碳酸化对普通硅酸盐水泥水化性能的影响

通过控制加水量来调节普通硅酸盐水泥的碳酸化程度。通过对硬化浆体水化产物的种类及含量进行分析,研究了在不同的加水量下,碳酸化对普通硅酸盐水泥水化性能的影响。结果表明：在加水量为0.2%～7%的范围内,碳酸化增重率由0.133%增至6.8%;普通硅酸盐水泥经碳酸化后,生成CaCO3晶体颗粒;f-CaO的含量由1.584%下降至0.198%;随着碳酸化增重率的增大,碳酸化水泥的标准稠度用水量由0.28增至0.42;碳酸化降低了普通硅酸盐水泥3 d、28 d抗压强度,尤其对3 d抗压强度影响更为明显;碳酸化生成的CaCO3易与水泥中的C3A反应生成碳铝酸钙;碳酸化抑制普通硅酸盐水泥的早期水化,但对后期水化影响较小。     

碳酸化预处理对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性及水化活性的影响

钢渣水化活性差，体积安定性不良限制了其作为辅助性胶凝材料的应用，但钢渣具有很好的碳酸化活性。本文在对钢渣进行预处理的过程中通过调整CO₂浓度及碳酸化时间，调控钢渣的碳酸化程度，分析了碳酸化对钢渣微观结构及固碳效果的影响，同时评价了碳酸化钢渣作为辅助性胶凝材料的可行性。结果表明：含30%(质量分数)钢渣的水泥砂浆试块3、28 d抗压强度较未掺钢渣水泥砂浆分别降低了43.2%和30.0%,净浆试块经压蒸试验后由于膨胀过大而溃散；CO₂浓度对钢渣的固碳量有显著的影响，高浓度(体积分数为99.9%)CO₂进行碳化养护3 min时钢渣固碳量就达到了3.67%。钢渣的体积安定性与碳酸化程度呈正相关，而过度碳酸化处理会降低其水化活性，掺加30%(质量分数)碳酸化预处理3、10 min钢渣的砂浆3 d抗压强度较掺加30%原始钢渣的砂浆分别提高了28.3%和15.8%。     

水泥的碳酸化工艺研究

通过设计正交实验,测定碳酸化水泥复合胶凝材料与纯水泥的水化产物及观察硬化浆体的微观形貌,研究了水泥的碳酸化工艺条件。结果表明：碳酸化水泥复合胶凝材料3d、28d的抗压强度普遍高于纯水泥,且强度等级由42．5提高至52．5;水量、碳酸化温度对碳酸化复合胶凝材料3d抗压强度有显著影响,且水量的影响作用较大;水泥的碳酸化最佳工艺条件为水量：0．2％、CO2压力：0．2MPa、碳酸化温度：25℃、碳酸化时间：30min;复合胶凝材料3d水化产物中有CaCO3微晶析出,28d水化产物中有较多的碳铝酸钙生成。     

碳酸化预养护钢渣制备钢渣水泥的性能试验研究

应用碳酸化技术对比表面积287m2/kg的钢渣粗粉进行预养护,从而制备大掺量钢渣水泥,并对其性能进行了试验研究。试验结果表明,碳酸化钢渣的fCaO含量降低,水化活性提高。碳酸化预养护钢渣较未碳酸化的钢渣制备的钢渣水泥强度及安定性有显著提高;钢渣水泥的密度、比表面积、标准稠度用水量和凝结时间等基本物理量与碳酸化钢渣粗粉的掺入量有关;在满足水泥强度和压蒸安定性的条件下,碳酸化钢渣粗粉的掺量可达50%。     

碳酸化预养护钢渣制备大掺量钢渣水泥的研究

应用碳酸化技术对比表面积为287m2/g的钢渣粗粉进行预养护,进行制备大掺量钢渣水泥的试验研究.实验结果表明:(1)钢渣粗粉在温度74℃,相对湿度70%～90%,CO2气体浓度30%～40%的条件下,碳酸化养护270min后其w(f-CaO)由5.67%降至0.34%;钢渣中的大部分f-CaO转化为CaCO3晶体,而C3S及C2S基本未参与碳酸化反应.(2)由于碳酸化作用,钢渣中Ca的浸析浓度明显降低,钢渣的早期水化速度加快、早期水化活性提高.(3)应用碳酸化预养护后的钢渣粗粉制备的钢渣水泥,钢渣粗粉掺入量可达40%,3 d强度达20.6 MPa,28 d强度达44.7 MPa,并且压蒸安定性良好.     

