水泥基材料礦相粉磨機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)與分形理論研究.pdf

1、水泥基材料以其優(yōu)良的工程性能和相對(duì)低廉的生產(chǎn)成本成為房屋建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可缺少的、最主要的建筑材料。但在水泥材料的生產(chǎn)與使用過(guò)程中卻存在著兩個(gè)不容忽視的問(wèn)題，即水泥熟料的生產(chǎn)對(duì)自然資源的嚴(yán)重消耗與溫室氣體排放和水泥基材料使用過(guò)程中的低水化率造成的資源浪費(fèi)。研究表明，在水泥基材料的磨制過(guò)程進(jìn)行細(xì)磨，不僅能夠提高熟料的有效利用率，更能加大對(duì)諸如粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業(yè)廢渣用作水泥混合材的摻入量。其實(shí)質(zhì)在于物料在細(xì)磨的過(guò)程中除發(fā)生顆粒細(xì)化

2、、比表面積增大外，還發(fā)生了晶格畸變、晶體缺陷、表層化學(xué)鍵斷裂、自由能增大、自由基生成甚至晶粒無(wú)定性化等機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，使細(xì)磨物料的反應(yīng)活性顯著提高。論文通過(guò)對(duì)硅酸鹽水泥熟料部分礦相粉磨過(guò)程中誘發(fā)機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的研究，較為系統(tǒng)地揭示了水泥基材料粉磨過(guò)程的破壞類(lèi)型、特征及粉磨條件對(duì)機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的影響，并運(yùn)用分形理論對(duì)水泥基材料的顆粒特征、機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)作用及其與水化性能的關(guān)系進(jìn)行了分析討論。 研究中，運(yùn)用激光粒度測(cè)量技術(shù)、X射線衍

3、射技術(shù)、掃描電鏡技術(shù)、熱導(dǎo)式微量熱技術(shù)和紅外光譜分析手段對(duì)β-C2S和C3S礦相等經(jīng)高能球磨粉磨后的顆粒特征、晶體微觀結(jié)構(gòu)與顆粒表層的化學(xué)鍵斷裂等變化規(guī)律及其對(duì)水化活性的影響進(jìn)行了研究，并對(duì)不同的粉磨條件對(duì)上述變化的影響進(jìn)行了對(duì)比研究與分析。 研究結(jié)果表明，硅酸鹽礦相在高能球磨粉磨過(guò)程中發(fā)生了脆性破壞和塑性變形二種不同的破壞形式，經(jīng)歷了(A)脆性破壞；(B)脆性破壞與塑性變形共同發(fā)生；(C)塑性變形破壞三個(gè)不同的破壞階段。脆性破

4、壞主要造成物料顆粒與晶粒的迅速細(xì)化和比表面積的快速增大，對(duì)物料產(chǎn)生機(jī)械活化作用；塑性變形破壞則側(cè)重于使物料發(fā)生晶格畸變、晶體缺陷增加，無(wú)定形化程度加劇的變化，對(duì)物料產(chǎn)生機(jī)械力化學(xué)活化作用。因而機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的顯著發(fā)生必須要使粉磨過(guò)程積累到一定的程度，即發(fā)生塑性變形。但過(guò)度的粉磨也會(huì)使機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)趨于飽和而于礦物粉磨活性的進(jìn)一步提高無(wú)益。 根據(jù)X射線衍射測(cè)試計(jì)算的晶粒尺寸D、顯微應(yīng)變?chǔ)藕陀行У掳?瓦洛參數(shù)Beff與礦物粉磨過(guò)程的

5、三個(gè)破壞階段具有良好的吻合性：脆性破壞階段，D值快速減小，ε與Beff緩慢增加；塑性變形破壞階段，ε與Beff迅速增加到接近最大值，D則少有變化；在二種破壞形式共同作甩階段，則D、ε和Beff均有可觀的變化。D值與ε和Beff間存在良好的逆變關(guān)系。由于D、ε和Beff較好地描述了物料顆粒在機(jī)械力作用下結(jié)晶狀態(tài)的變化情況，因而可將D、ε和Beff三個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)物料顆粒、尤其是晶粒在機(jī)械力作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的機(jī)械力化學(xué)作用結(jié)構(gòu)因子。

6、 機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)影響因素的研究表明，機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的發(fā)生與發(fā)展不僅與物料的物性，主要是內(nèi)聚力的強(qiáng)弱有關(guān)，更取決于粉磨條件。粉磨過(guò)程中，凡是能夠強(qiáng)化沖擊力和摩擦力(要注意兩者的匹配)的措施均有利于機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的強(qiáng)化，而液態(tài)粉磨環(huán)境或是助磨劑的使用，由于減弱了粉磨的摩擦力，雖有利于顆粒的細(xì)化、提高粉磨效率，卻不一定有利于機(jī)械力化學(xué)作用如晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生。 對(duì)粉磨試樣及各種水泥基材料的顆粒特征及性能進(jìn)行的分形理論研究表明，分形維數(shù)是