高炉矿渣-粉煤灰-脱硫石膏-水泥制备硅酸钙板的协同水化机理

以高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥为原料,通过搅拌-压力成型-预养-脱模-蒸压养护的工艺流程制备硅酸钙板,研究了原料配方、蒸养时间对硅酸钙板抗折强度的影响,并采用DSC、XRD、IR和SEM等方法研究了混合原料的协同水化历程和水化产物的微观结构.结果表明:高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥最佳配比为50％、5％、25％和20％,最佳蒸压温度和时间分别为180℃和10 h,原料在协同水化历程中依次生成了C-S-H凝胶、片状托贝莫来石、纤维状钙矾石和针状硬硅钙石,硬硅钙石的生成使得硅酸钙板的强度得以提升.     

利用硅钙渣、水泥、粉煤灰等改善脱硫石膏制品性能的研究

以脱硫石膏、水泥、高铝粉煤灰及其提铝后硅钙渣为主要原料,制作脱硫石膏制品,并对其性能进行测试。测试结果表明:在脱硫石膏制品中添加水泥可以改善其力学性能以及耐水性能,且水泥的添加量应控制在20%以内;添加硅钙渣的石膏制品与纯石膏相比,密度下降,强度提高,吸水率基本保持不变,软化系数增加,且随着硅钙渣添加量的增加,密度下降加剧;粉煤灰的添加使得制品耐水性提高,但强度降低,吸水率和软化系数提高;生石灰掺量5%时制品强度最高;在粉煤灰、硅钙渣、生石灰总量一定的条件下,改变粉煤灰和石灰石的量,石膏制品的干抗折和抗压强度在10%左右时强度最低。     

石灰粉煤灰制品的水化产物

本文鉴定了粉煤灰的主要化学和矿物组成。探明了石灰-粉煤灰以及石灰-石膏-粉煤灰在常温,100℃蒸养及175℃压蒸条件下的水化产物;发现在175℃压蒸条件下,石灰掺量达50％时,水榴子石成为主要的水化产物,煤灰中活性极低的莫来石此时也能与CaO作用生成水榴子石,为了进一步证实所探明的水化产物,还研究了几种单矿物间的相互作用。最后讨论了水化产物与强度的关系。     

硬硅钙石的合成及陶瓷纤维加入量对其耐压强度的影响

为提高硬硅钙石制品的耐压强度,首先将预处理后的石英粉、消化后的Ca O、添加剂、去离子水(按水、固质量比为30量取)置于磁力搅拌高压釜中,在220℃分别保温0、1、3和6 h后得到相应产物,探究硬硅钙石的合成;然后,在制得的硬硅钙石粉体中分别加入0、5%、10%、15%和20%(w)的预处理陶瓷短纤维,经压滤成型和烘干后,于1 000℃保温2 h烧成,研究陶瓷纤维加入量对硬硅钙石试样烧成前后耐压强度的影响。结果表明:在硬硅钙石的合成过程中,首先生成C-S-H凝胶,然后C-S-H凝胶转化形成托贝莫来石,最终托贝莫来石完全反应生成了硬硅钙石;陶瓷纤维的引入提高了硬硅钙石试样烧成前后的耐压强度,当加入15%(w)陶瓷纤维时,耐压强度最大;1 000℃烧成前后试样中的物相分别是硬硅钙石相和硅酸钙相,烧成后试样的耐压强度比生坯试样的大。     

