湿选钢渣尾泥制备充填胶凝材料试验研究

钢渣尾泥是转炉钢渣经过湿磨磁选后排出的二次废渣,堆存量大且难以实现大规模资源化利用。以钢渣尾泥为主要原料,协同其他工业固废制备胶凝材料可用于矿山充填。本文开展了钢渣尾泥基充填胶凝材料配合比正交试验、充填材料力学性能测试,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)等多种微观测试手段对钢渣尾泥基胶凝材料的水化机理进行分析。结果表明,钢渣尾泥掺量为55%(质量分数,下同),矿渣掺量为30%,脱硫石膏掺量为15%,胶砂质量比为1:4,料浆浓度为72%时,所制备的充填材料28 d抗压强度可达4.78 MPa,满足矿山充填材料性能的要求。钢渣尾泥基胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石,以及少量的Ca(OH)₂,体系内水化产物C-S-H凝胶和钙矾石晶体的数量随着水化龄期的增加而明显增长。     

磷渣替代矿渣对水泥孔溶液pH值及水化进程的影响

针对不同掺量磷渣对矿渣水泥浆体水化行为的影响,测试了磷渣掺量0％～30％制备水泥浆体的各龄期强度,并对比了不同龄期浆体孔溶液的PH值,以及水化产物的差异.结果表明:磷渣可用作活性掺合料替代部分的矿粉,在考虑磷渣用量及保证浆体强度的同时,磷渣掺量不宜超过20％,此时浆体的7d、28 d强度保证率分别在80％、90％以上,对应龄期抗压强度分别在30 MPa、50 MPa以上.而试件孔溶液pH值基本是随着磷渣替代矿渣量的增加呈现减小趋势.XRD图谱表明,随着磷渣替代矿渣掺量的增加,钙矾石晶体衍射峰强度变化有所减弱,说明磷渣掺量过多时,水化速率减慢.热重结果显示:同一龄期时,磷渣达30％时,C-S-H凝胶、钙矾石的形成有所减少;随着龄期的增长,水化产物逐渐增多,热重失重量依次增大.     

钢渣取代量对复合充填胶凝材料性能的影响

通过对正交试验样本的极差分析得到最优配比,并基于最优配比,对试样中的矿渣采用钢渣进行取代,测试试样的抗压强度、吸水性能和膨胀收缩性能,重点分析了钢渣取代量对复合充填胶凝材料物理力学性能的影响。研究表明：钢渣取代量对试样的物理力学性能有显著影响,随着钢渣取代量的提高,试样的抗压强度逐渐降低,吸水量逐渐升高,收缩率逐渐减小;随着钢渣取代量的提高,试样水化产物中的托勃莫来石、硬硅钙石、水铝钙石和C-S-H逐渐减少,直至消失,而板状的氢氧钙石等水化产物逐渐增多。     

碱激发钢渣矿渣复合基层材料的强度特性及微观机制

围绕钢渣再利用、钢渣矿渣复合材料强度提升及微观作用机理这3个问题,从无侧限抗压强度和劈裂强度两个指标分析混合料不同养护龄期下的宏观强度,同时进行XRD、SEM和热重分析等微观试验,探讨了在石灰激发作用下,钢渣矿渣基层材料的水化产物生成和强度变化内在机制。强度试验结果表明:当矿渣掺量在10%(质量分数)以内,石灰与矿渣的质量比在1∶1~1∶2时,混合材料各龄期的无侧限抗压强度和劈裂强度较高。微观试验结果表明:适量Ca(OH)₂能够提高矿渣中SiO₂的水化反应速率,从而提升复合材料早期强度。此外,水化反应生成钙矾石、粉煤灰及钢渣中惰性组分的细料填充作用也是材料早强增长的有利因素。而粉煤灰的火山灰效应和钢渣中C₂S的持续水化反应则有助于复合材料后期强度的提升。     

改性磷石膏对石膏矿渣水泥水化过程的影响研究

采用质量分数为5％～25％的改性磷石膏、15％的硅酸盐水泥熟料、60％～80％的矿渣混合磨细制成石膏矿渣水泥,研究了改性磷石膏掺量对石膏矿渣水泥浆体的抗压强度、水化热、孔溶液pH值及水化产物的影响情况.结果表明,掺入改性磷石膏使得石膏矿渣水泥的3 d、7 d抗压强度降低,其掺量为10％、15％时,水泥的28 d、90 d抗压强度超过普通硅酸盐水泥.在3 d至90 d龄期内,水泥孔溶液pH值随龄期增长而逐渐增大.在相同龄期时,随着改性磷石膏掺量的增大,水泥孔溶液pH值减小,水化放热峰出现时间延缓.微观分析表明,掺入改性磷石膏后,28 d龄期时的水泥水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶,水化产物的生成量在改性磷石膏掺量为15％时最多.     

