發(fā)布時間：2020-05-15 18:49

【摘要】：建筑石膏具有低碳、循環(huán)、多功能等特點,是國際上推崇的綠色建材。但全球每年將排放出大量的廢棄石膏,造成了嚴(yán)重的資源浪費及環(huán)境污染等問題。而石膏中二水相與半水相分別在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化,具有無限循環(huán)利用的理論基礎(chǔ)。因此,明確再生建筑石膏強度劣化的內(nèi)在原因以及進行增強改性研究對實現(xiàn)廢棄石膏規(guī)�；�、高效率的再生利用具有重大的理論價值和實際指導(dǎo)意義。系統(tǒng)深入地研究了再生次數(shù)對建筑石膏粉體物理性質(zhì)、物理力學(xué)性能、水化進程以及硬化體微結(jié)構(gòu)等影響,揭示出再生建筑石膏強度劣化機理。在此基礎(chǔ)上,采用顆粒級配優(yōu)化及減水劑降低標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、活性礦物材增加水化產(chǎn)物、纖維增韌等多種手段對再生建筑石膏進行增強改性研究,并從水化進程與硬化體微結(jié)構(gòu)等方面闡明增強作用機制。再生建筑石膏強度顯著劣化,相比原生降幅高達47%-58%,但不同再生次數(shù)石膏間的強度差異則較小。再生半水石膏粒徑細化,顆粒級配較差,且結(jié)構(gòu)裂隙增多,導(dǎo)致粉體比表面積與空隙率增大,從而造成再生建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量從原生的0.62大幅提高到0.81~0.85。由水膏比增加導(dǎo)致的硬化體孔隙率增加、孔徑粗化等孔結(jié)構(gòu)惡化是造成再生建筑石膏強度削弱的主要因素。隨著再生次數(shù)增加,溶液中初始液相離子過飽和度逐漸降低,致使析晶的臨界半徑增大,延緩水化進程,導(dǎo)致硬化體中二水石膏晶體內(nèi)部缺陷增多,且晶體形貌由原生的細長針棒狀逐漸變?yōu)槿卧偕亩讨鶢?晶體間搭接程度變差。但硬化體中晶體缺陷增多與形貌的變化僅略微減小抗折強度,是造成再生建筑石膏強度降低的次要因素。另外,再生建筑石膏中二水相與半水相在相互循環(huán)轉(zhuǎn)化過程中,二水石膏晶體缺陷及形貌大小、長徑比則決定了下一次再生半水石膏比表面積、空隙率及球形度等粉體物理性質(zhì),從而引起標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量變化,進而對下一次再生建筑強度產(chǎn)生相應(yīng)影響。隨著再生半水石膏粒徑增大,一方面粉體比表面積與空隙率大幅減小,從而顯著降低標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量,增加硬化體密實度,有利于強度提高;另一方面液相離子過飽和度降低,增大了析晶的臨界半徑,延緩水化進程,導(dǎo)致析出的二水石膏晶體呈粗大片層狀,從而削弱強度。最終確定再生半水石膏粒徑在80~145μm區(qū)間對強度提高最有利,而在200μm區(qū)間則大幅削弱強度,是有害區(qū)間。采用Fuller分布模型對再生半水石膏進行顆粒級配優(yōu)化,當(dāng)分布指數(shù)m值為0.6時,再生建筑石膏強度具有最大值,相比未優(yōu)化的強度增幅高達約70%。減水劑對再生建筑石膏增強效果的順序為:SMFASFASPFDNPC-1641FPC-S08。其中,聚羧酸類PC-1641F、PC-S08增強效率較高,臨界摻量僅為0.5%,抗壓強度增幅卻分別高達117%、89%;而在大摻量范圍內(nèi),SMF增強效果最好,摻量為1.2%時抗壓強度增幅高達186%。主要原因是SMF還具有細化孔徑作用,從而導(dǎo)致相同減水率下再生建筑石膏強度最大;而PC-S08則增加大孔數(shù)量,粗化孔徑,且晶體形貌呈粗大的短柱狀,因此削弱了增強效果。由減水率、引氣、水化進程等造成硬化體中孔隙率、孔徑分布及晶體形貌等變化是決定減水劑增強效果的三個關(guān)鍵因素。另外,FDN、SMF、ASF及ASP具有加快再生建筑石膏水化進程作用,從而增大漿體流動度經(jīng)時損失,縮短凝結(jié)時間;而聚羧酸類PC-S08、PC-1641F則顯著延緩水化進程,從而大幅減小漿體流動度經(jīng)時損失,延長凝結(jié)時間。三種水泥對再生建筑石膏增強效果順序為:SACACOPC,20%摻量下28d抗壓強度相比空白樣增幅分別高達119%、83%、50%。另外,OPC與SAC均縮短了水化誘導(dǎo)期,加快水化進程;而AC則延長水化誘導(dǎo)期,延緩水化進程。大量的C-S-H凝膠、AH_3等水化產(chǎn)物吸附包裹在二水石膏晶體表面,增加晶體間膠接力,同時有效填充硬化體中孔隙,增加結(jié)構(gòu)密實度。礦渣在堿激發(fā)方式下,膠凝活性得到顯著提高,水化程度增加,水化產(chǎn)物C-S-H凝膠數(shù)量增多,有效填充硬化體中孔隙,增加結(jié)構(gòu)致密性,從而導(dǎo)致20%摻量下28d基體抗壓強度增幅高達54%,是硫酸鈣激發(fā)方式下的2倍多。PVA纖維改性的再生建筑石膏在破壞過程中具有明顯的應(yīng)變-硬化現(xiàn)象,撓度、抗折強度、韌性等均得到大幅提高,增強增韌效果顯著優(yōu)于PP纖維。尤其是摻加1.2%、長度為12mm的PVA纖維,基體抗折強度增幅為47%,韌性指數(shù)TI高達53.9。另外,相比疏水性PP纖維,親水性PVA纖維具有加快再生建筑石膏水化進程,縮短凝結(jié)時間作用,且對漿體流動性具有較大的負面影響。硬化體中PVA纖維-石膏基體的界面過渡區(qū)裂隙較小,結(jié)構(gòu)較為致密;而PP纖維-石膏基體的界面過渡區(qū)則存在明顯的裂隙,結(jié)構(gòu)較為疏松,削弱了膠結(jié)力。
【圖文】：