激发剂对钢渣早期活性影响的研究

在水泥熟料中掺加不同掺入量、不同比表面积的钢渣,再加不同量的芒硝、水玻璃、木质素磺酸钙作为激发剂,测定其3 d、28 d抗压抗折强度,研究各种激发剂对钢渣水化活性的影响,并通过XRD、SEM等测定研究其水泥胶砂试样的结构。试验结果表明,掺入外加剂后,对钢渣水化活性有较大影响,比表面积为475.7 m2/kg、掺入10%钢渣、3%芒硝、2%水玻璃、0.6%木质素磺酸钙对钢渣水化活性激发效果最好。     

不同矿物掺合料在复合胶凝材料中水化特性的对比研究

通过强度、X射线衍射(XRD)、差热-热重(DTA-TG)及扫描电镜(SEM)测试,对比研究了玻璃粉、石灰石粉和钢渣粉在水泥基材料中的水化特性.结果表明:养护早期,钢渣粉、石灰石及玻璃粉在胶凝体系中主要作为惰性材料起到填充作用,单掺15％的石灰石粉和钢渣粉能促进胶凝体系早期强度增长.养护至90 d时,由于掺合料的二次水化作用,复合胶凝体系的强度增长率高于纯水泥样;石灰石粉能与熟料中的铝相发生水化反应生成单碳水化碳铝酸钙;钢渣粉胶凝体系内,除了水泥水化继续生成的氢氧化钙之外,钢渣粉中的活性物质如C2S和C3S后期水化也能生成氢氧化钙,使得体系内氢氧化钙含量随龄期增加而增加;玻璃粉在养护后期能与氢氧化钙发生火山灰反应,且玻璃粉火山灰反应消耗的氢氧化钙量大于水泥水化的氢氧化钙量,导致玻璃粉体系内氢氧化钙含量随龄期增加而降低.     

养护条件对钢渣粉水化性能的影响

以磨细钢渣粉(SS)作辅助胶凝材料,研究不同养护条件下掺钢渣粉水泥的强度,并将之与砂粉(SP)对比.测试其在碱溶液作用下活性硅的溶出量、与饱和氢氧化钙溶液反应程度以及显微结构,探讨不同养护条件对钢渣粉水化性能的影响.结果表明:在常温水养条件,在同等掺量条件下,掺钢渣粉水泥3d、7d、28 d强度均较砂粉水泥强度高,钢渣粉早期水化活性较砂粉高.80℃水热养护至相同龄期,在同等掺量条件下,掺钢渣粉水泥强度均较掺砂粉水泥要高.与常温条件相比,80℃水热条件下钢渣粉消耗的Ca(OH)2量明显增加,生成的水化产物也较多,水化反应程度较砂粉高.水热条件有利于激发钢渣粉活性,提高其水化反应程度,增加试样强度.     

活性MgO含量对碱式硫酸镁水泥强度及水化产物的影响

为了研究活性MgO含量对碱式硫酸镁水泥强度及水化产物的影响,采用不同活性MgO含量的轻烧氧化镁制备水泥试样,进行抗压强度和抗折强度试验,并对水泥水化产物进行X射线衍射分析.结果表明,当改性剂掺量为活性MgO质量的1％时,活性MgO含量为60％的轻烧氧化镁制备的水泥试样在室温条件下养护28 d的抗压强度最高,水化产物的主要物相为5·1·7相和少量Mg(OH)2相;活性MgO含量为70％的轻烧氧化镁配制的水泥试样在同等条件下的抗压强度仅为活性MgO含量为60％时的60％,水化产物的主要物相为Mg(OH)2相和少量5·1·7相;活性MgO含量为43.2％的轻烧氧化镁制备的水泥试样强度最低,水化产物中以Mg(OH)2相为主,5·1·7相含量较少,以及剩余MgO相和未分解的MgCO3相.采用活性MgO含量为70％的轻烧氧化镁制备水泥试样时,增加改性剂掺量为活性MgO质量的2％时,试样各龄期强度有较大提高.     

钢渣对硅酸盐水泥水化硬化的影响研究

研究了钢渣的掺量对硅酸盐水泥强度的影响,采用SEM和EDXA分析了水泥水化产物的形貌和微区化学成分,并用XRD对水泥水化产物的矿物组成进行了分析。结果表明,钢渣经细磨后活性有很大提高,当钢渣试样的比表面积为444.5m~2/kg时,其28d强度活性指标可达82.4％;钢渣的掺入会降低水泥的抗压强度,但随钢渣-硅酸盐水泥混合体系水化的全面进行,7d以后龄期的强度增长较快,至120d时混合水泥的净浆抗压强度已与纯硅酸盐水泥相差甚小;掺入钢渣后混合水泥水化产物的形貌与纯硅酸盐水泥的水化产物无明显差别,都有六方片状的Ca(OH)_2,CSH凝胶的形貌也与纯硅酸盐水泥的水化产物类似,所不同的是此种凝胶合有较多的含铁相;掺钢渣的混合水泥的水化产物主要有C_2SH(C)、AFt和Ca(OH)_2,但C_2SH(C)性质的确定还需要继续深入研究。     

钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化过程的影响及热力学模拟

通过测试水泥浆体的凝结时间、抗压强度、电阻率,同时结合水化产物分析及热力学模拟,研究了不同掺量钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响规律。结果表明,随着钢渣粉质量掺量的增大,初凝时间呈先延长后缩短的趋势,且在掺量为20%时达到最大值。在28 d龄期内,掺入钢渣粉的水泥硬化浆体抗压强度均小于未掺入钢渣粉的硬化浆体,但在龄期达到60 d和90 d时,掺入40%钢渣粉试样的抗压强度均大于未掺入钢渣粉的试样。钢渣粉与硫铝酸盐水泥复合浆体的电阻率在水化初始阶段随着钢渣粉掺量的增大而增大,在水化后期(约3 h后)则随钢渣粉掺量的增大而减小。在1 d龄期内,钢渣粉掺量为40%的试样中的钢渣粉发生了水化反应,使得水泥浆体在减速期的水化速率最大。由热力学模拟结果可知：在钢渣粉掺量为40%的试样中,C₂S在10 h后开始进行水化反应,C₂ASH₈则在168 h后开始生成;当钢渣掺量大于15%时,随着钢渣粉掺量的增大,钙矾石和铝胶的生成量逐渐减少,C₂ASH₈的生成量逐渐增多。     

不同细度钢渣的活性研究

通过不同的粉磨时间制备出不同细度的钢渣粉,并对其活性进行研究,试验中进行了钢渣活性指数测定、水化热分析、非蒸发水量的测定和氢氧化钙的测定。试验结果表明,在一定的细度范围内,钢渣的细度对其3d的活性几乎无影响,对其28d活性略有影响,但效果不明显。     

纳米SiO2对钢渣水泥基胶凝材料的影响

钢渣和水泥具有相似的矿物组成,可以作为一种潜在的胶凝材料,然而钢渣掺量较高时并不利于混凝土早期性能的发展。以钢渣质量分数为30%的钢渣水泥基胶凝材料为研究对象,探讨纳米SiO₂对其早期性能的影响。主要通过测量流动度、凝结时间和抗压强度评估物理力学性能,并利用微量热分析、X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC-TG)等方法对掺有纳米SiO₂的钢渣水泥基胶凝材料的水化过程和水化产物进行分析。结果表明,当纳米SiO₂掺入的质量分数为3%时,纳米SiO₂可充分发挥火山灰活性,消耗大量Ca(OH)₂,同时由于纳米SiO₂颗粒的结晶成核作用和微集料填充作用,促进了钢渣和水泥的水化,水化初期的放热速率有所提高,从而提高钢渣水泥基胶凝材料的力学性能,28 d的抗压强度提高了14.0%。     

硅锰渣-固硫灰复合辅助性胶凝材料水化机理研究

早期水化活性过低是限制冶炼渣在胶凝材料体系中大掺量应用的重要因素之一。利用固硫灰(CFBA)中的硫酸盐激发硅锰渣(SM)水化活性,并研究硅锰渣-固硫灰复合辅助性胶凝材料的水化过程及活性发展。结果表明:随着固硫灰掺量增加,胶砂流动度大幅下降,但其早期和后期活性得到有效提升;当固硫灰掺量为10%(质量分数)时,复合辅助性胶凝材料3 d、7 d和28 d活性指数分别达到61%、71%和95%,均高于单独使用硅锰渣体系(3 d、7 d和28 d活性指数分别为50%、53%和81%)。固硫灰的掺入激发了水泥和辅助性胶凝材料的早期水化,延缓了水化过程中钙矾石转变为单硫型水化硫铝酸钙(AFm),使得胶凝材料早期水化形成更多钙矾石。     

钢渣及电石渣与废弃混凝土固化储存CO_2基本参数研究

对钢渣、电石渣、废弃混凝土等固体废弃物碳酸化固化储存温室气体二氧化碳(CO2)进行研究。实验从固体废弃物颗粒粒径、水分添加量等因素,考察碳酸化固化储存二氧化碳(CO2)的效果,并利用XRD、FTIR和SEM对反应机理进行分析。结果表明,固体废弃物颗粒粒径越小,二氧化碳(CO2)固化效率越高。水分添加量过低或过高均不利于碳酸化反应的进行,适宜的水分添加量为4kg/kg。XRD和FTIR分析表明,固体废弃物中的大量的CH、硅酸三钙(C3S)和氧化钙(CaO)转化为碳酸钙(CaCO3),以达到固化储存二氧化碳(CO2)的效果。SEM实验结果表明,经碳酸化处理后固体废弃物颗粒表面生成颗粒状的晶体物质。电石渣,钢渣及废弃混凝土对二氧化碳(CO2)固化效率分别为81%,76%和49%;每千克电石渣,钢渣及废弃混凝土分别可以固化二氧化碳(CO2)气体0.094kg,0.088kg及0.057kg。     

钢渣水化产物的特性(英文)

用X射线衍射分析、水化热的测量、化学结合水量的测定、孔结构的测定、扫描电镜观察及强度测试研究了钢渣的水化产物的特性。结果表明:钢渣硬化浆体中主要含有水化硅酸钙(C–S–H)凝胶、Ca(OH)2、惰性组分[RO相、铁酸二钙(C2F)和Fe3O4]和未水化的胶凝相[硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)];总体而言,钢渣的水化过程与水泥的水化过程相似;钢渣早期的水化速率远低于水泥,但钢渣后期,尤其是90d之后的水化速率高于水泥的。钢渣水化产生的C–S–H凝胶不具有良好的胶凝性能,凝胶之间的相互黏结也不牢固,因此钢渣砂浆的强度很低。     

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。     

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.