基于响应面法的复合充填料浆配比优化及微观结构影响机制

为探明因素间交互作用对充填体强度性能的影响机制及揭示胶凝材料水化产物作用机制,以水泥、石灰、石膏添加量为自变量影响因子,胶结体抗压强度为响应目标值,采用Box-Behnken响应面法(RSM)设计试验,建立二次多项式回归模型,结合Numencial功能优化模型自变量参数。最后,利用XRD、SEM、EDS分析手段,探讨净浆试样水化产物组成及微观结构形貌。研究结果表明∶方差分析及模型响应曲面共同诠释了水泥和石灰添加量的交互作用是影响充填体强度性能的关键性因素。对复合充填料浆配合比寻优可得,在水泥∶石灰∶石膏∶矿渣∶甲酸钙=30∶15∶1∶50∶4最优条件下,胶结体3天和7天抗压强度为1.19 MPa和2.17 MPa,模型验证试验相对误差为3.25%和0.93%,表明模型精确度高,可靠性强。复合胶凝体系水化产物主要为钙矾石(AFt)和C-S-H凝胶,随着龄期的延长,AFt和C-S-H凝胶交错生长,紧密搭接,形成致密的三维空间网络结构支撑体系,是胶结充填体具备强度性能的主要来源。      

钢渣粉性能优化及制备无熟料混凝土的试验研究

为提高固体废弃物综合利用率,通过钢渣分段除铁优化试验和钢渣粉对无熟料混凝土抗压强度影响试验,研究以钢渣-矿渣-脱硫石膏作为胶凝材料制备无熟料全固废混凝土。结果表明,经分段磁选可获得金属铁含量低于0.5%的高性能钢渣粉;当钢渣粉比表面积为640m~2/kg,m(钢渣)∶m(矿渣)=1∶2.5时,无熟料混凝土同时获得较优的3d和28d强度。XRD、TG-DSC、IR和FE-SEM分析表明,在脱硫石膏的激发作用下钢渣和矿渣可以相互促进水化,水化产物以AFt(钙矾石)和C-S-H(水化硅酸钙)凝胶为主。早期钢渣水化促进矿渣的解聚并结合脱硫石膏生成AFt网状结构,随着水化反应的进行胶凝体系生成的C-S-H凝胶充填于AFt网络中使硬化浆体结构致密从而保证强度的增长。     

赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性*

采用XRD、IR、TG-DTA、MIP等手段表征赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物及其硬化浆体的孔结构, 研究了解赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性。结果表明, 赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物主要有C-S-H凝胶、钙矾石和Ca(OH)₂, 前两者对其强度的发展有促进作用; 水化1 d至90 d其中Ca(OH)₂的含量呈先升高后降低的趋势; 随着水化反应的进行在CaO/SiO₂比值较低的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料中Si-OH基团之间发生聚合反应, 水化产物的聚合度升高; CaO/SiO₂比值为0.95和1.04的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的硬化浆体具有较好的孔结构, 而CaO/SiO₂比值为1.13的胶凝材料硬化浆体的孔结构相对较差。     

低浓度全尾砂充填材料泌水及其调控机理

针对低浓度全尾砂充填过程中的泌水造成输送堵管充填体强度不均匀和体积沉缩等问题,进行尾砂级配、胶凝材料用量、料浆浓度、固水材料掺量的正交实验,分析了各种因素对泌水率的影响,根据电阻率(ER)测试、SEM-EDS和XRD探讨了固水材料的作用机理。结果表明,充填料浆的泌水率随着尾砂细颗粒、胶砂比、浓度和固水材料掺量的增加而降低,料浆的浓度和固水材料掺量对泌水率的影响最显著。添加5%的固水材料可使充填材料泌水率降低10%,初始粘度降低30%,2 h粘度降低53%,28 d抗压强度提高20%。固水材料可改善充填材料的孔隙率,提高充填材料水化体系的SO₄^2-浓度和pH值,生成钙矾石、斜方钙沸石以及C-S-H凝胶和硅铝酸盐凝胶的混合物,消耗大量自由水,高分子聚合物通过分子缠绕提高了体系的稳定性,改善了充填材料的泌水现象。     

拜耳法低铁赤泥在电石渣-脱硫石膏体系中的水化硬化特性

为促进拜耳法赤泥在胶凝材料中的大宗化和高附加值利用,以山西孝义拜耳法低铁赤泥为研究对象,借助XRD、FTIR、SEM、ICP-OES等现代测试手段,研究了拜耳法赤泥在电石渣-脱硫石膏体系中的水化硬化特性。研究表明,拜耳法低铁赤泥具有潜在活性,氧化铝为其活性的最主要来源,在电石渣-脱硫石膏体系中,通过电石渣的补钙作用和脱硫石膏的促进激发作用,赤泥中的氧化铝得以有效激发,其水化产物主要为钙矾石、C-S-H凝胶、水化硫铁酸钙、钙霞石、无水芒硝和氢氧化铝。     

