1. 研究目的与意义
| ①课题研究背景及现状 以工业废弃物、农业废弃物和城市废弃物三大废弃物为主的固体废弃物中，工业废弃物的处理和处置难度最大，很容易对生态环境造成大的破坏，而对工业固体废弃物的简单堆置处理，不仅导致了环境的污染，而且造成了巨大的的资源浪费，尤其对于有害工业废渣，如果不能进行妥当处置，会造成严重的环境问题。钢渣作为主要的冶炼废渣之一，是在炼钢过程中排出的熔渣。我国钢铁产量的居高不下直接造成钢渣的年排放量达到上亿吨，而一直以来，由于钢渣的化学组成波动很大，其活性胶凝相普遍含量偏低并且水化活性差，水化后硬化体体系的安定性差，绝大部分钢渣均未能实现有效合理利用，大量钢渣的排放和累积堆存使得钢渣堆积现象十分严重，不仅对企业的生产和发展造成巨大压力，而且占用了有限的耕地资源，严重破坏了生态环境，埋下了很大的安全隐患。作为一种优异的再生资源，工业副产石膏的大量堆存不仅侵占了土地，而且浪费了“宝贵的”资源，大大限制了企业的发展。另一方面，虽然我国石膏矿产资源很丰富，储量居世界第一，但是天然石膏是不可再生资源，长期的大量开采将来必定会出现石膏资源的枯竭，而且天然石膏矿的开采严重破坏了生态环境，不符合我国的可持续发展战略。因此开发利用工业副产石膏作为可再生资源有着显著地环境效益、社会效益和经济效益，对于节约能源和资源、保护环境意义重大，是发展循环经济的有效途径之一。 ②课题研究目的及意义 石膏建筑材料最大的缺点是耐水性较差，而工业副产石膏在产生过程中往往带有杂质而影响石膏本身的凝结硬化及强度，在一定程度上限制了工业副产石膏的利用。因而克服强度不高、吸水率大、耐水性差等缺陷是拓宽石膏胶凝材料产品应用、扩大工业副产石膏利用量、提高工业副产石膏综合利用率急需解决的问题。 钢渣中的硅酸盐、铝酸盐及铁铝酸盐类主要活性矿物，其水化产物为强度高、耐水性好的凝胶类矿物。以钢渣和工业副产石膏制备复合胶凝材料，可以将钢渣后期水化强度高、耐水性好等优点与石膏凝结硬化快等特点相结合，解决钢渣早期水化反应慢与强度低、石膏耐水性差的问题。钢渣与工业副产石膏两者复合后具有互补性，对于解决钢渣和工业副产石膏的大宗利用、拓展钢渣在建筑材料领域的应用形式和利用量具有较大意义。 而由于脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料的主要原料是燃煤电厂和钢厂两大固体废物，添加的激发剂和外加剂都是价格低廉的常用工业原料，且该试验研究旨在尽量减低成本的情况下，以工业废渣为原材料生产一种新型胶凝材料，因此，为脱硫石膏和钢渣在更广范围内应用奠定理论基础。该胶凝材料同时利用了两种固体废物，达到了以废治废的目的，同时该胶凝材料生产成本低廉，对电厂、钢厂、社会都具有良好的经济和社会效益，集环境效益、经济效益、社会效益于一体；而且相关的研究工作目前进行的较少，因而本文研究有着非常重要的学术意义和实用价值。 |
2. 研究内容和预期目标
| 脱硫石膏基废渣复合胶凝材料的研究主要内容如下： 以脱硫石膏为基础，引入钢渣、矿渣、粉煤灰等工业废渣，制备脱硫石膏基废渣复合胶凝材料，继而采用化学外加剂、矿物掺合料等进一步提高改善该废渣胶凝材料的各项性能，为其作为胶凝材料替代或部分替代水泥用于建材行业中提供参考依据。 具体内容是： （1）分析原材料的基本物性，如原材料的比表面积、密度、含水率和矿物组成等。 （2）以脱硫石膏为基础，引入钢渣，设计脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料的基础配比，并探讨钢渣的掺量对体系的凝结时间、流动度和抗压强度的影响。 （3）在脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系的基础配比上，外掺化学外加剂（减水剂、缓凝剂、激发剂等），探讨其种类及其掺量对体系的凝结时间、流动度和抗压强度的影响。 （4）运用XRD、DTA等现代测试方法探讨脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系的形成机制及作用机理。
预期目标： 1）试验得出施工性、耐水性和抗压强度改善的脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料的配比。 2）脱硫石膏基废渣复合胶凝材料的28天强度能达到水泥抗压强度32.5MPa的性能标准，从而代替或部分替代水泥的使用量，达到工业废渣的重复利用性。
