论文部分内容阅读
与普通硅酸盐水泥相比,镁质水泥具有绿色环保、质轻耐磨、快凝早强的优势,大力开发镁质水泥对镁资源的综合利用、节能减排等有重要意义。新型碱式硫酸镁(Basic magnesium sulfate,BMS)水泥因力学性能优异、耐水性佳等优点得到了广泛关注。采用稀硫酸替代硫酸镁制备BMS水泥,不仅可以降低成本,而且克服了硫酸镁溶解需要加热溶解的问题。本论文以活性氧化镁(α-MgO)、稀H2SO4为原料,超细粉煤灰(UFA)为矿物掺合料,采用“一锅法”直接制备了高性能的BMS水泥,研究了原料摩尔比、UFA活化条件及掺量等因素对BMS水泥凝结时间、力学性能和耐水性能的影响,为工业废硫酸和盐湖镁资源制备高性能BMS水泥提供了理论基础。主要研究内容和结论如下:(1)分别固定M(α-MgO/MgS04摩尔比)为5、固定H(H20/MgS04摩尔比)为18,研究了不同H、不同M对BMS水泥性能的影响。结果表明,M一定时,BMS水泥的初、终凝时间随着H的增大(即水灰比增大)而延长,抗压强度随着H的增大而减小,抗折强度、软化系数随着H的增大呈现先增大后减小的趋势。在最优H值为18时,所制备的BMS水泥养护28 d的抗压强度为79.5 MPa,抗折强度达11.7 MPa,软化系数为0.65,由于H为18保证了 MgS04在常温下的充分溶解,此时水泥的水灰比为0.95,水泥浆体的流动性较好,有利于原料的充分反应;而H为14的BMS水泥养护28 d抗压强度虽然高达112.7 MPa,但是抗折强度降至1.2 MPa,这是因为H过小导致原料MgO未完全水化、MgS04在后期的养护过程中析出,从而使BMS水泥易发生脆断;H大于18时,BMS水泥因水灰比较大会出现凝结时间过长、耐水性能下降的现象。H一定时,BMS水泥的初、终凝时间随着M的增大(即水灰比减小)而缩短,BMS水泥的抗压强度、抗折强度和耐水性能均随M的增大而增大,当M为9时制备的BMS水泥试块养护28 d的抗压强度最高为99.4 MPa,抗折强度最高为13.5 MPa,耐水系数最大为0.74,但其水化产物中检测到Mg(OH)2和MgO,表明其抗压强度的提高可能是由于多余MgO的填充效应,泡水会导致MgO水解对其性能产生不利影响,结果表明M为5的BMS水泥具有很优异的力学性能。综合考虑,原料最佳的摩尔比 α-MgO:MgSO4:H2O 为 5:1:18。(2)UFA的最佳活化条件是:H2SO4溶液质量浓度为20%,活化时间2 h。UFA-BMS水泥的抗压强度随PCUFA掺量的增加出现了先增加后降低的趋势,泡水后的抗压强度随着泡水时间的延长与PCUFA掺量的增加而降低,PCUFA掺量为20%时的抗压强度最高为65.8 MPa,但其耐水系数为0.29,说明掺加PCUFA的UFA-BMS水泥并不适用于耐水等材料的制备,为了提高UFA-BMS水泥的耐水性能,以CFBUFA为原料制备UFA-BMS水泥,发现其抗压强度随CFBUFA掺量的增加而降低,泡水后抗压强度呈现出相同的规律,但掺加10%CFBUFA的UFA-BMS水泥养护28 d的抗压强度与不掺UFA的BMS水泥压强分别为79.1 MPa、79.5 MPa,说明掺加10%的CFBUFA不会影响其力学性能,掺加20%CFBUFA的抗压强度为68.2 MPa,泡水后两者的软化系数均为0.57,与不掺UFA的BMS水泥较接近。综合考虑,选用掺量低于20%的CFBUFA制备UFA-BMS水泥,各项性能更优异。