碱激发黄金尾矿制备胶凝材料的试验研究

基于黄金尾矿资源化利用这一目标，开展了以碱熔后的黄金尾矿和高炉矿渣为原材料制备胶凝材料的试验研究。研究了高炉矿渣掺量对所制备胶凝材料凝固时间、抗压强度、物相组成及水化产物的影响。结果表明：添加高炉矿渣可以显著缩短材料的凝固时间，增加其抗压强度，并且添加30%高炉矿渣时效果最优，28 d抗压强度可达到14.05 MPa。掺入高炉矿渣后，碱激发胶凝材料的水化产物以水化硅酸钙(CSH)和水化硅铝酸钠(NASH)为主。     

钒钛磁铁矿尾矿对蒸压加气混凝土砌块的影响

以承德地区的钒钛磁铁矿选铁尾矿为主要原料制备了加气混凝土砌块,研究了尾矿细度及添加量对制品干密度与抗压强度的影响,采用XRD和SEM分析了尾矿添加量调控样品相组成与显微结构的机理,检测了制品的吸水率与耐水性等相关性能。结果表明:尾矿经球磨20 min后,-0.074μm颗粒含量增至90.23%。提高尾矿细度增大了样品的致密度,引入尾矿使样品的干密度与抗压强度先增大后减小。采用尾矿(球磨20 min)∶水泥∶石灰∶石膏=60∶20∶15∶5的工艺条件,制备出加气混凝土砌块的抗压强度大于4.0 MPa,干密度小于595 kg·m~(-3),综合性能满足GB11968—2006标准中A4.5等级的要求。XRD与SEM分析表明,添加40%～60%尾矿有利于生成C-S-H凝胶与托贝莫来石。两者相互胶结,使制品具有较高的强度,较优的吸水率及耐水性。     

铁尾矿对混凝土性能的影响

为实现铁尾矿的无害化大宗利用,研究了鞍山地区铁尾矿的组成、结构和性能,探讨了用铁尾矿替代河砂配制混凝土对其性能的影响.结果表明:通过掺入粉煤灰、矿渣粉、硅灰等活性矿物掺合料和高效减水剂,可以弥补铁尾矿细度模数小的缺陷,生产出符合工程需要的混凝土.     

含铬钢渣制备水泥混合材的试验研究

采用钢渣处理含Cr~(3+)废水,将吸附Cr~(3+)后的钢渣用作水泥混合材,探讨了钢渣吸附Cr~(3+)的效果,研究了含铬钢渣对水泥砂浆凝结时间、流动度、制品强度及水化性能的影响,分析了水泥固化Cr~(3+)的机理。结果表明,钢渣能有效处理含铬废水,当废水的Cr~(3+)浓度与pH值分别为40 mg/L与6,液固比为10∶1时,该钢渣的Cr~(3+)吸附量与吸附率分别达5.93 mg/g与85.63%。引入含铬钢渣可提高水泥砂浆流动性能,但不利于改善制品的抗压强度。掺入32%的含铬钢渣可得到初凝时间、终凝时间及流动度分别为176、286 min与193.2%的水泥砂浆。养护7 d与28 d后,水泥制品的抗压强度达到了42.5R等级。XRD与SEM分析表明,钢渣水化活性低,提高钢渣的添加量不利于生成托勃莫来石、C-S-H及C-A-S-H等水化产物。Cr~(3+)未与原料中的组分发生反应,它被无定型态的凝胶产物物理包裹是抑制其浸出活性的主要原因,在酸性环境下,样品的Cr~(3+)浸出浓度均满足GB5085.3—2007标准。该研究为高效利用含铬钢渣提供了新的思路。     

利用攀枝花提钒尾渣制备蒸压砖试验研究

以攀枝花地区的提钒尾渣、石灰与黄沙为原料,采用压制成型—蒸压养护法制备了蒸压砖,研究了升降压速度、蒸气压力与养护时间对样品抗压强度的影响,分析了样品的组成与显微结构,检测了样品的综合性能及放射性指数。结果表明:提高升压速度与蒸汽压力使样品的抗压强度先增大后减小,适当降低降压速度和延长养护时间可改善样品的抗压强度。当提钒尾渣、石灰与黄沙的质量分数分别为60%、23%与17%,升降压速度为0.7 MPa/h,蒸汽压力为2 MPa,养护时间为7 h时,制品的强度及放射性指数可满足相关的行业标准。XRD和SEM分析结果表明:经过蒸压养护后,制品中形成了针棒状的托贝莫来石,板片状的硬钙硅石与无定型水化硅酸钙等物相,上述水化产物与粗粒骨料相互交织,形成致密的结构,使制品具有较高的抗压强度数。     

