铜矿渣用作胶凝材料对碱激发矿渣砂浆性能的影响开题报告

1. 研究目的与意义

20世纪初，世界人口为15亿，到20世纪末已增长到了60亿，人口在20世纪的增长极为迅速。20世纪初，大约 1/10的人口居住在城市，而到了2001年约有1/3的人口都居住在城市及其周边。人口的大量增加和城市化建设导致了对建筑材料的需求大量增加。但由于企业对技术的态度大多短视，导致对技术的选择只关注狭窄的目标，造成了很大浪费。每年仅仅全球流通材料6% (大约5000亿吨)最终用于消费产品，而大部分的原始材料都以有害固体、液体或气体的形式反馈给环境，造成大量污染和浪费。过去一百年间，人为制造的温室气体在大气中的稳步攀升造成了全球气候变暖。当前世界，建筑材料要受生态因素的制约已成为人们的共识。新的发展观点认为，以自然界为中心的持续发展，环境不应作为发展的次要因素，而是一个包含、调配并维持整个经济发展的基础。
世界商业可持续发展理事会（World Business Council for Sustainable Development, WBCSD）报告称：“混凝土是世界上除了水以外最广泛应用的材料，每年每个人消耗的混凝土有近三吨。”在可持续发现已成为共识的今天，对混凝土这种使用最广泛建筑材料的深刻认识和研究，将更有利于对资源、环境的保护以及充分利用。
作为建筑领域最常用的建筑材料，水泥在生产、煅烧过程中会造成大量的能源消耗以及巨量的二氧化碳排放，据报道，波兰特水泥（Ordinary Portland Cement,OPC）的生产所产生的二氧化碳占全人类生产活动所产生的二氧化碳的7%～9%，同时占世界总能源消耗的3%,而随着近些年来水泥的细度逐步提高，因此产生的能源和经济消耗也逐步增多，在这种情况下，十分需要寻找一种能够替代水泥进行土木工程建设的胶凝材料。
碱激发胶凝材料提供了这种可能性。通过研究发现：碱激发胶凝材料不仅可以提供硅酸盐水泥具有的同等性能，而且有着更低的水化热、更高的力学性能、更好的耐久性；同时又有着碳排放低、凝结硬化快的优势。相关的研究调查表明：采用碱激发胶凝材料代替普通硅酸盐水泥来制备混凝土可以减少80%甚至更多的碳排放。
碱激发胶凝材料主要由工业废弃物如矿渣、粉煤灰、偏高岭土等组成，一般通过将这些工业固废单独或组合磨细后代替部分或全部水泥熟料，再加入氢氧化钠、固体硅酸钠或水玻璃等作为激发剂。当碱激发胶凝材料的研究对象主要是双组分碱激发材料时，是将氢氧化钠溶液或其他碱性溶液（如氢氧化钾、水玻璃等）与固体粉末混合搅拌。液体激发剂更加稳定，同时这种拌和方式可以使得液体激发剂与固体粉末拌合均匀。也有学者的研究方向为单组分碱激发材料，即将固体激发剂与前驱体粉末充分混合，拌和过程中只需加水，这种处理方式能够一定程度上改善操作环境的碱度。
铜矿渣作为工业废弃物的一种，是冶炼铜时的工业废渣，出炉后经水淬急冷，形成深黑色、致密、坚硬、耐磨的玻璃质颗粒。这种玻璃态结构使铜矿渣具有一定潜在的水化活性。铜矿渣粒径为2mm，松散容重为185 kg /L。由于其是在还原气氛下形成，因此含有大量的FeO，富含亚铁硅酸盐，属低碱度酸性矿渣。另外铜矿渣中还含有部分 CuO及微量的重金属Pb、Zn、Cr等[4]。这些铜矿渣如果长期弃置占用土地，会对水质和环境造成严重污染。
现今处理铜矿渣的普遍方法就是露天堆场，这不仅降低了空间利用率，长期经受日晒雨淋后，对环境也有一定的污染。上述可知，碱激发胶凝材料的主要原料是工业废弃物，所以可直接取用，不用再生产原料，也就不会产生额外的能源和经济消耗，若多加利用，可大大减少碳排放，同时缓解环境污染问题。换言之，碱激发工业废渣胶凝材料技术不但可充分利用工业废渣的剩余价值以减少对自然资源的消耗，而且成本较传统碱激发偏高岭土材料低，因此具有广阔的应用前景。

2. 研究内容和预期目标

1.1 铜矿渣对碱激发矿渣砂浆性能的影响

①通过文献阅读及预实验，设计了如下表所示的碱激发矿渣砂浆配合比，并利用铜矿渣等体积取代矿渣作为实验组，对其新拌性能进行研究。