KR脱硫渣碱激发矿渣的配比优化及水化特性

KR脱硫渣是铁水脱硫工序产生的废渣,多种固废协同制备胶凝材料是脱硫渣资源化的有效途径。本文利用KR脱硫渣、矿渣和脱硫石膏制备固废基胶凝材料,研究KR脱硫渣和矿渣掺量对胶凝材料力学性能的影响,优化原材料配比。通过XRD、TG-DSC、IR、SEM-EDS和水化热测试方法研究了固废基胶凝材料的水化产物及水化特性。结果表明,固废基胶凝材料优化配比为KR脱硫渣25%(质量分数,下同),矿渣60%,脱硫石膏15%,胶凝材料3 d、28 d、90 d抗压强度分别达到30.01 MPa、49.47 MPa和55.73 MPa。固废基胶凝材料的早期水化放热速率低,3 d累积放热量仅为普通硅酸盐水泥(OPC)的37.9%,其水化产物主要是针棒状钙矾石(AFt)和无定形水化硅酸钙(C-S-H)凝胶。KR脱硫渣中大量的Ca(OH)₂在水化早期可以碱激发矿渣,使玻璃相硅酸盐解体,同时与脱硫石膏反应促进AFt的生成。KR脱硫渣、矿渣和脱硫石膏协同反应使水化后期的水化产物持续增加,相互胶结形成致密结构,有利于强度的持续增长。     

不同硅质原料水热合成水化硅酸钙物相及其反应效率的研究

为探究不同硅质原料对水热合成水化硅酸钙物相的影响，研究了温度和硅钙比对产物的影响。采用X射线衍射(XRD)分析了水化硅酸钙物相，并探究了不同硅质原料与Ca(OH)₂的反应效率。结果表明，不同硅质原料与Ca(OH)₂的反应效率由高到低依次为硅藻土、石英、珍珠岩；在硅藻土-石灰体系中，硅藻土中非晶态二氧化硅的Si—O更易被破坏，具有不稳定性，致使硅藻土反应效率更高。在石英-石灰体系中，随着钙硅比的提高，空气中的CO₂参与反应，生成碳硅钙石与片柱钙石，且托贝莫来石与硬硅钙石会逐渐消失，通过合理调控硅钙比和水热温度可有效地控制反应产物，这对于不同硅质原料的选择、水热合成水化硅酸钙中产物的控制及水热合成水化硅酸钙应用领域具有重大意义。     

不同阴离子对固废基铝掺杂托贝莫来石的影响

以粉煤灰(FA)和城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)为主要原料,水热合成了固废基铝掺杂托贝莫来石,研究了不同外源阴离子对试样的抗压强度、反应产物、微观形貌和孔结构的影响。结果表明:外加剂的引入提高了固废基铝掺杂托贝莫来石的抗压强度,对于粉煤灰-水泥-生石灰-脱硫石膏(FA-C-T)体系的增强效果从高到低依次为NaCl、NaOH、NaNO_3,粉煤灰-城市垃圾焚烧飞灰-生石灰-脱硫石膏(FA-MSWI-T)体系为NaOH、NaCl、NaNO_3;不同阴离子的引入并没有改变铝掺杂托贝莫来石的矿物组成,只是使得各个矿物相的含量有所差异,表明3种阴离子均是络合在铝掺杂托贝莫来石的表面或者存在于层间;不同阴离子的加入使得托贝莫来石的微观形貌发生了改变,也细化了试样的孔结构。     

蒸养制度对铁尾矿加气混凝土强度的影响

以铁尾矿作为硅质原料,水泥、石灰为钙质原料,添加发泡剂、调节剂等制备加气混凝土,研究蒸养制度对制备材料的抗压强度的影响,并利用XRD和SEM等方法分析材料的结构特征.研究表明:蒸养温度、蒸养时间是影响制备材料抗压强度的主要因素.在蒸养温度为180℃,蒸养时间为8h的条件下,制备材料的密度为705 kg/m3,强度可达8.52 MPa,XRD和SEM分析表明其主要晶相是CSH和托贝莫来石,纤维状的CSH与片状托贝莫来石相互交织,紧密结合.     

