不同铝校正料作用下低活性高硅尾矿基矿物聚合材料的热稳定性

为实现尾矿整体资源化利用和水泥工业节能减排的目的,将某低活性高硅尾矿作为硅铝原料(基质)进行活化预处理,再分别与四种不同的铝校正料复合以调整硅铝比例,制备矿物聚合材料,并将它们的热稳定性与普通硅酸盐水泥砂浆试样进行比较.结果表明:在1000℃下煅烧以偏高岭土为铝校正料制备的矿物聚合材料试样,或在800℃下煅烧以铝酸盐水泥为铝校正料制备的矿物聚合材料试样,在宏观上造成它们的抗压强度较未煅烧试样的抗压强度更高;在微观上通过TG-DSC、SEM和FTIR分析共同说明这两种煅烧后的矿物聚合材料试样的结构更加致密,且其中对强度起主要支撑作用的“-SiO4-AlO4-”三维网络结构未受到严重破坏,这造成它们的热稳定性优于普通硅酸盐水泥砂浆试样.本研究证实以所选取的尾矿为硅铝原料(基质)制备热稳定性优良的矿物聚合材料产品具备可行性.     

铝土矿选尾矿制备硅铝聚合材料的反应产物及抗化学侵蚀性能(英文)

以煅烧铝土矿选尾矿为硅铝质原料,以矿渣微粉为促硬剂,以水玻璃为激发剂,制备得到了硅铝聚合材料。运用X射线衍射、扫描电镜、热分析研究了硬化浆体的反应产物及其微观形貌、热性质。通过观察3%硫酸钠溶液、3%硫酸镁溶液、5%硫酸溶液、5%盐酸溶液对砂浆试样外观、质量、强度的影响,研究了其抗化学侵蚀性能,并比较了其与铝酸盐水泥、快硬早强硫铝酸盐水泥、中抗硫酸盐硅酸盐水泥及矿渣硅酸盐水泥的区别。结果表明:反应并不生成晶体物质,而是无定形态的铝硅酸盐;硬化体中呈现片层状显微形貌的物质能够吸附水分,从而在灼烧过程中表现为脱水吸热及质量损失;该片层状物质随着龄期的延长而变得愈发细小和复杂,进而在宏观上表现为强度增长及脱水温度升高;硅铝聚合砂浆分别经3%硫酸钠溶液、3%硫酸镁溶液浸泡28d后,与各水泥砂浆试样比较,其不仅外观完整,而且强度并没有下降,反而具有几乎相同的强度增长,即说明其具有更优异的抗硫酸侵蚀性能;硅铝聚合砂浆与各水泥砂浆经稀酸溶液浸泡28d后,前者不仅能保持原始外观,而且表现为更低的质量及强度损失。     

钨尾矿预处理制备矿物聚合材料

按照"摇床重选→机械球磨→碱熔融"的步骤对钨尾矿进行逐级预处理,将各级预处理所得的钨尾矿分别与铝校正料偏高岭土复合后在碱激发剂作用下制备矿物聚合材料.通过正交实验对原料配方进行优化,研究各因素对抗压强度指标的影响规律,探索制备矿物聚合材料的优化原料配方及主要影响因素,并借助XRD和ESEM-EDS对优选矿物聚合材料试样的微观结构进行表征.结果表明:随着对钨尾矿的逐级预处理,其反应活性逐级增加,经三级预处理之后所得钨尾矿制备的矿物聚合材料试样7d龄期最高抗压强度可达到48.45 MPa;对于以各级预处理所得钨尾矿制备的矿物聚合材料,正交设计中的因素对它们抗压强度指标的影响规律多数不一样,对抗压强度影响程度最大的因素也各不相同;ESEM分析表明优选试样内部形成了对其强度起支撑作用的致密结构,EDS分析表明所选区域凝胶相的Si/Al比例与实验设计的Si/Al比例不一致.     