粉煤灰抑制ASR的机制

本文研究粉煤灰对ASR的抑制作用.测定了不同粉煤灰掺量砂浆棒膨胀率、水泥石中Ca(OH)2含量以及主要水化产物C-S-H凝胶的微观结构和化学组成,并对粉煤灰抑制ASR的机制进行探讨.结果表明:随粉煤灰掺量增加,其对ASR具有显著的抑制效果.水泥石中Ca(OH)2含量不断减少,二次反应生成大量低n(Ca)/n(Si)的C-S-H凝胶.随n(Ca)/n(Si)降低,C-S-H凝胶中固溶了大量的Al,凝胶的固碱能力增强,从而使混凝土孔溶液中的有效碱大大减少,减轻了ASR程度.凝胶的固碱能力增强除了因n(Ca)/n(Si)降低,使C-S-H凝胶的固碱能力增强之外.还可能因为Al3 代替Si4 形成[AlO4]5-四面体,由于Al3 比Si4 少一价,引起电价不平衡,系统带负电,因此碱离子更容易进入C-S-H凝胶中,减少了碱与活性集料反应的机会.     

钢渣矿渣基全固废胶凝材料的水化反应机理

以钢渣、矿渣和脱硫石膏为主要原料制备胶凝材料,使用XRD、IR、TG-DTA和SEM等手段探究胶凝材料的水化反应机理,研究了钢渣掺量对全固废混凝土强度的影响,以及胶凝材料浆体的p H值和代表性离子浓度的变化规律。结果表明,当原料质量比为m(钢渣):m(矿渣):m(石膏)=30:58:12时,全固废混凝土3 d、7 d和28 d可以获得较优的强度。随着反应龄期的增加胶凝材料水化溶液的pH值先减小后增大,Ca2+浓度和硅(铝)溶解物的早期浓度较低,后期浓度有所提高。在脱硫石膏的激发下钢渣和矿渣相互促进水化,水化产物以钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶为主。在反应的后期,水化产物的数量迅速增加。针棒状的AFt晶体穿插在C-S-H凝胶内,使硬化浆体的结构更加致密。     

超长侧链型聚羧酸梳形共聚物对水泥早期水化的影响

选用了一组超长侧链型聚羧酸梳形共聚物作为水泥体系的分散剂,通过水化热测定、强度试验和扫描电镜等表征手段,研究了超长侧链型聚羧酸梳形共聚物分散剂对水泥早期水化的影响.研究发现,超长侧链型聚羧酸梳形共聚物比普通聚羧酸梳形共聚物具有加速水泥水化、提高水泥基材料强度的作用.扫描电镜得到的形貌结果发现,超长侧链型聚羧酸梳形共聚物的掺入改变了水化产物的形貌,并且侧链越长,呈絮状的C-S-H凝胶和呈针状的钙矾石晶体明显增加.这说明超长侧链型聚羧酸加速了C-S-H凝胶和钙矾石晶体的形成,促进了水泥混凝土体系早期强度的形成.     

化学活化剂对铬铁渣水泥复合材料力学性能及水化的影响

以工业废弃物铬铁渣替代不同比例的水泥,并添加不同含量的KCl作为化学活化剂,成功制备了铬铁渣水泥复合材料。分析了铬铁渣掺量及KCl添加量对铬铁渣水泥复合材料抗压强度的影响,并利用傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜、热重-差热分析等方法对不同水泥复合材料的样品进行了测试。结果表明,10%(质量分数)铬铁渣掺杂具有较好的抗压强度,且符合Cr~(6+)排放标准;0.6%(质量分数)的KCl加入到10%(质量分数)铬铁渣含量的水泥复合材料中,抗压强度最高,养护7,28和90 d后抗压强度分别为46.13,67.45和78.98 MPa;化学活化剂KCl的加入加速了钙矾石和C-S-H凝胶的形成,有利于提高水泥复合材料的致密性,同时化学活化剂中的氯离子可与水泥复合材料中粉煤灰提供的活性Al_2O_3反应生成水铝钙石,促进了熟料的水合作用,提高了水泥复合材料的早期强度和耐久性。     