养护制度对粉煤灰水化产物的影响

以粉煤灰、生石灰为原料,利用水热合成方法研究了粉煤灰制品在蒸养(在80℃下养护10 h)、蒸压(分别在120、140、160、180℃下养护6 h)两种养护条件下水化产物的矿物组成和微观形貌。利用SEM、XRD、TG-DSC对水化产物的矿物组成和微观形貌进行了表征。结果表明:粉煤灰在不同养护制度下的水化产物种类和形貌有显著变化。蒸汽养护条件下,粉煤灰颗粒表面除了有卷箔状水化硅酸钙外,还有团絮状水化硅酸钙和板状水化石榴石生成;蒸压养护条件下,随着反应温度的升高,卷箔状水化硅酸钙的宽度收缩,结晶度逐渐提高,在160℃时,出现了片状的托贝莫来石。     

粉煤灰免烧免蒸砖生产技术

我国自1958年研制成功以粉煤灰为基料制造建筑用砖,但大都采用蒸养或蒸压工艺。近年若干厂家和研究单位,以节省能源、利用工业废渣为宗旨,研制成功免烧免蒸粉煤灰砖,由于成本低,加之各地政府试行免税政策而成为当前热门新型建筑用砖,具有一定的市场。 1 粉煤灰免烧免蒸砖的强度来源粉煤灰—石灰蒸养和蒸压后强度来源主要是硅、钙、铝在高温高压下液相反应生成水化产物托贝莫来石和钙矾石的缘     

煅烧磷石膏对蒸压硅酸盐制品水化过程的影响

磷石膏经高温煅烧改性后与粉煤灰、砂粉、石灰及水泥熟料等制备蒸压硅酸盐制品,研究了不同温度煅烧的磷石膏对蒸压硅酸盐制品水化过程的影响,用蒸压制品中未反应的Ca(OH)₂量及结合水量分析它们的反应速率,用XRD测定蒸压硅酸盐制品的水化产物,并结合SEM分析,结果表明,经煅烧的磷石膏对蒸压硅酸盐制品的水化有明显的促进作用,托勃莫来石与C-S-H(1)等水化产物的迅速生长而形成密实的水化产物结构是其增强蒸压硅酸盐制品的根本原因。     

固体碱激发矿粉/粉煤灰注浆材料性能及机理研究

以矿粉和粉煤灰为主要原料,NaOH和Na₂SiO₃·5H₂O为固体碱激发剂,制备地聚合物注浆材料,考察激发剂的模数、掺量及养护条件对材料性能的影响。当固体碱激发剂模数为1.0,掺入量为8%(质量分数)时,注浆材料初凝时间为120 min,工作时间可达50 min,经28 d养护后抗折和抗压强度分别可达7.1 MPa和42.7 MPa。相较于非密闭养护,密闭养护有利于早期强度形成,1 d、3 d、7 d抗压强度分别提高了38.0%、38.2%和19.3%。XRD、FT-IR、SEM/EDS测试结果表明,原料水化完全,最终产物包含无定形水化产物、钙沸石、水合铝硅酸钠钙矿和C-S-H凝胶等组分。反应过程中原料的Si—O—Al、Si—O—Si发生重组生成凝胶物质,并团聚成钙沸石类球形产物,提高材料强度。     

碱激发磷渣地聚物复合胶凝材料的制备及其力学性能研究

以磷渣为原料,通过改变磷渣粉磨时间以及碱激发剂掺入量的方式,在蒸汽养护条件下,能够制备出具有较好力学性能的磷渣地聚合物胶凝材料.实验结果表明,碱激发剂为4.2%时,所制备的胶凝材料的力学性能最优,强度能够达到50 MPa;粒度和SEM分析表明,随着磷渣粉的细度提高,材料的力学性能得到进一步改善.玻璃电极法和XRD分析表明,随着体系碱性的增强,磷渣粉的活性不断增大、水化反应更充分,致使非结晶体的水化物转化为稳定的水化硅酸钙以及碱金属水化铝硅盐,从而形成力学性能优良的地聚复合胶凝材料.     

蒸汽养护条件下复合水泥胶凝材料的优化匹配

利用XRD、SEM、TG/DSC、MIP等测试方法,对常压高温蒸汽养护下矿渣和粉煤灰等不同组成的复合胶凝材料物理性能及水化特性差异进行研究.结果表明,85℃常压蒸养条件下水泥水化产物与标准养护下基本相同,但水化产物数量有大幅提高,且有少量C9S6H18和钙矾石(AFt)稳定存在.辅助胶凝材料的适宜匹配,使水泥石结构较致密,蒸养强度较高.少量硅灰的掺加,有利于优化水泥石结构,促进蒸养条件下水泥石强度发展.     

