偏高岭土和矿渣对过硫磷石膏胶凝材料力学性能的影响研究开题报告

全文总字数：3544字

1. 研究目的与意义（文献综述）

磷石膏是磷酸生产过程中产生的固体废渣，由于排量极大且成分复杂，利用成本高，导致大量磷石膏堆存，难以处理，不仅给生态环境保护带来巨大压力，而且占用了大量的土地资源。据统计，我国磷石膏年生产量可达7000万吨，为工业副产石膏的70%。近年来国家出台相关政策大力支持磷石膏的资源化利用，将其运用于硅酸盐水泥缓凝剂、化工产品、工业填料等方面，但其综合利用率仍然较低，无法实现大规模资源化利用。因此提高磷石膏利用率、降低磷石膏带来的生态压力是目前我国亟待解决的问题。

林宗寿教授经过多年的研究开发出一种由磷石膏、矿渣、碱激发剂制备的新型免烧水泥，称为“过硫磷石膏矿渣水泥”。在该水化体系中，矿渣在碱激发剂提供的碱性环境下逐渐被侵蚀溶解，玻璃体网络结构遭到破坏，并在碱激发作用和磷石膏的硫酸盐激发作用下发生水化反应生成钙矾石和c-s-h凝胶，钙矾石与c-s-h凝胶相互交织在一起，形成空间网状结构，填充了硬化水泥浆体的表面、孔洞和缝隙，并将未反应的caso₄2h₂o紧密包裹，形成了一个致密的整体，实现了气硬性材料向水硬材料的转化；同时磷石膏在该体系中的掺量达到了50%，实现了磷石膏的大掺量化。然而，由过硫磷石膏胶凝材料制备的水泥基材料抗碳化能力较差，且初、终凝时间较长，早期强度较低，仅适合对强度要求较低的素混凝土制品或结构，如何提高该体系的早期强度及耐久性成为实现过硫磷石膏胶凝材料大规模应用的主要问题。

偏高岭土是高岭土经500～900℃煅烧脱水而成的无水铝硅酸盐粉末，主要成分为活性sio₂和al₂o₃。由于偏高岭土中原子排列不规则，呈现热力学介稳状态, 因此具有强烈的火山灰活性，能与水泥水化产物ca(oh)₂反应，生成c-s-h 凝胶，以及水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等水化产物。曹永明等研究了内掺偏高岭土对水泥基材料力学性能和耐久性能的影响，试验结果表明，随偏高岭土掺量的增加，水泥砂浆3d强度有所下降，28 d强度逐渐增加，并趋于稳定。同时，偏高岭土的掺入提高了砂浆的抗渗性能，降低了混凝土的氯离子扩散系数。郤玉山利用naoh、ca(oh)2激发高岭土与偏高岭土，并对比了新拌浆体的工作性能与早期力学性能，发现利用碱激发可以有效激发偏高岭土的水化活性，促进基体早期强度的发展。董伟等通过利用偏高岭土取代相同质量的水泥制备浮石轻骨料混凝土，研究了偏高岭土对混凝土性能的影响，发现偏高岭土的加入对浮石轻骨料混凝土的强度，尤其对早期抗压强度有着较大的贡献。同时，偏高岭土的掺入还可以优化孔结构，当取代量为10%时，毛细孔和非毛细孔所占比例最小，基体的密实度提高，混凝土的力学性能表现最优。将这种具有高火山灰活性的偏高岭土加入水泥中，不仅可以促进水泥水化、提高水泥混凝土的强度，还在很大程度上提高了混凝土的抗渗性、抗冻性以及耐腐蚀性，并且对抑制碱集料反应也有很好的正面作用。因此，可以考虑利用偏高岭土代替矿粉运用于过硫磷石膏胶凝材料中，提高过硫体系的早期强度，优化基体孔隙结构，使过硫磷石膏胶凝材料具有更好的力学强度和耐久性。

2. 研究的基本内容与方案

1.1 基本内容

基于过硫磷石膏矿渣水泥的设计原则，利用偏高岭土逐步替代矿粉，探究其力学性能的变化规律，研究偏高岭土对该体系水化进程的影响，并基于其水化机理，优化体系配合比，设计出具有良好力学性能的偏高岭土-过硫磷石膏胶凝材料。

1.2 研究目标

1. 制备出基于偏高岭土与矿渣过硫磷石膏胶凝材料，探究偏高岭土和矿渣的最佳掺量范围，设计出合理配合比。

2. 对所设计的胶凝材料进行力学性能评价，探究矿渣和偏高岭土掺量对胶凝材料力学性能的影响规律。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文文献的翻译。明确实验研究内容，了解实验研究所需的原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告；

第4-12周：按照实验设计方案，完成大部分试验和检测工作；

第12-14周：总结实验数据，调整完善部分试验，优化结果，完成并修改毕业论文，准备答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] rafat siddique,juvas klaus. influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: a review[j]. applied clay science,2008,43(3).

[2] 曹永明,张伟,刘梁友,赵洪义,张战营.偏高岭土对水泥基胶凝材料耐久性能的影响[j].水泥工程,2019(01):15-17 45.

[3] 郤玉山.偏高岭土掺合料对水泥砂浆工作性能与早期力学性能的影响[j].混凝土世界,2019(08):72-76.