圖 2.1 天然石膏礦微觀形貌2.1 Microstructure of natural gyps 試驗所用天然石膏礦化學(xué)組成（position of natural gypsum ore usedSiO2Al2O3Fe2O31.15 0.42 0.13類、主要成分、生產(chǎn)廠家以及 2.2 試驗所用減水劑主要成分及ents and traits of water reducing age 生產(chǎn)廠家 縮合物 星辰化工

干處理（45-50℃），得到原生建筑石膏；最后將原生建筑石膏按照上述工藝經(jīng)過多次循環(huán)后分別制備出一次、二次、三次再生建筑石膏。圖2.2 再生建筑石膏的制備工藝流程圖Fig. 2.2 Process flow chart for preparation of recycled building gypsum試驗中選用純度較高的天然石膏礦，則可以有效避免雜質(zhì)在循環(huán)制備過程中產(chǎn)生的負面影響。為揭示出再生建筑石膏強度劣化規(guī)律及內(nèi)在原因，首先對比研究了三種狀態(tài)下四種半水石膏的粉體物理性質(zhì)、流動度以及物理力學(xué)性能。三種對比方法如下所述：① 按照圖 2.2 的工藝流程，分別制備出四種半水石膏，記作“相同制備工藝”；并測試了粉體物理性質(zhì)以及在標(biāo)稠需水量下的物理力學(xué)性能。② 通過篩分法將各再生半水石膏分成<15 μm、15~45 μm、45~80 μm、80~145
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ177.377

【參考文獻】

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

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本文編號：2665479