碱激发矿渣地质聚合物的制备与力学性能

1、碱激发矿渣地质聚合物的制备与力学性能 专业班级：材料工程专业班级：材料工程801学生姓名：方学生姓名：方 睿睿指导老师：云斯宁指导老师：云斯宁材料工程科技论文实训答辩 提要一、绪论一、绪论1、研究背景2、研究意义3、研究现状二、实验方案二、实验方案1、原材料2、实验设备3、试验方法4、表征手段三、结构与性能的关系三、结构与性能的关系四、小结四、小结材料工程科技论文实训答辩绪论 研究背景灰石资源在我国应用领域广泛，其中占总产量60.56的资源用于冶金工业，建筑工业领域占9.16，化学工业占8.99，其余用于环境保护和农业等。随着科学技术的不断进步和纳米技术的发展，石灰石的应用领域还将进一步拓宽。

2、 据国家发展与改革委员会2008年预测，我国石灰石资源可采年限为30a。石灰石作为不可再生资源，在开采年限有限的情况下，进行最适耗竭研究，保证可持续发展就很有必要了。材料工程科技论文实训答辩绪论 研究意义氧、硅、铝是地壳中含量最多的三种元素，其质量分别占地壳质量的47%，27%，8%，远远多于金属材料在地壳中的含量。可以预见，未来随着金属材料的逐步枯竭，人们会把更多的精力用在非金属材料的研究上，地质聚合物材料将以丰富的储量和低廉的价格受到更大的重视。材料工程科技论文实训答辩绪论 发展现状碱工业铝废料，如粉煤灰或地面高炉矿渣，在高碱性条件下活化产生高强度粘合剂（pH值=12-14.5）。这种粘合

3、剂具有良好的环保特性从而具有替代portl和水泥的巨大潜力。它可以以较低的成本优势产生一个与硅酸盐水泥类似的效果。用这种粘结剂大量减少二氧化碳排放量，并将回收作为生产粘结剂原料的工业废料。材料工程科技论文实训答辩实验方案 原材料材料工程科技论文实训答辩1)氢氧化钠(分析纯)。试验中使用的氢氧化钠,分子量为40.00,含量不少于96.0%,由北京北化精细化学品有限责任公司生产。在制备尾矿高强材料时,采用由氢氧化钠试剂配置的浓度为10的高浓度氢氧化钠溶液。强碱NaOH溶液的加入不仅有助于玻璃体结构的解体,并且参与反应,生成类沸石产物。2）矿渣本次试验中所使用的矿渣来自唐山钢铁集团有限公司二炼铁排放

4、的高炉矿渣。该高炉水淬渣是符合国家标准的磨细高炉水淬渣,密度为2.97。其主要化学成分分析结果见下表实验方案 原材料材料工程科技论文实训答辩成分CaOMgO含量32.629.9241.538.894.21成分MnOTiO其他含量0.70.290.841.02)矿渣3）工业液体硅酸钠。本试验所用的工业硅酸钠的模数为3.6,密度为1.3681.594 。液体工业硅酸钠,由北京市红星泡花碱厂生产。原料呈无色透明或半透明的粘稠状液体,其通用的分子式是。材料制备中添加硅酸钠的目的是调节体系的比,为反应提供碱性条件。实验方案 实验设备材料工程科技论文实训答辩实验设备实验设备XJ202- A 型行星式水泥胶

5、砂搅拌机;K JZ- 500 型电动抗折试验机;YAW - 300型电子液压式压力试验机；采用美国FEI公司生产的Quanta200型扫描电镜(SEM) 对样品进行形貌观察，工作参数：20kV高真空，真空度810-5，样品的观察距离1010.5mm，利用该扫描电镜配备的X-射线能谱仪对样品进行微区元素分析；采用日本理学D-MAX/2500PC X-射线衍射对样品进行物相分析。工作参数：Cu-K靶，电压40kV、电流100mA。实验方案 试验方法1、实验原料制备2、力学性能试验3 、碱度及活性Al、Si 表征4、水化程度试验材料工程科技论文实训答辩实验方案 表征手段观察试验中各试件各龄期的扫描电

6、镜照片。（SEM）材料工程科技论文实训答辩实验方案 表征手段观察试验中各试件各龄期的扫描电镜照片。（SEM）正常情况下的扫描电镜照片，：初凝时，矿渣颗粒表面覆盖薄薄的一层白色的NaOH，终凝时，有少量的地质聚合物生成，局部疏散的矿渣颗粒连接起来；水化1d时，生成的地质聚合物已将矿渣颗粒连成一片，偶尔会发现未反应完全的的矿渣颗粒。水化3d时，矿渣表面及内部进一步发生水化，矿渣颗粒之间的缝隙缩小，连接紧密；水化7d时，从照片中发现地质聚合物的结构更加密实，至28d时，形成了结构致密的聚合物。材料工程科技论文实训答辩实验方案 表征手段对各龄期试件中的Al和Si进行能谱分析。元素元素质量分数/wt%初

7、凝终凝1d3d7d28d蒸养28dAl08.8006.9706.9910.2309.4607.4513.61Si17.0313.7315.1721.6419.7616.7932.09Al/Si1.9351.972.172.1152.082.2382.357材料工程科技论文实训答辩实验方案 表征手段对各龄期试件中的Al和Si进行能谱分析。根据Davidovits对地质聚合物结构的分，当地质聚合物的网络结构单元为-Si-O-Al-O-Si-O-（Poly-sialatesiloxo，简称PSS）时，在各水化龄内，Si/Al的原子比值几乎保持在2左右，表明碱激发矿渣地质聚合物的硅铝网络结构为PSS型。材料工程科技论文实训答辩实验方案 表征手段采用XRD对试件各龄期的水化产物进行晶相分析。若各曲线介于处，出现隆起的包峰，则归属于玻璃态的SiO2。材料工程科技论文实训答辩小结自然资源匮乏、工业副产品的废弃、环境的破坏与污染无一不触动每一个材料研究者的思绪。在拥有等同工作性能的同时，我们更加亲睐这些近环境的绿色材料（环境友好材料）。本