添加不同温度煅烧煤矸石水泥的早期水化及浆体的显微结构

用X射线衍射仪,热重-差热仪,扫锚电镜。压汞法测定孔隙率和Ca(OH)2生成量分析等。研究分别掺加500～1100℃7个温度点煅烧煤矸石水泥的早期水化过程及其浆体的显微结构。结果表明：在7种试样中,掺700℃煅烧煤矸石水泥的早期水化最快。力学强度高,凝胶孔多,总孔隙率低,其早期水化产物为C-S-H凝胶、Ca(OH)2和钙矾石,在1～28d的水化试样中均存在钙矾石。研究表明：煅烧煤矸石能促进水泥熟料的水化。该促进作用随煤矸石的煅烧温度而异,以700℃煅烧煤矸石的促进作用为最好。     

煤矸石对硅酸盐水泥水化历程的影响

从强度、反应程度、孔溶液碱度和SEM等方面,研究了煤矸石作为水泥辅助胶凝材料的水化情况,并与Ⅱ级粉煤灰进行比较。试验结果表明:煤矸石发生火山灰反应时间比粉煤灰早,且发生火山灰反应所需的碱度值比粉煤灰低;掺煤矸石水泥水化样的早期抗压强度比粉煤灰水泥水化样低,但7d到28d强度增长速率明显大于相同掺量的粉煤灰水泥,相同28d抗压强度的条件下,煤矸石掺量比粉煤灰的掺量高10%。     

活化煤矸石水泥水化机理与性能研究

近些年来,水泥的低碳化成为国内外的研究热点,利用活性矿物掺和料取代水泥是一种有效降低CO₂排放量的方法。为验证活化煤矸石作为水泥矿物掺和料的可行性,研究了活化煤矸石对水泥流变性能、力学性能、水化产物及水化程度的影响,揭示了水胶比、龄期及活化煤矸石掺量等对水泥胶砂试件抗压和抗折强度的影响,并利用XRD、SEM和TG/DTG等表征活化煤矸石对水泥水化产物和微观结构的影响。结果表明,活化煤矸石水泥的流变性能对水胶比的变化更加敏感。将活化煤矸石掺入水泥中,能够有效降低水泥早期的水化速率。活化煤矸石含有大量的活性SiO₂和Al₂O₃,具有很强的二次水化反应活性。二次水化产物水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶能够填充水泥机体的孔隙,提升水泥基体的强度。与掺30%(质量分数)石英粉的试件相比,掺30%(质量分数)活化煤矸石试件的28 d抗折和抗压强度分别提升了11.69%和11.82%。     

掺加高铝煤矸石混合材水泥的抗盐腐蚀性研究

在我国,水泥及其制品的抗盐侵蚀性问题已日趋紧迫。高铝煤矸石是我国煤炭工业固体废弃物,其综合利用有着重要的经济效益、环境效益和社会效益。掺加煅烧高铝煤矸石的水泥抗盐腐蚀能力优于纯水泥熟料硅酸盐水泥。煅烧高铝煤矸石掺量对水泥抗盐腐蚀性的影响十分显著。煅烧高铝煤矸石的掺加对改善硅酸盐类水泥抗氯化钠侵蚀尤其有效。随煅烧高铝煤矸石掺量的增加,标准养护14d后盐蚀14d的强度损失率先降低后增加,且随水灰比的增加而减低。     

煅烧煤矸石对硅酸盐水泥胶砂力学性能及微观结构的影响

通过水泥胶砂力学强度测试,并结合压汞仪、X射线衍射、热重和扫描电镜测试,研究煅烧煤矸石掺量对水泥胶砂力学性能和水化产物微观结构的影响.力学性能测试结果表明:相同养护龄期下,水泥胶砂的抗压和抗折强度都先随煅烧煤矸石取代量增大而增加,取代量为15％时水泥胶砂的力学强度达到最大值;相同取代量下,水泥胶砂养护龄期越长,煅烧煤矸石对水泥胶砂力学性能的提升效果越显著.机理研究表明:煅烧煤矸石中主要组分为偏高岭土,其具有较强的火山灰效应.水泥水化初期,偏高岭土具有异相成核效应,可加速水泥的初期水化;水化后期,偏高岭土能与水泥水化产物氢氧化钙进一步发生水化反应,生成更多的水化硅酸钙凝胶,不仅降低了水化产物氢氧化钙对水泥胶砂的不利影响,而且提高了水泥胶砂的密实性,降低了水泥胶砂孔隙率并减少了有害孔比例,从而优化了水泥胶砂的孔径结构,使其力学性能得到强化.     

