒸压硅酸盐材料的耐水性、孔溶液碱度以及抗冻性能。论文的主要研究结论为:(1)本论文试验条件下,电石渣最佳活化制度为:800°C煅烧30min,煅烧产物加入80°C去离子水、搅拌30min消解得到Ca(OH)2乳液(用水量取m(H2O)/m(CaO)=12),乳液不经陈化处理、直接烘干成粉末;综合考虑煅烧产物中有效钙含量和有效钙活性,A、B、C三组废弃混凝土、废砖混合料的最佳煅烧活化温度分别为:890°C、920°C、810°C。(2)水固比和成型方式显著影响蒸压硅酸盐材料的抗压强度。本论文试验条件下,确定最佳水固比为18%,试件最佳成型方式为压制成型、成型压力30MPa。(3)蒸压硅酸盐材料的水热产物主要为CSH(B)、托贝莫来石和硬硅钙石;水热条件下,废弃混凝土中水泥石脱水相再水化、未水化水泥颗粒水化,生成的水化硅酸钙凝胶为材料提供额外强度;钙硅比和蒸压制度对水化硅酸钙数量、类型、结晶度以及结构转变的影响不同,宏观上表现为对材料性能的不同影响。(4)钙硅比对蒸压硅酸盐材料的抗压强度无直接显著影响;对于确定的原材料和蒸压制度,钙硅比存在一个最佳值。蒸压压力和保温时间合理匹配,可以提高试件抗压强度;相对于蒸压压力,保温时间对强度的影响更为显著。随着蒸压压力增大、保温时间延长、时压积Q(蒸压压力×保温时间)增大,试件抗压强度整体呈提高趋势。钙硅比和蒸压制度相同的条件下,原料中废弃混凝土含量高、则试件抗压强度高。废弃混凝土、废砖混合料经煅烧活化后,试件抗压强度显著高于未煅烧组。(5)本论文试验条件下,试件软化系数在0.670.92范围内,pH值在11.02?12.37范围内,15次冻融循环后的强度损失率在6.26%9.67%范围内。钙硅比对蒸压硅酸盐材料的耐水性、孔溶液碱度和抗冻性均无显著影响。随着时压积增大、蒸压压力提高,试件软化系数整体呈增大趋势,且保温时间短、增幅大;Q=18MPa·h(2MPa,9h)是试件耐水性降低的临界点;耐水性与强度不存在单一对应关系。蒸压压力和保温时间对蒸压硅酸盐材料孔溶液碱度的影响方向不一致;随着时压积增大,试件pH值总体呈降低趋势,需控制时压积的最大值。随着时压积增大、保温时间延长,试件强度损失率总体呈减小趋势,基本在保温9h时强度损失率最小、抗冻性最好。
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