铁尾矿粉制备高延性纤维增强水泥基复合材料

探索采用铁尾矿粉取代粉煤灰作为矿物掺合料制备高延性纤维增强水泥基复合材料（ECC）的可行性,重点研究铁尾矿粉掺量对ECC的拉伸特性和抗压强度的影响,并比较所研发的新型铁尾矿粉ECC与传统粉煤灰ECC的宏观力学性能.研究发现,采用铁尾矿粉作为矿物掺合料制备高延性纤维增强水泥基复合材料是可行的.在同等矿物掺合料掺量下,铁尾矿粉ECC的强度性能低于粉煤灰ECC,但表现出更强的拉伸延性.在所研制的铁尾矿粉ECC中,当铁尾矿粉与水泥质量比为1.2-2.2时,ECC的28 d抗压强度为36.7-54.2 MPa,满足一般混凝土结构对抗压强度的要求.此时,ECC的28 d极限拉伸应变为3.4%-4.3%,铁尾矿的总用量占固体基体原材料总质量的66.6%-77.0%.      

掺入矿渣粉的混凝土抗硫酸盐侵蚀的研究

通过包钢厂区蓄水池的掺入矿渣粉的混凝土的研究,来表述混凝土中掺入矿渣粉效应。通过矿渣粉在砼中替代水泥质量的不百分比,砼在不同的矿渣粉掺量下的流动度、强度和抵抗硫酸盐侵蚀的能力,来评价矿渣粉在混凝土中的作用：掺入一定量的矿渣粉的混凝土,其工作性能和力学性能远远高于未掺矿渣粉的混凝土,并且在试验中找到了蓄水池混凝土中矿渣粉的最佳掺量,不仅降低了成本,而且还保证了混凝土的实用性。     

硫酸盐侵蚀作用下纤维锂渣混凝土裂缝的分形特征

为探究新型混凝土受硫酸盐侵蚀后的力学性能,采用质量分数为5%的硫酸盐溶液全浸泡加速侵蚀法,对11组聚丙烯纤维混凝土（PC）试块、11组聚丙烯纤维锂渣混凝土（PLiC）试块、8根PC大偏心受压柱和8根PLiC大偏心受压柱进行侵蚀试验,得到了不同侵蚀时间下混凝土的力学性能。基于分形理论分析了试块及构件破坏时表面裂缝分布的分形特征,详细讨论了试块及构件表面裂缝分形维数与其侵蚀时间、抗压强度、极限承载力之间的关系。研究表明,PC和PLiC立方体抗压强度随侵蚀天数先增加后降低,在120 d达到最大;试块及构件破坏时表面裂缝分布具有分形特征,试块表面裂缝分形维数随侵蚀天数的增加呈现先增加后减少再增加的规律,随试块抗压强度的提高而减少;PC及PLiC混凝土大偏心柱极限承载力随侵蚀天数的增加先增加后减少,锂渣的掺入可以提高聚丙烯纤维混凝土柱的抗硫酸盐侵蚀能力,构件破坏时表面裂缝分形维数随硫酸盐侵蚀天数呈现震荡上升的趋势;因此混凝土表面裂缝的分形特征可作为判定构件损伤程度的指标之一,可为今后对在役混凝土结构承载力和寿命预测提供参考。      