Na2SO4对煅烧煤矸石的激发效应

利用TG-DSC、XRD、等温量热计、SEM、Ca(OH)2含量测定等方法,比较研究了掺与不掺Na2SO4时煅烧煤矸石水泥早期水化过程中的Ca(OH)2含量、水化放热速率、水化产物及其形貌、浆体力学强度的差别,分析了Na2SO4对水泥早期水化过程中煅烧煤矸石的激发作用.结果表明,掺入Na2SO4后,水泥试样在水化减速期早期阶段的水化放热速率高,二次水化产物形成的时间早.这反映出Na2SO4对水泥中煅烧煤矸石有明显的激发效应.其外,水泥浆体试样中Ca(OH)2含量明显降低,水泥水化加速期延续的时间短,水化放热速率高;结果还表明,在水化早期,掺Na2SO4的煅烧煤矸石水泥有较多的CSH凝胶和AFt,较少的Ca(OH)2.     

煤矸石对硬化水泥浆体结构形成的影响

通过对硬化水泥浆体物理力学性能的检测,结合XRD和SEM分析,研究了不同掺量的煤矸石对硬化水泥浆体水化性能的影响。结果表明:随着煤矸石掺量的增加,水泥的标准稠度用水量增加,凝结时间缩短,抗压强度降低,熟料矿物的水化速率提高,水泥-煤矸石体系的水化速率降低。煤矸石掺量不同,水化模式亦不同。     

水泥-煤矸石复合胶凝体系的水化性能和微观结构初探

本文主要采用化学结合水、SEM、XRD研究了小野田水泥以及掺有煤矸石的小野田水泥胶凝材料体系的水化性能和微观结构,试验证明煅烧后的煤矸石具有火山灰活性,掺有煤矸石的水泥胶凝材料的结合水量低于不掺煤矸石的硅酸盐水泥,但后期增长较快。通过SEM观察,掺有煤矸石的水泥浆体结构较疏松,孔隙较多,但随着龄期的增长,浆体结构变得越来越紧密。煤矸石掺量的增加促进了水泥熟料矿物的水化,而且掺量越大越有利于熟料矿物的水化。     

硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构

用环境扫描电镜和能谱仪研究了硅酸盐水泥和硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构.结果表明:混合水泥中多孔的活化煤矸石和水泥水化产物发生二次反应消耗界面区大量氢氧化钙,生成水化硅酸钙(CSH)凝胶和钙矾石晶体,反应产物层从煤矸石表面向内部逐渐推进,逐渐将煤矸石的开口孔填满,未反应的煤矸石残核仍为多孔状.煤矸石中不同活性的SiO2反应生成的CSH凝胶形态不同,惰性SiO2作为微集料填充在硬化浆体中.煤矸石-反应产物的界面区结构非常致密,减弱了硅酸盐水泥中硬化浆体界面区间隙和氢氧化钙富集造成的不利影响.水化28d内混合水泥中煤矸石本身的强度和煤矸石-水化产物界面的强度均大于水化产物的强度.水化近1 a的混合水泥中以长石类为主的多孔煤矸石残核的强度低于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度,以石英为主的密实煤矸石的强度则高于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度.     

