MgO低碳水泥的碳化性能分析和数学模型建立.pdf

1、粉煤灰综合利用F L Y A S HC o M P R E H E N S r v EU T I L I Z A T I O N2 0 1 5N O 1M g O 低碳水泥的碳化性能分析和数学模型建立A n a l y s i s 帆C a r b 蚰弼蛐P e r f o r m a 眦ea n dM a t h e m 娟c a lM 0 d e Io fM g oE c o c 哪e n t杨虞琨(同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海2 0 1 8 0 4)摘要：针对目前水泥行业的高碳排放，国外提出M 9 0 低碳水泥，它是由硅酸盐水泥、粉煤灰和活性M g o 组成。本文经碳化

2、实验表明，该水泥能够有效吸收c 0：，对于低碳减排具有很好的实用意义。且可利用粉煤灰，进一步提升了能源的有效利用。同时基于F i c k 第一扩散定律对该水泥的碳化能力进行数学建模，具有很强的理论指导意义。关键词：M 9 0 低碳水泥；碳化性能；数学模型中图分类号：T Q l 7 2 7 l+5文献标识码：A文章编号：l 0 0 5 8 2 4 9(2 0 1 5)0 l 一0 0 2 9 0 4水泥工业作为我国基础性原材料工业的支柱之一，在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位。然而，传统硅酸盐水泥工业中存在的“三高”现象高排放、高能耗、高污染，一直是水泥行业无法回避和亟待解决的问题。普通硅

3、酸盐水泥生产中排放的大量c O：，主要有两个来源：一是生产水泥的过程中需要高温加热，需要耗费大量能量，同时排放c 0：；二是石灰石等原料在分解过程中会进一步释放出大量c O：。每加工“水泥会产生o 8t 的c 0：。当它最终与水混合用于建筑时，每吨水泥能吸收o 4t 的c O：，因此每吨传统水泥的碳足迹为0 4t J。2 0 0 3 年，澳大利亚低碳技术公司宣布开发成功一种能够吸收c O：的低碳水泥。该产品由J o h nH a 蕊s o n开发研制”J，其主要成分为废料、粉煤灰、普通水泥和氧化镁。这种低碳水泥在技术上被认为是一项重大突破。目前国内M g O 主要是用于耐火材料及化工领域，开展

4、活性氧化镁替代c a O 体系直接制备低碳水泥的实验研究还比较少。国内关于活性氧化镁在水泥中的应用主要用于膨胀剂的研究，徐玲玲、邓敏等。1 等对氧化镁对水泥浆体干缩性能进行了研究，研究了水泥中氧化镁的膨胀机理。因此，对于研究M g O 低碳水泥收稿日期：2 0 1 4 一0 9 1 5吸收C O：的能力，具有很好的现实意义。1 试验原材料与试验方法1 1 原材料试验原材料选用小野田P 5 2 5 水泥；粉煤灰；国药集团轻质活性氧化镁；水为自来水。1 2 配合比设计为了充分全面的评价M 9 0 低碳水泥吸收c O：的能力，设计M g O、粉煤灰质量分数分别从o 3 0 之间变化，配合比见表1。表

5、lM 9 0 低碳水泥配合比设计2 9 2 0 1 5N o 1粉煤灰综合利用F L YA S HC O M P R E H E N S EU T I L I Z A T I O N1 3 试验方法(1)试样采用4 0 m m 4 0 m m 1 6 0 m m 的立方体棱柱，成型1 d 后拆模，然后在(2 0 2)，相对湿度为9 5 的条件下进行养护1 4 d，使得试样充分水化；然后在6 0 下烘4 8 h；经烘干处理后的试件，除留下一个侧面外，其余表面用加热的石蜡予以密封。在侧面上顺长度方向用铅笔以1 0 m m 间距画出平行线，以预定碳化深度的测量点。(2)碳化到了3、7、1 4 d 及

6、2 8 d 时，各取出试件，破型以测定其碳化深度。测试完毕，用石蜡将破型后试件的切断面封好，再放人箱内继续碳化，直到下一个试验期。(3)将切除所得的试件部份刮去断面上残存的粉末，随即喷上浓度为1 的酚酞酒精溶液(含2 0 的蒸馏水)。经3 0 s 后，按原先标划的每1 0 m m 一个测量点用碳化深度检测尺分别测出两侧面各点的碳化深度。试样各龄期碳化深度计算公式见式(1)：刁。=卫(1)d：其中：a，一试样碳化td 后的平均碳化深度，m m；d，一两个侧面上各测定的碳化深度，m m；凡一两个侧面上的测点总数。2 试验结果及分析M 9 0 低碳水泥各龄期的碳化深度测量值见表2表2M 9 0 低碳水泥各龄期碳化深度通过表2，可以得出：相比于普通硅酸盐水泥，M 9 0 低碳水泥吸收c 0：的能力有了显著的提高。其主要反应的过程为：3 0 M g(O H)2+H 2 0 一M g(0 H)2M g(0 H)2+H 2 C 0 3+H 2 0 M g C 0 3。3(H 2 0)而且由于粉煤灰的加入，增加了孔隙率，也有利于C O：的吸收。3 碳化深度理论模型3 1 基本假定(1)c 0：在试样中