工程渣土制备水泥掺合料的性能研究

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近年来,随着我国对地下空间的大量开发利用,工程渣土存量急剧增加,占建筑和拆除垃圾总量的近60%。目前,大部分的工程渣土被运输至填埋场填埋,其运输成本高且占用了大量的土地资源;仅有少部分工程渣土被综合再利用,但其存在利用率低以及制备的产品性能差等问题,导致难以大量且有效地再利用工程渣土。针对上述问题,本文提出了通过煅烧工程渣土制备水泥掺合料的高效再利用工程渣土方法。研究包括煅烧温度和保温时间在内的煅烧制度,以探索最优的煅烧制度。将最优煅烧制度下的煅烧渣土部分替代普通硅酸盐水泥制备砂浆和混凝土,探究掺煅烧渣土砂浆和混凝土的力学性能、环境效益和经济效益。主要研究内容如下:以不同煅烧温度和保温时间下所制备的煅烧渣土为研究对象,采用强度活性指数法(SAI)评估不同煅烧温度和保温时间下煅烧渣土的活性,探究使其活性最优的煅烧制度。通过热重-差热分析(TG-DSC)、X射线衍射分析(XRD)和傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)试验以表征渣土煅烧方法对应的微观机理,通过TG-DSC试验研究煅烧渣土对水泥水化产物的影响。研究结果表明:700℃下保温2小时为最优煅烧制度,掺入此煅烧制度下制备的煅烧渣土可以有效提升砂浆的抗压强度。其对应的微观机理是煅烧使工程渣土中的高岭石转化成了具有火山灰活性的偏高岭石,偏高岭石促进了二次水化反应的发生,从而提升了砂浆的抗压强度。研究了最优煅烧制度下煅烧渣土制备的砂浆的力学性能、环境和经济效益。测试了掺煅烧渣土砂浆的抗压强度和抗折强度,通过生命评估方法分析其能量消耗、二氧化碳排放、制备成本,并将上述结果与纯水泥砂浆、掺粉煤灰砂浆、掺矿渣砂浆进行对比。然后采用内部归一化的多因素分析方法,对砂浆力学性能、环境和经济效益进行综合评估。此外,还研究了煅烧渣土的替代率对砂浆力学性能的影响。结果显示,掺煅烧渣土砂浆在力学性能、环境效益、经济效益方面的综合性能最优;随着煅烧渣土替代率的增大,砂浆的抗折强度和抗压强度逐渐降低。以最优煅烧制度下煅烧渣土制备的混凝土为研究对象,研究不同煅烧渣土替代率下混凝土的力学性能、环境和经济效益。测试了不同煅烧渣土替代率下混凝土的抗压强度和抗折强度;通过生命周期评估方法分析不同煅烧渣土替代率下混凝土的能量消耗、二氧化碳排放、制备成本。采用内部归一化的多因素分析方法,对不同煅烧渣土替代率下混凝土力学性能,环境和经济效益进行综合评估。结果表明10%和30%替代率下的混凝土的28天抗压强度都超过了40MPa,满足规范对C40混凝土的强度要求;30%和50%替代率下混凝土的力学性能、环境和经济效益综合性能相对最优。
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