采用机械活化工艺制备建筑用地聚合物的试验研究

利用钒钛磁铁矿尾矿制备地聚合物,既减轻了尾矿的污染,又实现了尾矿的高效利用。以承德某钒钛磁铁矿尾矿为主要原料,采用机械活化工艺制备地聚合物,探讨活化时间对尾矿的粒度、结构与地聚合物制品抗压强度的影响。结果表明:延长活化时间减小了尾矿粒度,破坏了矿物的晶体结构,从而增大了尾矿中活性硅与活性铝的浸出浓度,赋予地聚合物较高的抗压强度。当尾矿活化3.0 h后,采用尾矿与高岭土的质量比为6:4,Ca(OH)2和Na2SiO3的掺量均为10%、胶砂比为1∶1.5、液固比为0.20的工艺条件,可制备出28 d抗压强度高达50 MPa的地聚合物。样品的重金属离子浸出浓度符合国家标准。无定型的铝硅酸盐凝胶相及少量的沸石结合紧密,赋予制品较高的强度。     

含铁尾矿砂混凝土抗碳化性能试验研究

研究了碳化环境下含铁尾砂混凝土的抗碳化性能及抗压强度变化规律。通过设计正交试验对水胶比、铁尾矿砂掺量以及胶凝材料用量三个因素进行分析讨论。结果表明:水胶比和铁尾矿砂掺量是影响含铁尾砂混凝土抗碳化性能最主要的因素。铁尾矿砂掺量越大,混凝土越容易碳化,而水胶比为0.4的混凝土抗碳化性能最佳。微结构表明,随着水化过程的进行,水化产物钙矾石和水化硅酸钙凝胶交织生长并形成致密的结构,碳化后钙矾石分解成方解石,导致结构致密性显著降低。     

钒钛铁尾矿复合胶凝材料的制备及性能

为促进钒钛铁尾矿高质量、规模化地有效利用,以钒钛铁尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,采用粒度分析、力学性能测试、X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)测试等手段,研究了钒钛铁尾矿粉磨特性、掺量对复合胶凝材料性能影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：粉磨30 min的钒钛铁尾矿比表面积达到400 m²/kg,其28 d活性指数接近70%;当钒钛铁尾矿掺量为27%,胶砂比为1∶3,水胶比为0.4时,所制备的复合胶凝材料3 d和28 d抗压强度分别为14.9 MPa和32.6 MPa,标准稠度为32.6%,凝结时间为125 min(初凝)和396 min(终凝),复合胶凝材料净浆试样14 d的收缩值较同龄期P·O 42.5水泥净浆试样收缩值低51.8%;在标准养护条件下,复合胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂和钙矾石(AFt),钒钛铁尾矿水化反应后残余矿物相石英和透辉石颗粒与水化产物的凝聚效应为复合胶凝材料的强度提供了保障,透辉石水化生成Mg(OH)₂对胶凝体系早期自...     

半干法烧结烟气脱硫副产物用于矿渣微粉的试验研究

对半干法烧结烟气脱硫副产物的理化性能进行了分析,研究了不同掺入比例脱硫副产物矿渣微粉及其用于配置C30混凝土的性能。结果表明:脱硫副产物掺入比例不超过3%,矿渣微粉性能除7d活性略低,其他均满足国家标准要求;掺入比例为2%,矿渣微粉掺入比例25%时配置C30混凝土性能最优;通过机理分析,掺入2%脱硫副产物的矿渣微粉,其水化产物与水泥水化产物相近,为钙矾石和CSH凝胶。     

钛矿渣-磷石膏复合制备超硫酸盐水泥试验研究

采用磷石膏、钛矿渣、熟料和硅酸钠配制了10组超硫酸盐水泥，对基体的抗压强度、水化放热、水化产物进行了研究，并对纤维增强后的抗折强度、拉伸强度和抗冲击强度进行测试。结果表明，熟料和钛矿渣均能有效提升超硫酸盐水泥的抗压强度，并能促进水化放热和二次水化反应。较优的水泥配比为磷石膏∶钛矿渣∶熟料∶硅酸钠=25∶60∶13∶2，此时抗压强度达到42.1 MPa。玄武岩纤维可显著提高超硫酸盐水泥的抗折强度和抗冲击强度，表现为：当掺入0.3%6 mm纤维时，试件的抗折强度提升了27.0%；掺入0.6%的12 mm纤维时，抗冲击强度提高了120.3%。拉伸试验结果表明，玄武岩纤维对提升水泥的极限拉伸强度不利，但能提高水泥的拉伸应变能力。     