抑制矿物聚合材料泛霜行为的试验研究

将某低活性高硅尾矿作为硅铝原料先进行活化预处理,再与铝校正料(铝酸钠)复合,制备矿物聚合材料;提出抑制矿物聚合材料泛霜行为的两种方式,并对抑制效果进行研究,通过SEM、FTIR和XRD对相关机理进行分析.结果表明:对试样在一定温度下进行煅烧预处理后可提高其结构致密化程度,降低试样结构中过剩Na+的迁移速率;对试样进行蒸压养护后可促进矿物聚合反应的进一步进行,形成的更为稳定的三维网络结构可对过剩Na+进行更好地束缚;利用这两种方式都能达到有效抑制矿物聚合材料试样泛霜行为的目的.     

矿物掺合料对水泥基材料抗硫酸镁侵蚀性能影响的研究

通过8个月的浸泡试验,系统研究了粉煤灰和煤矸石对水泥基材料抗硫酸镁侵蚀性的影响。结果表明,粉煤灰和煤矸石矿物掺合料对水泥基材料抗硫酸镁侵蚀性能的影响都存在着临界掺量。小于其临界掺量的掺合料对水泥基材料的抗硫酸镁侵蚀性能有改善作用,反之则有不利影响,且这种不利影响随掺合料掺量的增大呈二次多项式方程的方式加剧。     

矿物掺合料改善水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的微观分析

采用CT、X射线衍射、扫描电子显微镜等测试方法,通过对不掺矿物掺合料以及掺30%粉煤灰或50%矿渣的水泥净浆、水泥砂浆在室温下5%Na2SO4溶液中浸泡2a后的宏观破坏形态和浆体组分及浆体形貌的分析,从微观层次上研究了矿物掺合料对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀破坏的影响。结果表明：侵蚀后不掺矿物掺合料的试件由表及里呈现三层不同侵蚀状态,即表层石膏区、中层钙矾石区以及内层未侵蚀区。矿物掺合料的C3A含量稀释效应、火山灰反应以及微集料填充效应协同作用的结果使得试件的抗硫酸钠溶液侵蚀破坏性能显著提高。但矿渣中活性Al3＋含量较高,能与SO42–反应生成大量钙矾石晶体,掺量不当会对试件的抗硫酸钠侵蚀性能不利。砂集料有阻碍微裂纹发展及增大试样内部不均匀性的相反作用,集料的含量、颗粒尺寸及分布对水泥基材料的抗硫酸钠侵蚀破坏性能的影响是以后研究中需关注的问题。     

影响粉煤灰基矿物聚合材料性能的主要因素

以粉煤灰为主要原料,制备了性能良好的矿物聚合材料,可代替部分硅酸盐水泥制品.本文以制品的抗压强度为指标,系统地讨论了各种因素对制品性能的影响,结果表明:当粉煤灰掺量为85%,氢氧化钠用量占液相质量的40%,硅酸钠模数为3.5,固液质量比为2.0,养护温度为90℃(烘箱养护)时,制品的抗压强度最高.另外,对粉煤灰进行磨细加工有利于提高制品的性能,且随粉煤灰比表面积的增加,其抗压强度也在增加;而采用蒸养和水泥标准养护时,都具有一对应的最佳养护期.实验结果为进一步研究矿物聚合材料的反应机理奠定了良好的基础.     

粉煤灰基矿物聚合材料抗压强度与其物相关系研究

本文以粉煤灰、矿渣、铁尾矿为原料制备矿物聚合材料,以7d抗压强度为指标,对主要影响因素进行了四因素三水平正交试验,表明当粉煤灰/矿渣=80％/20％,尾矿掺量=20％,液固比=0.22,NaOH/水玻璃=60％/40％时,所得粉煤灰基矿物聚合材料制品7d抗压强度可达100.67 MPa,并以试验验证之.在此基础上,利用扫描电镜和X射线分析方法,对不同抗压强度的制品进行了微观结构和物相分析,结果表明,制品中非晶相的含量与粉煤灰基矿物聚合材料的抗压强度关系密切,随着制品中菲晶相物质含量增加,制品7d的抗压强度也在逐步增加.该研究为粉煤灰基矿物聚合材料的材料设计提供了基础数据.     