钢渣-煤基固废可控低强度材料制备及热力学分析

利用NaOH、Na₂SO₄协同碱激发煤矸石(CG)、钢渣(SS)、粉煤灰(FA)制备无水泥可控低强度材料(CLSM)。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)分析了CLSM的微观结构和相组成。结果表明,Ca/(Ca+Si)的摩尔比与材料的7 d、28 d无侧限抗压强度比值存在线性关系,当Ca/(Ca+Si)摩尔比大于0.407时,7 d即可达到28 d无侧限抗压强度的70%以上,该材料具有早强特性。当粉煤灰质量掺量在40%以下时,CLSM工作性(流动性)满足ACI规范要求,不同质量配比的SS/FA改变了CLSM体系中反应产物的相组成,产物中钙矾石与水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的密实嵌合结构为材料力学性能提供了微观结构基础。最后,基于吉布斯自由能最小化方法,模拟了水化产物中两种晶型水化硅酸钙的生成量。     

Calcium silicate based high efficiency thermal insulation

Abstract

The preparation by hydrothermal synthesis of a high efficiency, calcium silicate based thermal insulation is described using raw material mixes of silica, bentonite, and magnesium acetate or acetic acid. The materials were reacted in a high pressure autoclave at 200–250°C resulting in a product consisting of cenospheres of needle-like xonotlite crystals and some tobermorite. Properties including density, strength, microstructure, thermal stability, and water absorption and water repellence are presented.     

CaO-MgO-SiO2-H2O体系的热力学基础研究

本文从热力学角度系统研究了CaO-MgO-SiO2-H2O体系及钢渣中钙镁硅矿物在水热条件下的反应特性,结果表明：在CaO-MgO-SiO2-H2O系统中,CaO优先与SiO2反应生成水化硅酸gO只能与剩余的SiO2反应生成水化硅酸镁：MgO固溶时,可促进托勃莫来石向硬硅钙石转化。而对白钙沸石向白钙镁沸石的转化影响不大,不固溶MgO时,低温型水化硅酸钙向高温型转化温度提高,钢渣鲁镁硅矿物中,镁蔷薇辉石活性最大,透辉石活性最差,钙镁橄榄石和镁黄长石介于前两者之间。     

粉煤灰与炉底渣的蒸压反应活性研究

粉煤灰和炉底渣均为燃煤发电过程中产生的固体废弃物,但两者的反应活性有所区别。研究结果表明,炉底渣的玻璃相含量以及活性SiO2、Al2O3含量均高于粉煤灰,在蒸压条件下炉底渣的反应活性优于粉煤灰,有利于生成更多的水化产物。利用炉底渣部分或全部取代粉煤灰制备蒸压硅酸盐制品,有利于提高制品的强度。     

Relations between structure and mechanical properties of autoclaved aerated concrete

Laboratory specimens of autoclaved aerated concrete were produced under varying conditions, mainly with cement and lime as binders. The type and amount of reaction products, the porosity and the pore size distribution were studied. Shrinkage and compressive strength were measured. The reaction products belonged to the tobermorite group of calcium silicate hydrates and the term crystallinity was defined as the percentage of 11.3 Å tobermorite out of the total amount of calcium silicate hydrates. The shrinkage decreased with increasing crystallinity while the compressive strength increased up to an optimum value. The strength also increased with increasing amounts of hydrates and with decreasing porosity. Other features of the reaction products were indicated by thermal behaviour and micropore size distributions and may have been of importance for the mechanical properties of the material.     

半干法脱硫灰生产蒸压砖中试试验研究

为了解决半干法脱硫灰难以利用的问题,用脱硫灰、炉渣和CaO进行了蒸压砖生产的中试试验研究。研究表明：生产强度等级为MU20的脱硫灰蒸压砖,脱硫灰的掺量可控制在50%左右,CaO的掺量控制在10%左右。蒸压过程中形成的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等矿物有利于增强蒸压砖强度。