有机硅憎水剂和硅烷浸渍剂对透水混凝土性能的复合影响

为研究憎水剂与浸渍剂对透水混凝土性能的复合影响,向透水混凝土中掺入不同量（0、0.1%、0.3%、0.6%、1.0%,有效成分与水泥的质量比）的憎水剂,再用硅烷浸渍剂进一步处理,研究憎水剂和硅烷浸渍剂对透水混凝土抗压强度、透水性能、吸水率的影响。结果表明,憎水剂可延缓水泥的水化反应,降低透水混凝土的抗压强度;经硅烷浸渍剂处理后,透水混凝土的抗压强度进一步降低,有效孔隙率提高;硅烷浸渍剂和憎水剂可显著提高透水混凝土的透水系数;憎水剂在透水混凝土孔隙壁形成膜结构,可显著降低透水混凝土的吸水率,与未添加憎水剂和硅烷浸渍剂相比,透水混凝土的吸水率最大可降低50%。综合评价透水混凝土各项指标,憎水剂和浸渍剂不宜同时使用。     

矿渣-硅灰协同强化钢渣水化反应机理

 强化钢渣水化过程、激发钢渣胶凝活性对提高钢渣资源利用率具有重要意义。选取矿渣、硅灰作为复合激发剂,采用正交试验设计方法,研究钢渣粒度、矿渣与硅灰添加量对钢渣胶凝活性的影响,并针对钢渣胶凝试块3 d、28 d水化产物进行表征分析以揭示矿渣、硅灰协同强化钢渣水化的机理。正交试验结果表明,硅灰由于其高反应活性能够有效促进钢渣3 d龄期的水化,而矿渣中玻璃相的潜在活性使其对钢渣28 d龄期的水化影响更加显著,当硅灰添加量为2%、矿渣添加量为15%时,钢渣的3 d、28 d胶凝活性分别提高18.34%、28.26%;XRD、TG-DTA和SEM分析结果表明,硅灰的晶种效应、火山灰效应和微集料填充效应与矿渣中活性相对较高的铝氧四面体在钢渣高碱性的液相体系中能够协同强化水化反应,使复合胶凝体系中生成更多的C-S-H凝胶和AFt晶体,C-S-H凝胶紧密包裹AFt晶体,两者交错生长形成复杂密实的网络结构,从而提高胶凝材料的力学性能,达到激发钢渣胶凝活性的目的。将钢渣、矿渣、硅灰复合掺合料应用到混凝土中,结果表明,当复合掺合料替代水泥20%时混凝土力学性能和抗碳化性能均得到最大限度提升,其中3 d、28 d力学性能相比纯水泥混凝土分别提高31.53%、25.88%,3 d、28 d抗碳化性能相比纯水泥混凝土分别提高18.75%、24.11%。     

含钢渣的低熟料混凝土耐久性及水化机理研究

研究了不同钢渣掺量对C40低熟料胶凝材料混凝土的碳化、电通量、抗冻等耐久性的影响,结果表明,钢渣掺量为15%时,混凝土碳化深度最小,抗碳化等级为T-Ⅳ;抗氯离子渗透和抗冻性能在钢渣掺量为10%时最佳,分别达到Q-Ⅴ和F275等级。采用XRD、IR和SEM等手段分析了10%钢渣掺量的低熟料胶凝材料水化机理,结果表明,胶凝体系主要水化产物是水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt);水泥熟料和钢渣先后水化,产生的OH-维持体系的碱性环境,使矿渣中的硅(铝)氧四面体逐渐解离,在SO2-₄的共同作用下形成C-S-H凝胶和AFt;矿渣和钢渣的水化相互促进,使胶凝体系在后期仍然产生大量水化产物,为混凝土后期强度和密实度的提高起到了重要作用。     

