活性MgO制備低碳排放復(fù)合膠凝材料及水化碳化機(jī)理研究.pdf

1、減少普通硅酸鹽水泥（Ordinary Portland Cement，簡(jiǎn)稱(chēng)OPC）生產(chǎn)過(guò)程的碳排放，開(kāi)發(fā)替代OPC的低碳水泥材料成為研究的熱點(diǎn)。OPC高溫煅燒下形成的過(guò)燒MgO（Dead-burned magnisa，簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)燒或死燒MgO）會(huì)產(chǎn)生后期膨脹，是OPC生產(chǎn)過(guò)程中需要控制的有害成分。近年來(lái)，低溫制備的高活性MgO（Reactive magnisa，簡(jiǎn)稱(chēng)活性MgO）在低碳鎂基水泥、水泥膨脹劑以及碳吸附材料中的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。

2、本文針對(duì)我國(guó)儲(chǔ)量較大的菱鎂礦資源，探討低溫煅燒菱鎂礦制備活性MgO及其活性評(píng)價(jià)方法，以及制備的活性MgO單摻到OPC中對(duì)水泥水化過(guò)程、膨脹特性、碳化特性等的影響規(guī)律。主要包括以下內(nèi)容：
　?。?）菱鎂礦低溫煅燒制備活性MgO及其活性評(píng)價(jià)方法
　　在檸檬酸顯色時(shí)間、MgO水化轉(zhuǎn)化率的現(xiàn)有MgO活性評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，針對(duì)菱鎂礦600-750℃低溫煅燒存在分解不完全的情況，首次提出低溫制備活性MgO產(chǎn)物的修正水化轉(zhuǎn)化率評(píng)價(jià)方法，并通

3、過(guò)XRD、SEM、TEM等手段對(duì)活性MgO的水化產(chǎn)物進(jìn)行表征。結(jié)果表明：焙燒溫度越低，保溫時(shí)間越短，單位質(zhì)量MgO活性越高，但菱鎂礦分解率越低。綜合考慮菱鎂礦分解率及MgO活性，采用自制回轉(zhuǎn)焙燒爐，在焙燒溫度700℃，保溫時(shí)間180 min制備活性MgO產(chǎn)物用于后續(xù)水泥材料的研究。
　?。?）活性MgO水泥體系漿體的體積膨脹規(guī)律及機(jī)理探討
　　標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，通過(guò)單摻MgO、復(fù)摻MgO與粉煤灰的摻料方式，研究不同活性MgO對(duì)

4、水泥凈漿體積變化的影響規(guī)律。通過(guò)模擬漿體的40-50℃的溫度條件，設(shè)定水浸泡溫度為40℃，通過(guò)XRD、SEM、DTA/TG、比表面積及孔徑分析等分析手段，分析養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)漿體膨脹率以及水化產(chǎn)物基本性能的影響。水浸泡升溫加速了水泥漿體的水化速度，單摻過(guò)燒MgO水泥凈漿的膨脹率顯著比同摻量活性MgO水泥凈漿的膨脹率大。XRD結(jié)果表明，活性MgO水泥漿體，MgO在43.126°(2θ)衍射峰值較低，Mg(OH)2在37.995°(2θ)處衍射峰

5、面積較大；過(guò)燒MgO水泥漿體呈現(xiàn)相反的規(guī)律。過(guò)燒MgO水泥漿體在32.546°(2θ)處出現(xiàn)高峰值的衍射峰。MgO的活性影響水泥水化產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致水泥漿體水化前后體積的變化。單摻活性MgO水泥體系最優(yōu)摻量是8 wt％；復(fù)摻活性MgO和粉煤灰的水泥體系，最優(yōu)摻量是10 wt％MgO和20 wt％PFA。選擇蒸壓養(yǎng)護(hù)（80-180℃）的方式，加速M(fèi)gO在體系中的水化過(guò)程。蒸養(yǎng)過(guò)程中漿體收縮與 C-S-H凝膠失水，活性MgO的水化

6、以及水泥水化產(chǎn)物的結(jié)晶有關(guān)。
　　（3）活性MgO水泥體系碳化規(guī)律及機(jī)理研究
　　以活性MgO與普通硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰為原料設(shè)定MgO和粉煤灰的摻量范圍，進(jìn)行凈漿和砂漿的實(shí)驗(yàn)。碳化養(yǎng)護(hù)條件20±3℃、濕度70±2％，CO2濃度體積分?jǐn)?shù)為5.0±0.2％，10.0±0.2％，20.0±0.2％和80.0±0.2％。通過(guò)XRD、SEM、FTIR、孔徑分析等測(cè)試手段，分析凈漿pH變化規(guī)律、CO2吸收量、碳化深度以及砂漿強(qiáng)度。水

7、泥漿體PM2-2（MgO摻量20 wt％和20 wt％粉煤灰）在5％ CO2養(yǎng)護(hù)90 d，CO2吸收量的最大值為27.30％。酚酞試劑測(cè)定碳化深度，無(wú)色區(qū)是漿體的完全碳化區(qū)，pH<9.6。未碳化區(qū)pH為12.9，碳化反應(yīng)區(qū)均有較高的pH，范圍在9.6-12.9。砂漿碳化強(qiáng)度最大的樣品PM3-1（MgO摻量10 wt％，粉煤灰摻量30 wt％），10％CO2碳化養(yǎng)護(hù)14 d、28 d和90 d的抗壓強(qiáng)度分別為60.75 MPa、53.69

8、 MPa和67.56 MPa。
　?。?）活性MgO堿激發(fā)礦渣水泥體系體積變形
　　堿激發(fā)礦渣水泥（Alkali-activated slag，簡(jiǎn)稱(chēng)AAS）水化產(chǎn)物C-S-H凝膠的鈣硅比、孔徑結(jié)構(gòu)特征造成AAS比OPC漿體更容易開(kāi)裂。復(fù)摻活性MgO及粉煤灰可以減少堿激發(fā)礦渣水泥的干燥收縮和化學(xué)收縮。在堿激發(fā)劑的模數(shù)和摻量、粉煤灰摻量、MgO摻量的單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用表面響應(yīng)法（RSM，Response Surface Me