矿渣—脱硫灰渣胶凝材料的性能研究

作     者：王志强 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：詹炳根;刘勇

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：全尾砂 脱硫灰渣 矿渣 激发剂 高效减水剂 

摘      要：本文以矿渣和脱硫灰渣为主要原材料研制胶凝材料用于矿井充填,以达到降低充填成本、有效进行废物利用、保护环境的目的。首先采用催化剂对脱硫灰渣进行氧化改性,得出改性效果最好的催化剂掺量、催化温度与时间;然后利用正交设计法选出胶凝材料的最优配合比;利用极差分析与方差分析研究了增强剂、石膏、脱硫灰渣对充填材料的流动性、沉缩率与抗压强度的影响,并从微观的角度,利用X射线衍射分析与扫描电镜对水化产物以及固化机理进行分析;在此基础上,进一步研究了激发剂与外加剂对充填材料的流动性、沉缩率和抗压强度的影响,得出激发剂与外加剂的最佳掺量。研究结果表明:(1)加入催化剂会促进脱硫灰渣中的亚硫酸钙转化为硫酸钙,CHJ-1对CaSO的氧化效果最好,当其掺量为2%,温度为120℃、催化12h时,转化率达到48.3%,近一半CaSO被催化氧化。(2)原材料对充填材料性能的影响:流动性以石膏与增强剂影响最显著;沉缩率以增强剂与石膏影响最显著;3d强度以增强剂影响最显著;7d强度以增强剂与脱硫灰渣影响最显著;28d强度以石膏与脱硫灰渣影响最显著。(3)以矿渣61%、改性脱硫灰渣15%并掺加外加剂配制成的胶凝材料,与全尾砂1:6混合,测得浆体的流动性为152mm,沉缩率为1.4%,7d与28d强度分别为1.28MPa、2.86MPa,满足矿井充填要求。(4)碱激发剂提高充填材料的抗压强度最显著,当其掺量为1.5%时,28d强度比不掺激发剂要提高25.2%;碱激发剂与硫酸盐激发剂在一定的掺量范围内可小幅度提高充填浆体的流动性;氯盐激发剂对降低沉缩率最显著,当其掺量为1.5%时,充填体基本不沉降。(5)减水剂对充填浆体的性能有明显影响,会显著增加充填浆体的流动性、降低沉缩率,对充填材料的早期强度影响不大,但会提高后期强度。(6)矿渣-脱硫灰渣胶凝充填材料的水化产物为短棒状钙矾石晶体、水化硅酸钙凝胶以及氢氧化钙,它们互相交错、穿插,形成了强度,且龄期越长,水化反应越充分,强度越高。