红柱石加入量对铝硅质低水泥浇注料性能的影响

为了提高铝硅质低水泥浇注料的高温使用性能,采用红柱石部分取代高铝矾土制备铝硅质浇注料。以特级高铝矾土、红柱石、SiO2微粉、α-Al2O3微粉和Secar 71水泥为主要原料制备了铝硅质低水泥浇注料,并研究了红柱石加入量(质量分数分别为0、10%、20%、30%、40%)对试样性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:随着红柱石加入量的增加,110℃24 h烘干后试样体积密度呈略减趋势,显气孔率和常温抗折强度变化不大;1 350℃3 h和1 500℃3 h处理后浇注料试样永久线变化率和显气孔率呈增大趋势,体积密度和常温抗折强度呈减小趋势;1 500℃3 h处理后浇注料试样的高温抗折强度和抗热震性呈先增大后减小趋势。综合各项性能认为,红柱石的加入质量分数以20%为最佳。     

铁尾矿粉水泥基材料的性能实验研究

为了研究掺入铁尾矿粉对水泥基材料性能的影响,研究了铁尾矿粉掺入量对其微观结构性能、水化机理以及水化作用后矿物成分变化的影响。综合水泥基材料的物理力学实验结果,得出在铁尾矿粉掺量为30%(质量分数)、比表面积为450 m²/kg时,水泥基材料各项性能达到最佳。在同一水化时间作用下,随着铁尾矿掺量的不断增大,水泥基材料的水化放热速率与放热量均减小,且水泥基材料孔隙率的变化规律呈现出先减小后增大的趋势。而水泥基材料的XRD谱图衍射峰变化规律基本相似;但是Ca(OH)₂的衍射峰强度值却不断减小;而二氧化硅衍射峰强度值的变化规律呈现出不断增大的趋势;硅酸二钙的衍射峰强度值和硅酸三钙的衍射峰强度值都呈现出减小的趋势。     

硅铝原料预处理对地聚合物早期水化反应行为的影响

采用低活性高硅尾矿预处理后作为硅铝原料(基质)与铝校正料偏高岭土复合,在碱硅酸盐溶液激发作用下制备地聚合物.通过ESEM和ATR-FTIR表征地聚合物净浆的早期水化反应机理,并对地聚合物砂浆试样后期的抗压强度及微观形貌进一步分析.结果表明:通过碱熔融与机械研磨复合的方式对尾矿进行预处理,可以有效促进地聚合物体系的早期水化反应进程,有利于铝硅酸盐凝胶相的形成,进而改善地聚合物后期的微结构及强度性能.本研究说明有可能通过改变硅铝原料性质的方式对地聚合物早期水化反应行为进行控制,从而调整地聚合物的后期性能(如强度性能、施工性能等),使其满足特定的工程应用需求.     

掺铝校正料制备高硅尾矿基地聚合物

将某低活性高硅尾矿经活化预处理后,分别掺入铝酸钠(SA)、偏高岭土(MK)、粉煤灰(FA)和铝酸盐水泥(AC)作为铝校正料,在碱激发剂作用下制备地聚合物;以试样的7d抗压强度为考察指标,通过正交实验对各种铝校正料对应的反应体系的原料配比进行优化;为进一步提升试样的强度性能,将在优选配比下所制备的试样进行蒸压养护;通过SEM和27Al MAS-NMR对试样的微观形貌和所含Al的空间配位状态进行表征.结果表明:未做蒸压养护时,掺MK作铝校正料所制备的优选试样的7d抗压强度最高(即为27.5 MPa),掺不同铝校正料所得优选试样对应的最佳因素水平组合各不相同,各因素对G-SA、G-MK、G-FA和G-AC体系中试样抗压强度指标的影响规律多数不一致;试样经蒸压养护后,其强度性能和微结构均有改善,且掺SA对应的优选试样的强度增长率最高;掺不同铝校正料形成的试样在微观形貌上存在差异,但都形成了稳定的具有地聚合物基本特征的三维空间网络结构.     