钢渣激发脱硫石膏水硬性胶凝材料的研究

研究旨在开发一种以钢渣为碱性激发剂,以烟气脱硫石膏、矿渣粉为主要为原料的脱硫石膏水硬性胶凝材料。该胶凝体系3天抗折强度和抗压强度可达4.4 MPa和15.8 MPa;28天抗折强度和抗压强度可达9.4 MPa和50.7 MPa。其试样的强度随钢渣掺量的增加而增加,而钢渣含量一旦超过8%后,增长幅度变缓,甚至开始降低。XRD和SEM分析表明,脱硫石膏-矿渣-激发剂体系的水化产物主要是钙矾石和C-S-H凝胶。脱硫石膏在水化过程中一部分参与水化形成水化产物钙矾石,其余部分被水化产物所包裹起集料骨架作用。     

氯离子环境下钙矾石和水化硅酸钙体系铝配位分布

通过化学合成钙矾石和水化硅酸钙,利用XRD、27 Al核磁共振测试手段,研究了氯离子环境下钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶体系中铝配位分布规律。结果表明,在C-S-H凝胶和氯离子共存环境中,第三类水化铝酸盐(TAH)凝胶中六配位铝(Al[6])首先转化为四配位铝(Al[4])进入C-S-H结构,且Al[4]总量不受C-S-H钙硅比限制;同时氯离子不影响Al[6]-TAH向Al[4]转化,当达到C-S-H凝胶容纳Al[4]的极限时,剩余的Al[6]-TAH才与氯离子反应形成Friedel盐(F盐)。TAH比AFt更容易与氯离子反应形成F盐;低钙硅比C-S-H环境不利于TAH与氯离子结合,但利于钙矾石分解并与氯离子反应生成F盐。     

硫铝酸盐复合水泥体系水化特征研究

通过正交试验研究了硫铝酸盐复合水泥中不同掺量的普通硅酸盐水泥、石膏、硅灰及粉煤灰对其强度、自收缩以及水化热的影响。结果表明:普通硅酸盐水泥及石膏的掺入显著改变了硫铝酸盐复合水泥水化进程,硅灰及粉煤灰是影响后期强度的主要因素;自收缩试验结果表明普通硅酸盐水泥和石膏是影响硫铝酸盐复合水泥水化早期自收缩的主要因素;水化热测试结果表明粉煤灰和普通硅酸盐水泥在水化前6 h起到显著作用,粉煤灰降低了水化放热,而普通硅酸盐水泥增加水化放热;硅灰及石膏对6~24 h水化放热影响显著。结合XRD及SEM测试结果,表明普通硅酸盐水泥和石膏的存在加速了硫铝酸盐复合水泥水化早期钙矾石生成,随着石膏浓度的下降,发生转晶(AFm),随着后期硫铝酸盐水泥中β-C₂S的水化以及硅灰、粉煤灰的火山灰反应产生C-S-H凝胶,使得体系致密化。     

全尾砂-棒磨砂新型胶凝充填材料的制备

将某镍矿选矿全尾砂代替部分棒磨砂作为骨料,采用正交试验和神经网络预测模型,制备以铁矿渣粉为活性材料、以脱硫灰、生石灰为主要激发剂的全尾砂-棒磨砂新型胶凝充填材料,分析了该材料的微观结构及其水化产物。结果表明:全尾砂添加质量分数为30%时,新型胶凝充填材料3 d、7 d和28 d的抗压强度分别达到1.73 MPa、4.22 MPa和6.93MPa,比水泥分别提高了8.13%、51.8%和34.0%,满足镍矿的充填强度指标。新型胶凝充填材料的主要水化产物为C-S-H凝胶,团絮状C-S-H凝胶形成结构密实的胶凝体,将骨料紧密粘结在一起形成较高的力学强度。用这种新型胶凝充填材料可实现30%的全尾砂利用率。     

钢渣激发脱硫石膏水硬性胶凝材料的研究

研究旨在开发一种以钢渣为碱性激发剂,以烟气脱硫石膏、矿渣粉为主要为原料的脱硫石膏水硬性胶凝材料。该胶凝体系3天抗折强度和抗压强度可达4.4 MPa和15.8 MPa;28天抗折强度和抗压强度可达9.4 MPa和50.7 MPa。其试样的强度随钢渣掺量的增加而增加,而钢渣含量一旦超过8%后,增长幅度变缓,甚至开始降低。XRD和SEM分析表明,脱硫石膏-矿渣-激发剂体系的水化产物主要是钙矾石和C-S-H凝胶。脱硫石膏在水化过程中一部分参与水化形成水化产物钙矾石,其余部分被水化产物所包裹起集料骨架作用。     