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3. 研究的方法与步骤
| 研究步骤以及方法： （1）原材料的基本物性分析：用X射线衍射(XRD)对原材料中的钢渣和脱硫石膏等进行物相分析，分析其矿物组成；用勃氏法测定钢渣和脱硫石膏的比表面积；用李氏瓶法测定钢渣和脱硫石膏的密度；根据《含水率测定烘箱干燥法》测定钢渣和脱硫石膏的含水率； （2）脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系中钢渣掺量的确定：试验中钢渣以体系掺量的85%、90%和95%代替相对应的脱硫石膏，通过对体系凝结时间、流动度和抗压强度的分析来确定钢渣最佳掺量，从而确定体系的基础配比； （3）缓凝剂的种类及其掺量在脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系中的确定：在脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系的基础配比上，外掺0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%的三聚磷酸钠、外掺0.25%、0.5%、0.75%、1%的硼砂，以及外掺0.01%、0.05%、0.1%的石膏类缓凝剂①和②，研究三聚磷酸钠、硼砂和石膏类缓凝剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料体系的凝结时间、流动度和抗压强度的影响，并分析其作用机理，从而选取适合体系用的缓凝剂及其掺量； （4）脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系中减水剂掺量的确定：在脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料的基础配比和体系中缓凝剂的种类及其掺量确定的情况下，内掺0.5%、1%、1.5%、2%的萘系减水剂，研究萘系减水剂对脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系的凝结时间、流动度和抗压强度的影响，并分析其作用机理，从而选取适合的掺量； （5）激发剂的种类及其掺量在脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系中的确定：在脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料的基础配比和体系中缓凝剂及减水剂种类和掺量确定的情况下，内掺1%、2%、3%的氢氧化钠、内掺3%、5%、7%的氢氧化钙、内掺3%、5%、7%磷酸氢二钾，研究不同类型的激发剂对脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料体系的凝结时间、流动度和抗压强度的影响，并分析其作用机理，从而选取适合体系用的激发剂的种类及其掺量； （6）脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料的基本性能测定： ①标准稠度用水量的测定：通过改变拌合水量，找出使拌制成的脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料净浆达到特定塑性状态所需要的水量。当一定质量的标准试杆在胶凝材料净浆中自由降落时，净浆的稠度越大，试杆下沉的深度越小。当试杆下沉深度达到距离底板6±1mm时，净浆的稠度即为标准稠度。 ②凝结时间的测定：a、初凝时间：自水泥加水拌制净浆时起至试针自由沉入净浆，距底板3～5mm时，此段时间为水泥的初凝；b、终凝时间：水泥净浆拌制从加水时起至试针沉入净浆中距表面0.5，即圆环形附件开始不在试体上留下痕迹时，此段时间为终凝时间。 ③安定性的测定：