热活化煤矸石对水泥力学性能的影响

研究了500～1000℃下热活化煤矸石的特性,将热活化煤矸石以20%～60%的质量比掺到硅酸盐水泥中,进行水泥强度试验。结果表明,热活化温度对煤矸石的活性有很大影响,以伊利石为主要矿物组分的煤矸石在750℃左右煅烧的条件下具有较高的活性;水泥强度随着活化煤矸石掺量的增加呈逐渐下降趋势。相对而言,活化煤矸石掺入量在20%～30%之间变化时,水泥的强度值下降幅度较小;在30%～60%之间变化时,水泥的强度值下降幅度较大。     

木质素磺酸钙对水泥水化的影响

研究了掺加木质素磺酸钙(calcium lignosulfonate,CLS)后水泥净浆体系的水化速度、水化产物生成量,以及硬化水泥石的微观结构及孔隙结构的变化。CLS大幅度延缓了水泥水化放热,降低了水化速度,使3～10h内水泥的水化程度减少,但对1d后的水化程度影响不大且能促进水泥的后期水化。X射线衍射分析表明高掺量CLS促进硬化水泥中生成钙矾石,抑制水化硅酸钙(CSH)的早期生成,但对CSH的后期生成无影响。扫描电镜观察发现：CLS的掺加抑制了水化产物晶体的生长,使CSH凝胶难以形成空间网架,钙矾石晶体变得纤细。随CLS掺量的增加,硬化水泥中总孔隙容积增加,30nm以上的孔隙显著减少,10nm以下的微孔数量大幅度增加,平均孔径减小。掺加CLS的水泥浆体水化产物晶体发育不完全,硬化水泥的孔隙容积明显增加,是硬化水泥28d龄期内抗压强度显著下降的主要原因。     

活化煤矸石对硬化水化浆体性能的影响

采用化学结合水、SEM、XRD对掺有活化煤矸石的硬化水泥浆体的性能和微观结构进行了研究.研究发现,煅烧后的煤矸石具有火山灰活性,掺有煤矸石的水泥浆体的结合水量低于不掺煤矸石的硅酸盐水泥,但后期增长较快;掺有煤矸石的水泥浆体结构较疏松,孔隙较多;煤矸石掺量的增加促进了水泥熟料矿物的水化,而且掺量越大,越有利于熟料矿物的水化.     

低温烧煤矸石的火山灰活性研究

研究了在500～1000℃煅烧温度条件下烧煤矸石的火山灰活性,采用ISO方法和水泥胶砂28d强度法检测不同煅烧温度烧煤矸石的火山灰活性,并用结合水量法测定掺烧煤矸石水泥的水化进程情况,以判断烧煤矸石活性的大小,同时对其水化产物进行了初步探讨.结果表明:煅烧温度决定了烧煤矸石的火山灰活性大小,本研究所用的煤矸石在750℃左右煅烧的条件下具有较高的活性.     

微观表征法研究煤矸石改性水泥砂浆水化机理

在水泥胶砂中掺入适当配比的煤矸石可以增加水泥砂浆的强度,尤其是早期强度.与不添加煤矸石的基准砂浆相比,煤矸石的掺量为9%时,砂浆3 d抗压强度提高1.0 MPa,28 d抗压强度提高2.0 MPa.XRD、TGA-DTA和SEM分析证实:加入煤矸石促进了水泥砂浆7 d早期水化反应,生成水化产物钙矾石、C-S-H凝胶、AFm和氢氧化钙,且水化产物的数量亦不同,各产物的晶型结构也不相同,改性后水化产物增多,水化速率加快,因而影响砂浆的宏观力学强度.     

煤矸石对水泥熟料水化促进作用及机理(英文)

通过测试化学结合水量及用背散射电子图像分析法测试水泥熟料水化程度,研究了煤矸石–水泥混合体系中煤矸石对水泥熟料水化的促进作用,并通过对Ca(OH)2含量测试分析了其作用机理。结果表明:煤矸石的掺入促进了混合体系中水泥熟料的水化进程,且活性越高,掺量越大,促进水泥效果越明显;水化早期煤矸石对水泥熟料水化的促进作用主要来源于简单"稀释"作用(物理作用),水化中后期具有较高活性的活化煤矸石通过自身反应活性发挥吸收体系中Ca(OH)2促进水泥熟料水化(化学作用)。     

