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摘 要

磷酸镁水泥具有一系列传统的胶凝材料无法相比的性能，有着非常高的应用价值，但由于磷酸镁水泥成本过高，因而无法广泛使用。已知活化煤矸石可作为硅酸盐水泥的活性混合材料，从而达到节约成本、提高强度、提高耐久性等目的，但是活化煤矸石在磷酸盐水泥中的应用尚未有人研究，本课题的主要实验内容是研究不同掺量的煤矸石(CG)、煅烧煤矸石(ACG)对磷酸钾镁水泥凝结时间、强度的影响以及对煤矸石、煅烧煤矸石、磷酸钾镁水泥反应产物进行X射线衍射分析，同时对磷酸钾镁水泥进行BSEM和EDS分析。实验的主要研究方法有物理力学性能实验进行试件凝结时间和抗压强度测试，以及X射线衍射分析进行物质的物相分析、BSEM和EDS分析试件的微观形貌。

实验结果表明：①煅烧煤矸石的活性来源是因为含有SiO₂、Al₂O₃以及其它玻璃态结构物质组分。②掺入煤矸石能够延长磷酸钾镁水泥浆体的凝结时间，其中掺量相同时，煅烧煤矸石的延长效果优于煤矸石；掺入物质相同时，掺量越多，磷酸钾镁水泥的凝结时间就越长。③掺入煤矸石会影响到磷酸钾镁水泥的抗压强度，其中掺量相同时，煅烧煤矸石对提高强度的作用效果优势明显；掺入煤矸石时，总的来说15%的掺量最好；掺入煅烧煤矸石时，30%的掺量强度最高，28d可达63.7MPa。④掺入煤矸石会影响到磷酸钾镁水泥的水化硬化过程，但不会影响其水化产物的种类和结晶程度。

关键词：煅烧煤矸石 磷酸钾镁水泥(MKPC) 凝结时间 强度

Effect of admixture on setting time and strength of magnesium phosphate cement

Abstract

Compared with the traditional Portland cement, magnesium phosphate cement has a series  of excellent properties and has a very high application value, but because of the high cost of  magnesium phosphate cement, it can’t be widely used. Activated coal gangue can be used as  active mixed material of Portland cement, so as to save cost, increase strength and improve  durability. However, the application of activated coal gangue in magnesium phosphate cement  has not been studied, the main experimental contents of this paper are to study the effect of coal gangue and calcined coal gangue on the setting time and strength of magnesium phosphate  cement ,the XRD phase analysis of reaction products of coal gangue, calcined coal gangue  andmagnesium phosphate cement,and the BSEM and EDS analysis of magnesium phosphate cement. The main methods used in the experiment are the compressive strength,setting time test of specimens, and the qualitative analysis of phase by XRD, analysis of microstructure by BSEM and EDS .

The results of this paper are as follows: (1) The active source of calcined coal gangue is  because it contains SiO₂, Al₂O₃ and other glassy material. (2) The addition of coal gangue can  effectively delay the setting time of magnesia-phosphate cement slurry. When the dosage is the  same, it is found that the delayed effect of calcined coal gangue is better than that of coal gangue. When the content is the same, the amount of magnesium phosphate cement The longer the  setting time. (3) Incorporation of coal gangue will affect the compressive strength of magnesiumphosphate cement, when dosage is same, the calcined coal gangue to improve the strength is  better; when coal gangue is added, the total 15% is better, when calcined coal gangue added,  30% will have the highest strength, up to 63.7MPa. (4) Incorporation of coal gangue will affect  the hydration hardening process of magnesium phosphate cement, but will not affect the type of hydration products and crystallization.

Key Words: Calcined coal gangue; Magnesium phosphate cement; Setting time; Strength 

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 煤矸石的性质及其利用的现状 1

1.1.1 煤矸石的特性 1

1.1.2 煤矸石综合利用的情况 3

1.1.3 煤矸石对生态、环境的影响 3

1.2 煤矸石作为水泥混合材的应用研究 4

1.2.1 煤矸石的活性研究 4

1.2.2 煤矸石在其他方面的应用 5

1.2.3 煤矸石磷酸钾镁水泥的特性 5

1.3 本课题的立论依据及研究意义 7

1.3.1 课题的背景与立论的依据 7

1.3.2 课题的主要研究内容和目标 7

第二章 原材料及其实验器材、方法 8

2.1 原材料及其性质 8

2.1.1 磷酸钾镁水泥 8

2.1.2 煤矸石掺合料 10

2.1.3 其它辅助材料 11

2.2 实验器材 11

2.3 主要实验性能测试 12

2.3.1 物理力学性能实验 12

2.3.2 微观结构特性测试 12

2.4 实验路线及方法 12

2.4.1 煤矸石制样 12

2.4.2 制作磷酸钾镁水泥试件 13

2.4.3 磷酸钾镁水泥的物理力学性能测试 14

2.4.4 磷酸钾镁水泥的微观结构特性测试 14

第三章 结果与讨论 16

3.1 温度对煤矸石活化的影响 16

3.2 磷酸钾镁水泥的物理力学性能测试 18

3.2.1 煤矸石对磷酸钾镁水泥凝结时间的影响 18

3.2.2煤矸石对磷酸钾镁水泥抗压强度的影响 20

3.3 磷酸钾镁水泥的微观结构特性测试 22

3.3.1 磷酸钾镁水泥水化产物的XRD物相分析 22

3.3.2 磷酸钾镁水泥的BSEM形貌分析 25

第四章 结论 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

矿物掺合料应用在水泥、混凝土中，不仅可以循环利用工业废渣，还可以节约水泥熟料生产时消耗的能源和资源，降低对环境的污染，更重要的是矿物掺合料还可以在一定的程度上有效的改善混凝土的使用性能^[1]。目前矿物掺合料中应用得比较广泛的有硅灰、矿粉、粉煤灰，其中硅灰与其他掺合料相比，具有较高的活性，却因为产量低、价格高的缺点，无法大规模地使用^[2]。为落实国家经济可持续发展战略和环境保护的原则，目前急需一种替代品^[2]。煤矸石就是一种具有潜在活性但还未大量利用的辅助性胶凝材料，目前它在普通硅酸盐水泥中作为活性掺合料的研究较多，但在磷酸盐水泥中的应用还尚未有人进行研究，本课题就是从煤矸石的活化，并将其作为磷酸镁水泥的活性混合材的角度着手，研究煤矸石与煅烧煤矸石对于磷酸镁水泥净浆强度和凝结时间的影响。若可以大规模的利用工业废渣——煤矸石，对于国家环境的治理和可持续的发展有着深远的意义。现从以下几个角度来对煤矸石作一个简单的介绍。

1.1 煤矸石的性质及其利用的现状

煤矸石，是一种含碳量较低的坚硬岩石，呈黑灰色，如图1.1所示，目前我国排放量最大的工业废渣中就包括煤矸石。

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