高掺量矿渣水泥与普硅水泥的水化进程对比研究

针对高掺量矿渣水泥与普硅水泥不同龄期时强度及水化机理的差异,测试分析了普硅水泥浆体(编号PC)和掺60％矿渣粉的水泥浆体(编号SC)各龄期强度及强度发展系数,并对比了两组试样早期水化放热速率,各龄期水化产物相及孔结构的变化.结果表明:SC试样3d、7d强度仅为25.6 MPa、39.5 MPa,分别低于同龄期PC试样13.3MPa及8.3 MPa;28 d、90d强度分别为55.7 MPa、59.6 MPa,高于同龄期PC试样3.5 MPa及2.2 MPa.两种水泥浆体早期强度主要受早期水化放热速率、孔结构分布特征的影响,后期高掺量矿渣水泥强度发展的优势在于:矿粉颗粒的填充效应以及二次火山灰活性,使其浆体形成了更多的水化产物,孔结构更加致密,有利于浆体强度的提高.     

电石渣激发钢渣-矿渣固化淤泥质土的试验研究

钢渣和矿渣是常见的两种工业废渣,大量堆放且资源化利用困难。以钢渣粉和矿渣粉为基础材料,电石渣粉作为激发剂,可对淤泥质土进行固化处理。通过开展无侧限抗压强度试验,分析固化淤泥质土的强度特性和应力-应变关系,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等微观测试,探索电石渣激发钢渣-矿渣固化淤泥质土的作用机理。结果表明,电石渣粉质量掺量为6%时,电石渣-钢渣-矿渣固化淤泥质土无侧限抗压强度最大,28 d固化淤泥质土强度与同龄期水泥土相当,且具有较好的延性。电石渣可以提供碱性环境和大量钙离子,有效激发钢渣和矿渣的水化活性,促进C-S-H凝胶的大量生成,同时促进离子交换和团粒化作用,使固化淤泥质土强度显著提高。     

水化产物对复合胶凝材料力学性能的影响

采用矿冶固体废弃物取代部分水泥制备胶凝材料用于矿山充填可实现对资源的有效利用,并减少固废中重金属排放对环境造成的破坏.本文利用铅锌冶炼废渣、尾矿制备出了具有一定力学强度的充填胶凝材料,其强度指标满足矿渣硅酸盐水泥的强度要求.通过扫描电子显微镜及X射线衍射分析研究了材料的水化产物种类及数量,从微观上阐述了在不同水化龄期和物料配比下,材料水化产物对强度发展的影响.综合考虑各因素后确定采用铅锌尾矿10％、冶炼渣54％、水泥熟料27％、添加剂掺量9％的配合比,可以制得较为理想的充填胶凝材料,其28 d抗折、抗压强度分别为7.03 MPa、34.07 MPa.     

矿渣对阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化硬化过程的影响

通过对水泥力学性能、水化速率和水泥硬化浆体孔结构的测定,结合XRD、SEM分析,研究了矿渣对阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化硬化过程的影响。研究结果表明:掺入矿渣后,水泥的早期强度下降幅度较大,但后期强度下降幅度较小。在试验掺量范围内,当矿渣掺量为20%时,该水泥各龄期抗压强度下降幅度最小,其后期抗压强度接近纯熟料水泥;加入矿渣后,水泥水化热明显降低,矿渣在受到碱激发与硫铝酸盐双重激发作用下发生二次水化反应,使水泥水化速率有一定增加而出现第三个放热峰;矿渣二次水化反应有效地改善了硬化水泥浆体的孔结构,使水泥后期强度逐渐增加。     