改性电解锰渣-矿粉复合胶材料的制备及水化机理

电解锰渣(EMR)是金属锰湿法冶炼过程中产生的一种固体废物,其堆积量大,对环境造成了严重的污染。但电解锰渣中富含硫酸盐,依据其特性,可与矿粉(GGBFS)复合制备胶凝材料。以矿粉为主要原料,电解锰渣为矿粉的硫酸盐激发剂,熟石灰为碱激发剂,制备电解锰渣-矿粉复合胶凝材料。探究电解锰渣、矿粉和熟石灰的最佳配比,并在此基础上对电解锰渣在不同温度下煅烧改性,通过力学测试确定最佳煅烧温度。利用XRD、FT-IR、TG-DTG和SEM等表征方式分析胶凝材料的水化产物及水化机理,同时对硬化体进行毒性测试。结果表明：电解锰渣对矿粉有良好的激发作用,复合胶凝材料中电解锰渣、矿粉、熟石灰最佳质量配比为2∶7∶1,其28 d的抗压强度达到27.2 MPa,电解锰渣经350℃煅烧所制备的复合胶凝材料抗压强度达到30.5 MPa。复合胶凝材料的水化产物主要为钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H);28 d硬化体浸出液中的重金属浓度均在《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)标准限值内,复合胶凝材料具有良好的安全性。     

铅锌尾矿对水泥性能及矿物组成的影响

研究以铅锌尾矿为水泥原料,设计不同尾矿掺量的配方分别在1350℃下煅烧制备硅酸盐水泥熟料.采用甘油酒精法分析生料的易烧性,根据《水泥胶砂强度检测方法（ISO法）》测量水泥各龄期的抗压、抗折强度,用XRD研究了熟料的矿物组成,用SEM分析了矿物的晶体形貌.试验结果表明：当铅锌尾矿掺量为12.25%时,熟料中f-CaO含量最低,为0.07%.当铅锌尾矿掺量为12.25%-16%时,水泥各龄期强度均超过GB175-2007中规定的42.5标准水泥,其中铅锌尾矿掺量为12.25%时,3 d、28 d抗压强度分别为21.8 MPa、51.3 MPa.掺入铅锌尾矿后,熟料主要矿物为C3S,矿物形成良好.     

GO改性珊瑚砂水泥结石体氯离子阻滞机理研究

珊瑚砂地基远离大陆,在海洋环境下通过注浆或搅拌桩等工艺注入极少掺量氧化石墨烯（GO）的水泥浆液改善珊瑚砂地基,可以大幅提升珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透性能。本文通过快速氯离子迁移试验（RCM方法）、扫描电镜（SEM）实验和Image-Pro Plus图像处理等,在对比分析河砂与珊瑚砂颗粒形态差异以及掺入GO前后微观结构变化规律的基础上,揭示了GO改性珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透的作用机理。试验结果表明:颗粒棱角度高、形状不规则、多孔且含有内孔隙等原因是相同工艺条件下珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透性远低于河砂水泥结石体的主要原因;当掺入质量分数0.02%的GO后,28 d和56 d的珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透性能指标提升程度最高（39.43%与48.93%）,并与相同工艺条件下无添加GO的普通河砂水泥结石体指标相近;珊瑚砂水泥结石体阻滞氯离子渗透性能提升程度与GO掺量有关,两者先呈正相关而后呈负相关,0.02%质量分数为本文最佳试验掺入量;调控水泥水化产物生成规整有序的水化晶体形状,改善界面过渡区的形貌,填充内部裂纹的空间,修复孔隙的形貌特征是掺入GO影响珊瑚砂水泥结石体抗氯离子渗透性的主要原因。      

早龄期冻结土压力与负温耦合作用的井壁混凝土性能

研究了早龄期冻结压力等荷载、负温及早龄期荷载和负温耦合作用对冻结竖井井壁C60混凝土抗压强度、氯离子扩散系数和声发射特征的影响,并通过扫描电镜分析其内部微裂缝.结果表明:早龄期荷载加载时间越早对混凝土28d抗压强度的影响越大,当外部荷载作用时间在3d以后且荷载水平在混凝土当天强度40%以内时,混凝土28d强度几乎不受影响;冻结井井帮负温环境会延缓井壁混凝土早期水化,防冻剂的加入利于加快混凝土水化和强度的发展;在早龄期荷载及负温耦合作用下,混凝土28d抗压强度降低明显,氯离子扩散系数大大增加,混凝土的渗透性由"中"变为"高",内部产生了缺陷和微裂缝导致声发射"活跃阶段"提前,且混凝土呈现明显的塑性变形.