低碳水泥混凝土配合比与能研究毕业论文.doc

核准通过，归档资料未经允许，请勿外传！核准通过，归档资料未经允许，请勿外传！XX理工大学本科生毕业设计（论文）低碳水泥混凝土配合比设计与性能研究学院(系)：材料科学与工程专业__ 材科sy0801学生XX：指导2012年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名： 2012 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于1、XX囗，在 年解密后适用本授权书2、不XX囗 请在以上相应方框内打“√”）作者签名： 2012年 月 日导师签名： 2012年 月 日目录摘要1ABSTRACT21绪论31.1研究背景与意义31.2国内外研究现状4磷石膏作水泥缓凝剂4磷石膏制硫酸联产水泥6磷石膏做石膏类建材71.3本课题的提出与研究内容72磷石膏基水泥混凝土的制备过程及性能92.1试验用原材料9磷石膏9矿渣粉10钢渣11硅酸盐水泥熟料11高岭土122.2 C30磷石膏基水泥混凝土的配合比设计132.3试验方法153磷石膏基水泥混凝土基本配合比及原料选择173.1不同水灰比和减水剂对混凝土强度的影响17抗压强度试验17不同水灰比的混凝土强度发展规律183.2加入掺合料后的凝土强度193.3降低胶凝材料的混凝土强度214磷石膏基水泥混凝土微观结构分析224.1 XRD分析224.2 IR分析244.3 TG分析264.4 SEM分析275结论及展望295.1结论295.2展望29参考文献30致谢31摘 要磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，每1吨磷酸将产生5吨磷石膏。

目前利用率只有15%，未经处理的磷石膏堆放不仅占用了大量的土地，而且对周边的生态环境如地下水、大气、土壤等造成严重污染国内有学者已经研究磷石膏等固体废弃物制成胶凝材料，其性能与普通硅酸盐水泥相似，如能推广使用，实现节能减排目标将具有重要意义本文在此基础上研究磷石膏水泥替代普通硅酸盐水泥配制低碳混凝土，对此类“低碳水泥”混凝土设计方法进行探究，并结合性能要求优化混凝土配合比通过XRD、IR、TG、SEM等研究低碳混凝土的组成相、组成成分、微观结构、断口形貌以及与普通硅酸盐混凝土的区别试验结果表明：（1）水灰比增大使混凝土的流动性增强，但同时使其强度降低，水灰比仍是影响混凝土强度的主要因素当水灰比为0.33左右，减水剂为0.4%时混凝土的力学性能最优通过在混凝土中分别添加偏高岭土、硅灰、水泥浆体脱水相、NaOH后发现，一定量的偏高岭土和硅灰能使混凝土的早期强度显著增加2）磷石膏在水化过程中一部分参与水化形成产物钙矾石，剩余部分被水化产物所包裹而起集料填充作用矿渣在碱的激发下溶解，并与溶解在液相中的石膏形成钙矾石和C-S-H凝胶，钙矾石和C-S-H凝胶交织在一起填充空隙，使混凝土结构逐渐密实，强度不断发展。

关键词：磷石膏；低碳混凝土；抗压强度；水灰比AbstractPhosphogypsum (PG) is a byproduct of manufacturing phosphate acid by wet process in fertilizer industry. Five tons PG is generated when 1000 kg phosphate acid is produced. Only 15 percents of PG has been used after being generated, the rest is left alone which brings terrible effects to surroundings such as underground water, atmosphere and soil.Domestic scholars such as Zongshou Lin has done much work in translating solid wastes into gelled materials in this field, the results indicate that widely use of PG really makes sense in energy conservation and emission reduction.The study mainly researchs the properties of low carbon concrete in which the ordinary Portland cement is replaced by phosphogypsum based cement(PBC). And discuss the best design of concrete. Through XRD, IR, TG, SEM etc, analyses the components, microstructures andfracture appearances differences betweenlow carbon concrete and ordinary concrete.The results indicate that:(1) Water cement ratio is the main factor influences concrete compression strength, the increase of which leads to liquidity enhance and strength reduction. The concrete performs best when the water cement ratio is 0.33 and water reducer ratio 0.4 percent. By adding metakaolin, silicon ash, phase dehydration of hydrated calcium silicate and NaOH into concrete separately, metakaolin and silicon ash behave better in improving concrete initial strength.(2) Partial PG reacts with GGBGS and alkaline activator to form ettringite, the rest PG is enclosed by the hydration products to act as filler. GGBGS is dissolved into pore solution by alkaline activation, which then reacted with gypsum to for hydration products etttingite and C-S-H gel. Ettringite and C-S-H gel mingle together to fill the porous space. A s a result, the microstructure of hardened paste becomes increasingly denser, the strength of concrete develops contimuously.Keywords: Phosphogypsum; low carbon concrete; compression strength; Water cement ratio1绪论1.1研究背景与意义在建筑领域中，水泥基材料是用量最大的人造材料，被广泛应用于工业、农业、国防、水利、交通、城市建设以及海洋开发等工程建设。