磷石膏基胶凝材料充填体强度正交-BP神经网络模型研究

为了利用甘肃瓮福化工公司磷石膏废弃物,开展了磷石膏、电石渣、水淬矿渣、铁选尾渣全固废充填胶凝材料开发及废石粗骨料充填体强度试验。基于灰色关联度理论对正交试验结果进行分析以及充填体强度影响因素研究。结果表明:影响胶结充填体强度的主要因素是铁选尾渣掺量,其次是矿渣微粉、磷石膏。采用Levenberg-Marquardt训练函数,以正交试验4因素作为网络模型输入因素,胶结体7d与28d强度作为输出因素,建立了正交-充填体强度BP神经网络预测模型,预测磷石膏基胶凝材料废石粗骨料胶结充填体抗压强度。结果显示,所建立的正交-BP神经网络模型收敛速度快,预测精度高。预测得到胶结体7d与28d强度最大误差仅为3.8%,满足矿山充填工程的精度要求。     

矿物掺合料对蒸养水泥净浆性能的影响

研究了蒸养条件下粉煤灰、矿渣的掺量对水泥净浆化学结合水量和抗压强度的影响,揭示了矿物掺合料对蒸养水泥净浆水化性能和力学性能的影响。试验结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护更有利于激发粉煤灰和矿渣的火山灰活性,促进水泥的早期水化,提高水泥浆体的早期强度;但无论是蒸汽养护还是标准养护,随着矿物掺合料掺量的增加,复合胶凝材料的水化性能和力学性能明显减弱,因此矿物掺合料掺量不宜太大。     

钢渣微粉-粉煤灰基地质聚合物性能研究及微观结构分析

采用钢渣微粉和粉煤灰为主要原材料制备地质聚合物,以抗压强度为指标优化制备条件,探讨影响地质聚合物强度的因素,利用SEM、XRD和TG-DSC等手段对产物的微观形貌、物相组成和热稳定性进行分析表征。研究表明,地质聚合物的抗压强度随着钢渣微粉掺量和激发剂掺量增加先增加后减小,随温度增加而增加,其中养护温度影响最显著,水玻璃模数影响最小。最佳工艺条件为:水玻璃模数1.0、激发剂掺量20%(质量分数)、钢渣微粉掺量20%(质量分数)、液固比0.3、养护温度60 ℃。其3 d和7 d抗压强度高达40.11 MPa和43.03 MPa,固化Pb²⁺后对其强度影响较小,固化率在99.99%以上。地质聚合物表面致密度高,无明显裂纹,未观察到明显的钢渣颗粒轮廓,晶相结构主要为石英和莫来石,热稳定好。     

偏高岭土高性能混凝土抗压强度预测研究

以水胶比、用水量、砂率、水泥强度、水泥用量以及偏高岭土、矿粉和粉煤灰用量为输入向量,采用SPSS回归方程分析和基于Levenberg-Marquart算法的BP神经元网络预测模型对偏高岭土高性能混凝土的抗压强度进行了预测研究,并与试验值进行了对比.结果表明:与SPSS回归方程分析预测结果相比,BP神经元网络预测值与实测值线性拟合度高,拟合值为0.997,两者之比的平均值和标准差分别为0.999和0.010,网络预测最大相对误差不超过2.1%,模型预测精度高,结果可靠,为偏高岭土高性能混凝土的抗压强度预测提供了指导依据.     

利用钢渣和粉煤灰制备常温养护土聚水泥的实验研究

以钢渣为主料和辅料制备了常温养护的土聚水泥,讨论了养护条件和钢渣掺量对粉煤灰基土聚水泥抗压强度的影响.研究表明:用钢渣制备的土聚水泥有凝结速度快,养护温度低的特点.对于掺人钢渣的粉煤灰基土聚水泥,由于碱性激发剂在水中会稀释流失,常温保湿是较泡水更好的养护方法.钢渣含量增加,粉煤灰基土聚水泥的早期强度增大,但28 d强度减小.粉煤灰中钢渣含量为10%时,常温养护土聚水泥强度超过34.14 MPa.     