石灰石矿渣免煅烧砌筑水泥的研发

以石灰石、矿渣为主体原料,添加石膏和钢渣,通过粉磨无需煅烧制备出具有节能减排效应的绿色环保的石灰石矿渣免煅烧砌筑水泥。研究表明随石灰石掺量的增加水泥强度下降,石灰石掺量达40%～60%,其物理力学性能仍能满足GB/T3183—2003《砌筑水泥》的要求。钢渣可以有效激发该品种水泥的水化活性,促进水泥的水化,其掺量对水泥强度有较大的影响,其最佳掺入量为8%左右。并测定了用不同含量的石英替代石灰石水泥试样的抗压强度及pH值变化规律,证实石灰石可以有效促进矿渣早期水化,提高早期强度。     

锂盐对硼砂在硫铝酸盐水泥中作用的影响

在硫铝酸盐水泥实际工程应用中,硼砂作为常用的缓凝剂,容易导致硫铝酸盐水泥过度缓凝,为了更好调控水泥的凝结时间,本文研究了锂盐对硼砂在硫铝酸盐水泥中作用的影响,主要从凝结时间、抗压强度、水化产物方面进行了分析。结果表明:当硼砂掺量为0.1%(质量分数,下同)时,氢氧化锂能明显缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间,降低水泥的抗压强度;当硼砂掺量为0.5%,氢氧化锂掺量大于0.07%时,水泥的凝结时间大幅度缩短,早期抗压强度随氢氧化锂掺量增加而略微提高,后期强度略微降低;在掺加硼砂的硫铝酸盐水泥体系中,锂盐的掺入不会改变水泥水化产物的种类,当硼砂掺量为0.5%时,1 d水化产物钙矾石衍射峰强度显著降低,28 d钙矾石衍射峰强度变化不明显。     

950 ℃煅烧高铝煤矸石对硅酸盐水泥抗压强度的影响

利用950℃煅烧急冷高铝煤矸石做硅酸盐水泥混合材,掺量在15％-25％之间时,硅酸盐类水泥长龄期抗压强度不低于甚至高于不掺加混合材的同熟料I型硅酸盐水泥。42．5级硅酸盐水泥熟料掺加25％煅烧高铝煤矸石,水灰比为0.3时,水泥试件28d抗压强度达到59．95MPa,60d抗压强度达到94．175MPa。由于沸石相的形成还会赋予该材料较高的耐久性。煅烧高铝煤矸石混合材掺量在30％- 50％之间仍然可以显著提高了水泥的后期强度,并且在60d龄期时仍然保持了较高的强度增长趋势,能够达到或接近同水泥熟料的I型硅酸盐水泥强度等级。     

窑灰活化煤矸石水泥的性能研究

以窑灰活化煤矸石为混合材取代部分水泥熟料，测试其凝结时间、强度；以30％的取代量，研究了水泥的抗硫酸盐侵蚀和抑制碱集料反应性能。结果表明：（1）窑灰活化煤矸石的掺入使水泥凝结时向有所延长，掺入10％的窑灰活化煤矸石在一定程度上提高了水泥的后期强度，继续增加窑灰活化煤矸石的掺量，水泥的强度有所下降，掺量到30％时强度下降比较明显。（2）窑灰活化煤矸石的掺入，可使水泥的抗硫酸盐侵蚀性能有比较大的提高，抑制碱集料反应能力有所改善，但改善幅度有限。     

消石灰、无水石膏与石灰石粉对矿渣水泥性能的影响

通过掺加消石灰、无水石膏和石灰石粉提高矿渣水泥的早期强度、干缩等性能。研究结果表明：消石灰、无水石膏及石灰石粉可加速矿渣水化进程,并使水泥浆体密实度提高,最终体现为矿渣水泥早期抗压强度大幅度提高。复合掺加消石灰、无水石膏和石灰石粉的矿渣水泥水化早期的干缩率小于普通硅酸盐水泥,水化后期矿渣水泥的干缩率稍大于普通硅酸盐水泥,但大大小于未掺激发剂的矿渣水泥。