同时，水泥制品在代钢代木等方面也越来越显示出他在技术上和经济上的优越性因此它在今后数十年乃至上百年内仍将发挥重要的作用[1,2]随着国民经济的持续发展，大规模基础设施建设还将持续多年，对水泥的需求量仍然很大，2010年，我国水泥产量已经突破18亿吨，比2009年增长了13.8℅[3]但是，传统意义的水泥在其生产过程中不仅大量消耗石灰石、粘土、煤等不可再生资源，而且向环境排放数以亿吨计的CO2、SO2和NOX等废气以及粉尘，对环境造成严重的污染我国二氧化碳排放量在2009年达到了67.2亿吨，居世界首位水泥工业的碳排放量占人类活动碳排放量的5%～10%，在我国则能占到15%以上，水泥行业是二氧化碳排放的主要来源之一[3]而目前，国内外水泥工业已经越来越重视提高水泥质量、节能、环保、利废以及资源二次利用的开发与应用其中，用工业废渣生产生态水泥，减少水泥熟料用量和降低能耗，减少CO2排放量已经成为水泥工业中的一项重要措施这种利用各种废弃物，包括各种工业废料、废渣以及城市生活垃圾作为原燃料制造水泥是资源有效利用的重要环节之一同时也降低了废弃物的处理负荷，节省资源、能源，达到与环境共生的目标，这是21世纪水泥生产技术的发展方向[4]。

故未来水泥工业必须严格限制硅酸盐水泥熟料的掺量，少用或不用硅酸盐水泥熟料，来生产水硬性胶凝材料来替代普通水泥，积极研制和发展环保型胶凝材料，即绿色水泥[5]绿色水泥就是要大量利用工业废渣，变废为宝，充分发挥熟料和废渣的潜能，生产低熟料或者无熟料水泥磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，它的主要化学成分是CaSO4·2H2O，每生产1吨磷酸将产生5吨磷石膏，是化学工业中排放量最大的固体废弃物之一目前大部分磷石膏采用露天堆放和倾入大海两种方式处理全世界范围内，仅有15℅的磷石膏得到了循环利用，用于建筑材料、农业土壤改良、水泥生产的缓凝剂等领域，剩余的85℅作为固体废弃物堆放处理未经处理的磷石膏堆放不仅占用了大量的土地，而且对周边的生态环境如地下水、大气、土壤等造成严重污染以磷石膏为主要原料，通过与钢渣、矿渣和少量硅酸盐水泥熟料复合，可以制备具有较高强度的低碳水泥—磷石膏基水泥该水泥突破了以往石膏材料只能作为气硬性胶凝材料的限制而具有水硬性，不但大量消耗工业废渣磷石膏，而且具有较好的性能，这对于加快我国磷石膏的资源化利用和实现水泥的生态化生产具有十分重要的现实意义1.2国内外研究现状磷石膏是磷肥厂、合成洗衣粉厂等制造磷酸时产生的工业废渣，它是用磷灰石或含氟磷灰石Ca5F(PO4)3和硫酸反应而得到的产物之一，其反应式如下:。

湿法磷酸生产过程导致了放射性元素镭(Ra)、铀(U)、针(Th)的分离和富集，因此磷石膏的放射性问题一直以来备受人们关注磷石膏中的有害物质如果随磷石膏中水分沥出，或在雨水作用下溶出，都将造成周围环境的土壤和地下水的污染，最终造成生态危害[6]随着我国农业的快速发展和磷肥需求量持续增加，磷化工业也得到快速发展，磷肥产量由1980年至2006年几乎增。