钢渣微粉生态型超高性能混凝土力学性能影响因素分析

为促进钢铁企业废渣的无害化处理与资源化利用,将钢渣制成微粉替代石英粉制备生态型超高性能混凝土(UHPC)是其再利用的有效途径之一。针对配制钢渣微粉UHPC的原材料因素影响问题,采用正交试验法对不同配合比下钢渣微粉UHPC的抗压、抗折、劈裂抗拉等强度指标及弹性模量进行测试,以分析硅灰、钢渣微粉、河砂和钢纤维四种原材料掺量对其各项性能指标的影响效果。结果表明：钢纤维体积掺量对钢渣微粉UHPC的各项力学性能影响最为显著,河砂、钢渣微粉掺量影响程度较大,硅灰掺量影响程度较小;立方体抗压强度、抗折强度、静力受压弹性模量指标下的显著性影响顺序为钢纤维>河砂>钢渣微粉>硅灰,轴心抗压强度、劈裂抗拉强度指标下的显著性影响顺序为钢纤维>钢渣微粉>河砂>硅灰;经正交试验得出最佳配合比方案,按该方案制备的钢渣微粉UHPC具有良好的工作性能与力学性能。     

镍渣替代铁粉制备道路硅酸盐水泥

以镍渣替代铁粉制备道路硅酸盐水泥熟料,研究了生料的易烧性,测定了熟料的f-CaO含量,采用X射线衍射,扫描电子显微镜等手段,对水泥熟料的矿物组成、强度、水化产物等进行了分析研究.结果表明:掺入适量镍渣煅烧的熟料f-CaO含量较低,生料的易烧性良好;熟料水化后水化程度好,有较高的抗折强度.当镍渣掺入量为10%,煅烧温度为1370 ℃时,28 d抗压强度可达75.2 MPa,抗折强度可达11.2 MPa.     

钢渣-杂填土基层材料的性能研究

将钢渣、矿渣微粉与废弃混凝土碎料混拌制备钢渣-杂填土基层,并对其性能开展研究。体积安定性试验表明,矿渣微粉具有明显抑胀作用,掺入50%(质量分数,下同)钢渣、50%杂填土以及外掺钢渣质量30%矿渣微粉的试件的10 d高温水浴膨胀率仅为1.32%,而未掺矿渣微粉的试件3~5 d膨胀率均超过2%限值。7 d无侧限抗压强度和28 d劈裂强度正交试验表明:7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度影响因素大小顺序为钢渣、水泥掺量、混凝土碎料占比、土壤固化剂;各组试件中7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度最大值分别为12.41 MPa、2.24 MPa;钢渣-杂填土基层最佳配比为50%钢渣、50%杂填土(m(混凝土碎料)∶m(素土)=6∶4),外掺钢渣质量40%的矿渣微粉、5%水泥、0.018%固化剂,此时试件具有良好的水稳定性。强度影响因素试验表明,矿渣微粉对试件强度的增幅影响最大。X射线衍射及扫描电子显微镜分析表明,在矿渣微粉和土壤固化剂的作用下,钢渣中f-CaO被有效消解,团聚体与混凝土碎料、钢渣颗粒的密实包裹阻止了内部水分的挥发和外部自由水的侵入,既保证了钢渣-杂填土基层的强度,又有效抑制了膨胀。     

鞍钢钢渣矿渣制备人工鱼礁混凝土复合胶凝材料

以81.5％的矿渣、5％的钢渣、12.5％的脱硫石膏以及1％的水泥熟料,制备出了28 d抗压强度为56.75 MPa的低碱度胶凝材料,该胶凝材料可用于制备低碱度人工鱼礁混凝土.通过改变钢渣和脱硫石膏的掺量,研究了其掺量变化与试件强度的影响关系.实验结果表明:在该体系中,当钢渣掺量小于5％时,胶砂试块的强度随着钢渣的增加而提高;当钢渣掺量大于5％时,胶砂试块的强度随着钢渣掺量的增加而降低,并在钢渣掺基大于20％时快速下降.脱硫石膏的掺量对胶砂试块的强度影响更为显著;当脱硫石膏掺量达到12.5％时,与不含脱硫石膏的试样相比,抗压强度和抗折强度分别提高了168％和176％.利用XRD和SEM分析净浆的水化过程,结果表明,体系在早期水化主要生成AFt相和C-S-H凝胶,并对强度的增长起了主要作用.     

常温养护粉煤灰基土聚水泥的实验研究

在常温养护条件下,分别制备了钢渣基土聚水泥和掺入钢渣与石膏的粉煤基土聚水泥,讨论了钢渣和石膏掺量对粉煤灰基土聚水泥抗压强度的影响：随钢渣或石膏含量增加,粉煤灰基土聚水泥的早期强度增大,但28d强度减小,粉煤灰中钢渣或石膏含量为10％时,土聚水泥抗压强度均超过32．5MPa。