安定性的测定有雷氏夹法(标准法)和试饼法(代用法)两种方法。无论采用何种方法测定胶凝材料安定性，其实质都是通过观察胶凝材料净浆试体沸煮后的外形变化来检验胶凝材料的体积安定性。本实验用雷氏夹法。 沸煮前，测量两个雷氏夹指针尖端间的距离A1、A2。沸煮结束，待冷却至室温，再测量雷氏夹指针尖端间的距离(C1,C2)，记录至小数点后一位。当同一胶凝材料的两个试件沸煮后所增加的距离（C-A）差值大于4.0mm时，应用同一样品立即重做一次试验，再如此，则认为该胶凝材料不合格。当两个试件沸煮后所增加的距离（C-A）的平均值不大于5.0mm时，即认为该胶凝材料安定性合格。 ④胶砂流动度的测定：胶砂流动度是胶凝材料胶砂可塑性的反映。胶凝材料胶砂流动度用跳桌法测定，胶砂流动度以胶砂在跳桌上按规定进行跳动试验后，底部扩散直径的毫米数表示。扩散直径越大，表示胶砂流动性越好。胶砂达到规定流动度所需的水量较大时，则认为该胶凝材料需水性较大；反之，需水性较小。 ⑤软化系数的测定：将养护至28天的试件在（20±3）°C水中浸泡24h，擦干表面水分，测饱水后的抗压强度，其与自然养护至同龄期的胶凝试块强度之比即为软化系数。
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4. 参考文献
| [1]朱江.钢渣/工业副产石膏复合胶凝材料制备与性能研究[D].济南大学,2014. [2]李琳琳，苏兴文，李晓阳，等.鞍钢钢渣矿渣制备人工鱼礁混凝土复合胶凝材料[J].硅酸盐通报,2012,31(2):117-122. [3]施惠生，郭晓潞，张迪.钢渣-粉煤灰复合胶凝材料的试验研究[J].水泥,2010,(12):1~4. [4]范立瑛，王志.高岭土对脱硫石膏-钢渣复合材料性能的影响[J].硅酸盐通报,2010,29(4):784-788. [5]李东，李鹏鹏，田万溪，等.基于工业废渣再生微粉新型无熟料胶凝材料的试验研究[J].混凝土与水泥制品,2015,(10):94-98. [6]赵前，方周.钢渣激发脱硫石膏水硬性胶凝材料的研究[J].材料导报,2015,29(4):130-133. [7]祝丽萍，倪文，高术杰，等.赤泥-矿渣-脱硫石膏-少熟料胶结剂的适应性及早期水化[J].工程科学学报,2015,37(4):414-421. [8]谭平.脱硫石膏配制胶结材和混凝土的研究.北京化工大学,2008. [9]穆琰.脱硫石膏基胶凝材料的研究.河北科技大学,2013 [10]范立瑛.脱硫石膏基钢渣胶凝材料的研制,济南大学,2010 [11]姚源.脱硫石膏-粉煤灰胶凝体系性能研究,西安建筑科技大学,2014 [12]黄洪财.矿物掺合料与化学外加剂对建筑石膏的改性研究,武汉理工大学,2008 [13]张雷.脱硫石膏钢渣胶凝材料及其新型砌块的制备,济南大学,2012 [14]范立瑛，王志.缓凝剂对脱硫石膏钢渣复合胶凝材料性能的影响,济南大学,2010
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5. 计划与进度安排
| 第一阶段（第1~3周）：2月22日~3月13日 第1~2周：文献检索，试验方案的确定及撰写； 第3周：开题报告相关材料的准备及其基本物性分析； 第二阶段（第4~9周）：3月14日~4月24日 第4周：开题报告及PPT材料的准备，钢渣、矿粉、粉煤灰等材料的烘干； 第5周：开题答辩，确定脱硫石膏基钢渣胶凝材料中的膏渣比，掺加适量的缓凝剂（三聚磷酸钠、硼砂、石膏类缓凝剂），制备脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料，从而确定缓凝剂的种类和掺量； 第6周：掺加适量的减水剂（萘系减水剂），制备脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料，从而确定减水剂的掺量； 第7周：掺加适量的激发剂（氢氧化钠、氢氧化钙、磷酸氢二钾），制备脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料，并确定激发剂的种类及其掺量； 第8周：确定所选用外文文献并开始翻译； 第9周：强度试验试件的数据整理； 第三阶段（第10~13周）：4月25日~5月22日 第10周：提交外文文献翻译； 第11~13周：强度试验试件的数据整理； 第四阶段（第14~15周）：5月23日~6月5日 整理数据，撰写论文，论文初稿的确定； 第五阶段（第16周）：6月6日~6月12日 论文答辩相关材料的准备； 第六阶段（第17周）：6月13日~6月19日 论文答辩。
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