地聚物材料固化含砷废渣抗硫酸盐侵蚀性能研究

用磷渣-粉煤灰基地聚物材料对含砷废渣进行固化处理,研究含砷固化体的抗硫酸钠侵蚀性能,考察不同硫酸钠浓度、干湿循环次数等因素对固化体质量、抗压强度、砷毒性浸出特性的影响,并采用XRD和SEN分析硫酸钠侵蚀前后固化体的物相组成及形貌变化.结果表明:当干湿循环为1～4次时,材料强度可提高11％～21％;当干湿循环为5～8次时,固化体结构在干湿周期性作用下被破坏,逐步出现微孔、大孔,固化体的结构缺陷致使固化体抗压强度降低(5％～20％),砷浸出率增大,但其不超过0.3％,可见含砷地聚物材料固化体有较强的抗硫酸盐侵蚀性.     

地铁混凝土管片裂缝修补后抗侵蚀性能研究

通过模拟地铁隧道管片裂缝,研究了采用四种修补材料修复C50地铁混凝土管片裂缝后的抗侵蚀性能,研究结果表明:丙烯酸酯共聚乳液(ACE)修复后混凝土抗Cl-渗透性有所减小,其余三种修补材料修补后混凝土抗Cl-渗透性均有所提高,其中聚氨酯(LW)修补后提高幅度最大;四种修补材料修补后的混凝土抗硫酸盐侵蚀能力均有不同程度的减小,采用环氧树脂(ER)修补后混凝土抗压和抗折强度降幅最大,聚氨酯(LW)修补后抗折强度降幅最小,丙烯酸酯共聚乳液(ACE)修补后抗压强度降幅最小.     

硅铝质尾矿基地聚合物水泥粉料的制备及其砂浆强度性能

以富含Si、Al的尾矿作为硅铝原料(基质),以硅灰和钙质掺和料(矿渣和钢渣)作为辅助材料,在低温煅烧条件下制备地聚合物水泥粉料.以向粉料中"直接加水"形成的砂浆试样的7d抗压强度作为考察指标,通过正交实验得出最优的原料配方和烧制温度,并通过SEM、XRD、TG-DSC和FTIR对代表性试样的微观结构进行表征.结果表明:"钙质掺合料与尾矿的质量比例"这一因素对砂浆试样的抗压强度影响最大;以矿渣和钢渣为钙质掺合料在最优方案下制备的砂浆试样的7d抗压强度分别达到12.5 MPa和8.5 MPa,对它们进行蒸压养护可使其抗压强度有所提升;微观结构分析共同验证了由钙质掺合料生成的水化硅酸钙(CSH)未对地聚合物的主体凝胶相产生负面影响,反而有利于改善试样的微结构,提高试样的强度性能.     

石煤提钒尾渣制备地聚合物的试验研究

石煤提钒尾渣的主要化学成分为SiO2和Al2O3,主要矿物为石英、钙长石、钠长石、斜长石等硅酸盐、铝硅酸盐矿物,属于硅酸盐类尾矿.在研究石煤提钒尾渣的特性基础上,以石煤提钒尾渣为主要原料,偏高岭土为辅助原料,以NaOH为碱激发剂,制备了石煤提钒尾渣地聚合物.考察了硅铝基质原料的配比,碱激发剂掺量,成型水固比以及成型压力对材料抗压强度的影响.试验结果表明:最佳基质原料配比尾渣/偏高岭土为7∶3,碱激发剂最佳掺量为13％,成型水固比为0.16,成型压力为15 MPa时,试样28 d抗压强度可以达到17.4 MPa.XRD和SEM分析表明:石煤提钒尾渣地聚合物的主要产物为无定型硅铝凝胶,还有少量的类沸石矿物(CaAl2 Si2 O8·4H2O)以及钙沸石CaAl2Si3O10· 3H2O.     

粘土基地质聚合物多孔材料的制备及性能研究

本文以粘土和工业水玻璃为主要原料,采用高温发泡法制备了一种具有一定强度的轻质地聚物多孔材料.实验表明:该材料的体积密度在0.32～1.0 g/cm3之间,抗压强度在0.46～2.68 MPa之间;对不同条件下泡沫材料进行显微结构分析,可知其抗压强度、体积密度等性能与气孔率、气孔尺寸大小、均匀程度等有很大关系.