低活性酸性矿渣粉细度对胶结充填体早期强度的影响

为了解决以活性较低的酸性矿渣粉开发的胶凝材料胶结充填体早期强度较低的问题,利用对矿渣粉粉磨不同时间的机械活化来研究矿渣粉细度对早期强度的影响。结果表明:对原状矿渣粉粉磨1、1.5 h后,相对于原状矿渣粉的比表面积404.7m~2/kg,矿渣粉比表面积分别增大为521、577.2 m~2/kg;粉磨1 h矿渣粉的3 d抗压强度提高了33.3%,7 d抗压强度无明显增长;粉磨1.5 h矿渣粉的3、7 d抗压强度分别提高了22.2%、18.1%;矿渣粉胶凝材料的水化产物主要以针状钙矾石和团絮状C-S-H凝胶物为主,与骨料紧密粘结构成整体。     

废弃混凝土再生微粉固化盐渍土的强度特性及微观机理研究

再生微粉由其成本低、易获取的特点用于固化盐渍土可以达到固废利用、节约资源的目的.本实验基于无侧限抗压强度试验、XRD和SEM试验,探究了再生微粉联合粉煤灰、水泥固化盐渍土的强度特性、微观机理、固化机制,结果表明:再生微粉替代部分粉煤灰、水泥掺入盐渍土后,固化土抗压强度较天然盐渍土有了大幅提升,且再生微粉替代粉煤灰的较优替代量为80％;再生微粉的掺入促进了粉煤灰的硅酸化反应,生成具有胶凝作用的水化硅酸钙、水化铝酸钙,相互构成网状结构,提高了土体稳定性;再生微粉联合水泥固化盐渍土时,生成的胶结能力较强的C?S?H和C?A?H凝胶会与再生微粉共同填充于土间孔隙中,使土体结构更加密实,通过凝胶的凝结硬化作用增加盐渍土的抗压强度.     

硫铝酸盐水泥基胶凝材料的改性研究

根据结晶诱导、超细粉体、化学激发等效应,通过抗压强度测试、XRD、热重、SEM等分析手段对大掺量粉煤灰的硫铝酸盐水泥进行了研究。实验结果表明,引入增强组分M后,试块2h、3,7,28d最高抗压强度分别提高了140%,116%,80%和60%;钙矾石及铝胶生成量增多,体系变的更致密,2h就能达很高强度;M的引入,可能使钙矾石初始结晶度变差;随养护龄期的延长,钙矾石结晶度逐渐变好,M促使粉煤灰参与后续水化反应,使粉煤灰颗粒被水化物紧密包裹,体系变得更致密,试块后期强度变大。     

用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土

以粉煤灰和铁尾矿为主要原料制备高强混凝土,用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析材料的水化产物和微观形貌,研究了铁尾矿掺量、水胶比、高效减水剂用量对高强混凝土力学性能的影响。结果表明,混凝土的抗压强度为100.1 MPa,抗折强度为20.6 MPa,固体废弃物掺量达86.4%;在水化过程中大量C-S-H凝胶和钙矾石的生成为细骨料混凝土提供了早期强度,火山灰活性反应对Ca（OH）₂的消耗是混凝土后期强度持续提高的主要原因。     

超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料的性能及水化机理

镁合金被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”,我国皮江法炼镁所得镁渣规模庞大、亟待解决，制备建筑材料是消纳镁渣的重要渠道，但国内外相关研究屈指可数，且普遍以镁渣耦合其他固废及水泥制备复合胶凝材料为主，鲜有针对镁渣-水泥简单体系的细致研究，故镁渣水化及其对水泥水化的影响机制尚未明确。本工作通过探究超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料(MS-C)新拌浆体和硬化浆体的性能、组成及结构演化规律，分析超细镁渣微粉对MS-C水化进程的影响机制，进一步揭示镁渣-水泥的协同水化机理。镁渣中的硅酸二钙以低活性γ-C₂S为主，超细粉磨是发挥其填充效应的关键途径，掺入30%的超细镁渣粉使水泥中1 000 nm以上孔含量由7.98%降低至6.83%。在减水剂作用下，MS-C浆体的流动性随超细镁渣微粉掺量的增大而增大，在无减水剂时其作用相反。低掺量超细镁渣微粉的水化及弱胶凝作用可增大其填充效应对强度的贡献，并促进Ca(OH)₂和C-S-H凝胶的生成，使得低超细镁渣微粉掺量的MS-C获得优于纯水泥的28 d力学性能。本研究获得了超细镁渣微粉-水泥水化特性的基础结论，为提高镁渣...     

Ca(OH)2解耦法对混合水泥中C-S-H凝胶的半定量研究

基于掺合料反应程度与Ca(OH)2消耗量之间关系的建立,结合水泥水化平衡计算理论,提出混合水泥水化产物中Ca(OH)2量的解耦方法并将其用于混合水泥水化产物C-S-H凝胶半定量计算.采用该法对掺粉煤灰的混合水泥不同龄期水化产物C-S-H凝胶进行了半定量分析研究.