1. 毕业设计(论文)主要内容:
我国是钢铁生产大国,2018年我国粗钢产量已经超9亿吨,产量位居世界第一。根据计算,我国每年产生矿渣大约2.8亿吨和钢渣大约1.2亿吨。而我国钢渣利用率较低,目前尚未利用的钢渣存放量高达10亿吨。国内对钢的需求量还将进一步增加,钢渣的排放量也将随之增加。钢渣的堆放会占用土地,而且钢渣中化学物质的挥发和渗透会污染周边的环境。合理利用钢渣不仅能变废为宝,同时可保护环境,因此钢渣的资源化利用具有重大社会和现实意义。
钢渣是炼钢厂在冶炼粗钢时排放的固体废弃物。在我国钢的冶炼方法分为转炉、电炉及平炉,钢渣也因冶炼方法的不同分为转炉、电炉及平炉钢渣,其中以转炉钢渣为主。钢渣的主要化学成分为: CaO 40% ~60%、MgO 3% ~ 10%、SiO2 4% ~ 12%、Fe2O3 2% ~8%、MnO 1% ~ 8%、Al2O3 2% ~ 8%、TiO2 1% ~ 4%、P2O5 1% ~ 3% 等。钢渣的主要矿物组成为: 硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO( 镁、铁、锰的氧化物,即FeO、MgO、MnO 形成的固熔体) 、游离石灰( f - CaO) 等。此外,有的钢渣中还会出现黄长石( 2CaO·Al2O3·SiO2) 以C2AS 表示; 尖晶石( Fe、Mg、Mn) O·( Fe、Cr、Al)2O3等。钢渣的密度为2.9~3.5g/cm3,吸水率为5%~9%。 钢渣抗压强度介于145~302MPa, 莫氏硬度为5~7。 由于钢渣铁质多、硬度大,较难磨碎,粉磨难度较大。 钢渣中含有与硅酸盐水泥相似的硅酸钙等矿物,具有一定的水硬性。 钢渣中含游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化镁(f-MgO)等成分,f-CaO、f-MgO在常温钢渣中是不稳定的,遇水体积会膨胀,当f-CaO、f-MgO消解完或含量很少时,才会稳定。钢渣稳定性根据国标《GB/T24175钢渣稳定性试验方法》进行试验。
钢渣矿渣水泥的发展基于碱矿渣水泥与钢渣石膏水泥两个方面。碱矿渣水泥是前苏联的乌克兰基辅建筑工程学院于1957年提出的,它用碱金属化合物与矿渣相混合而成。 前苏联于1960年开始了碱矿渣水泥及其混凝土的中间试验,并在1964年开始工业化生产,1977~1979年间实现了碱矿渣水泥生产及性能检验的标准化。研究表明:可溶性的碱金属化合物(苛性钠、非硅酸盐、硅酸盐和铝酸盐)以及不含钙的铝硅酸盐系统(特定的矿渣和火山灰、烧岩石、烧粘土)和钙胶凝系统(石灰、硅酸盐和铝硅酸盐水泥,高炉矿渣及高钙火山灰、钢渣)都可以形成水泥胶凝体系,它在水里、自然条件及蒸养、蒸压下都可以凝结与硬化。这样就扩大了碱矿渣水泥的原料范围,粉煤灰、炉渣、磷渣、钢渣等许多工业废渣都可以加以利用,即天然或人工的铝硅酸盐原料,在强碱作用下能水解成稳定水化物的,原则上都可以作为碱激发的原料。当碱、矿渣两组份配合时称为碱矿渣水泥,当碱与更多的原料配合时则称为碱激发多组份水泥。而上述的胶凝系统中因为都含有碱金属组份,因而可以统称为碱胶凝材料。钢渣石膏水泥则最早出现在我国,这种20世纪60年代出现的两组份水泥虽然有一定机械强度,但水化速度慢,早期强度低,凝结时间长,且钢渣中的游离氧化钙易导致水泥的安定性不良。70年代初期,在上述水泥中加入了矿渣,解决了安定性问题,并提高了后期强度,但早期强度低、凝结缓慢的问题仍未解决。70年代后期,又在钢渣、矿渣、石膏体系中加入了少量硅酸盐水泥熟料,提高了水泥的早期强度, 使得该水泥有了较大的发展。从80年代后期,研究人员结合碱胶凝材料的理论,在石膏、熟料两种激发剂的基础上,又引入了碱金属化物,即用硫酸钙、氢氧化钙、氢氧化钠 进行联合激发,取得了良好的结果,并降低了熟料用量。进入90年代,由于激发剂技术的发展,即使不用熟料,也能使钢渣矿渣水泥获得良好的性能,使这类水泥发展到了一个新阶段。也即碱胶凝材料的物理化学基础理论,赋予了钢渣矿渣水泥新的生命力。
2. 毕业设计(论文)主要任务及要求
1、查阅不少于15篇的参考文献,其中近5年英文文献不少于3篇,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响,完成开题报告;
2.掌握水泥细度、比表面积、水泥凝结时间、安定性、水泥强度等测定方法;
3.掌握水泥石的结构、微观形貌、物性的表征方法;
3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,熟悉实验室仪器及设备,确定技术路线及实验方案,完成开题报告。
第4-6周:按照实验方案,逐步完成原材料的选择与采购、助磨剂对水泥性能影响实验;并完成英文翻译。
第7-10周:了解XRD、SEM等测试技术对水泥石的物相、显微结构等性能影响。
4. 主要参考文献
[1] 宋子新, 钢渣与矿渣对水泥性能影响的对比研究, 《水泥技术》, 2013,1:35-37。
[2] 付诚,李伏琦,陈雪,钢渣矿渣水泥性能的研究,《全面腐蚀控制》,2012, 7: 22-27。
[3] Cetik I B,The effect of particle size distribution and surface area upon cement strength development, [J].Powder Techn, 2015, 188(3):272。
[4] Prince W,Espagne M,Aicin P C,Ettringite formation:a crucial step in cement superplasticizer compatibility,[J].Cement and Concrete Research,2017,(33):635—641。
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