论文部分内容阅读
在节能减排和固废资源综合利用背景下,如何实现工业固废建材化利用过程中矿化固定工业烟气中CO2已成为新的研究课题,工业固废建材化利用往往基于CaO与SiO2和Al2O3之间的火山灰反应生成硅铝酸钙水化胶凝物质,而且往往CaO在火山灰反应体系中过量,过量的CaO在胶凝材料中以Ca（OH）2形式存在,易于在后期与空气中CO2反应,导致胶凝材料结构破坏,影响其耐久性。若在胶凝材料制备过程中将CO2引入胶凝体系,则可以同时实现胶凝材料强度增加和耐久性延长并矿化固定CO2,实现碳减排,具有较强的理论意义和工业应用前景。但是,利用电石渣为钙源（提供CaO组份）,利用粉煤灰为硅源铝源（提供SiO2和Al2O3组份）,这两类原料复合配方并与CO2发生矿化反应制备胶凝材料,这方面的理论研究和实际应用研究较少,有必要开展系统研究。基于此,本论文开展研究的主要研究内容和研究结果如下:（1）采用pH在线测试方法分别对粉煤灰、电石渣以及两者配合物的碳酸化过程的pH值进行在线测试,并对原料和产物进行XRD、TGA和SEM表征。结果表明:相同条件下,粉煤灰碳酸化浆液pH值降到7.0的平均速度约为电石渣的51倍;与等量电石渣单独碳酸化相比,粉煤灰与电石渣按照4:1复配料碳酸化pH值降低到7.0的速度较纯电石渣提高了近5.6倍,较粉煤灰、电石渣复配计算计算反应时间缩短且在相同电石渣配量的条件下时间缩短24.6%,粉煤灰-电石渣复配料比碳酸钙-电石渣复配料的碳酸化反应完成时间缩短了31.6%,说明电石渣与粉煤灰复配后进行碳酸化反应具有明显协同促进作用。TGA分析表明,纯粉煤灰和纯电石渣的固碳率分别约为2%和61.3%,粉煤灰与电石渣复配料的固碳率较等量单一电石渣和粉煤灰的固碳率之和的计算值提高了19.6%。SEM分析表明,粉煤灰与电石渣复配料碳酸化产物碳酸钙颗粒在粉煤灰表面呈现异位分散附着形态,而单一电石渣碳酸化产物碳酸钙则在电石渣颗粒表面呈现原位聚集附着形态。这可能就是复配料固碳率提高的主要原因。（2）考察电石渣配比、养护温度以及矿化反应时间对胶凝试块抗压强度的影响规律。结果表明,当电石渣配比为30%,固化温度为60℃时,可获得强度较优的胶凝试块。矿化反应时间对试块3 d强度和28 d强度的影响呈现先增加后降低趋势,且矿化反应有利于提高胶凝试块的后期强度。在电石渣配比为20%,矿化时间为30min时,对应3 d强度和28 d强度较不矿化反应时分别增加了62.2%和89.1%。研究发现,在电石渣配比为20%-50%之间,获得试块最佳强度的矿化反应时间随电石渣配比增加出现“先增加、后减小”的趋势,当电石渣配比达40%和矿化时间达50 min时,对应试块的3 d强度最高,较不矿化反应时的强度提高了82.1%。胶凝试块的XRD分析结果表明,浆体碳化反应30 min后,胶凝试块中的氢氧化钙衍射峰完全消失,伴随有明显CaCO3衍射峰出现;TGA测试结果表明,矿化后所得胶凝试块出现明显的CaCO3分解失重峰。当电石渣比例为20%、30%、40%时,具有最佳3 d强度的试块中Ca（OH）2的保留率分别为:75.6%、68.4%和64.8%,碳化度分别为7.9%、5.7%和10.2%,对应每吨胶凝试块可矿化固定CO2的量分别为7 kg、13 kg和31 kg。（3）分别考察CO2反应时间对未浸、水浸和电石渣饱和液浸泡后发泡混凝土试块抗压强度的影响,XRD、TGA、SEM等分析测试手段用于表征试块样品的矿物组成、热失重特性和微观形貌特性。结果表明,发泡混凝土试块的抗压强度随碳酸化反应时间延长出现“先增加后降低”的变化趋势;碳酸化反应4 h试块强度达最高为6.5 MPa,较未碳酸化反应试块强度上升80.6%。SEM分析结果显示,发泡混凝土试块孔壁结构随碳酸化反应时间延长发生较明显变化,整体上呈现“先片状致密后粒化疏松”的转化历程,这可能是导致试块抗压强度随碳酸化时间延长出现“先增加后降低”现象的内在原因。TGA曲线结果表明,试块达最高抗压强度时,每吨发泡混凝土可固定CO2为37 kg,在不降低试块强度前提下,每吨发泡混凝土可固定CO2为61 kg。