聚合铝对锂渣-水泥复合胶凝材料 水化硬化特性的影响

锂渣具有火山灰活性,可作为辅助性胶凝材料应用于水泥基材料中,但其较低的水化活 性导致材料的力学性能和耐久性能下降。 针对锂渣在复合胶凝材料中的低水化程度,本文采用 一种无机高分子聚合铝作为激发剂来提升锂渣的水化反应活性,通过测定材料的胶砂强度、化学 结合水量等宏观性能,并结合水化放热特性、水化产物矿物组成及背散射显微形貌等微观表征, 分析了聚合铝对锂渣－水泥复合胶凝材料水化特性的影响及作用机理。 结果表明:聚合铝的掺入 显著提高锂渣－水泥复合胶凝材料２８ｄ龄期的抗压强度和化学结合水含量,分别增长了２６*８％ 和５％;早期水化反应中,聚合铝的掺入加速了锂渣－水泥复合胶凝体系的矿物相溶解和晶体的生 长,增加了水化产物的成核总量,水化产物中出现了大量的钙矾石、水化铝酸钙、氢氧化钙及非晶 态水化凝胶;聚合铝的掺入促进了锂渣－水泥复合胶凝体系的水化和锂渣颗粒的溶解与侵蚀。     

煤矸石胶凝特性的研究

分析了国内外煤矸石的综合利用情况，结合煤矸石矿物特性及其化学组成，提出煤矸石胶凝材料化的3个活性区：即低温脱水活性区、中温自水化活性区以及高温玻璃化活性区．根据煤矸石矿物的结构特性，从矿物结构的继承性、延续性和能量优化耗散规律出发，分析了低温煅烧煤矸石作为水泥混合材降低水泥强度的原因以及煤矸石作为水泥原料的黏土替代材料过程中高耗能的原因．提出了煤矸石利用过程中“系统功最小”原则，并结合煤矸石与胶凝材料之间的双重相似性（大宗性以及组分近似性）成功地研制出黏土质硅铝基胶凝材料．     

含粉煤灰或铁尾矿粉复合胶凝材料性能研究

为了验证矿物掺和料在复合胶凝材料水化硬化过程中的作用效应,实验用与水泥细度相近的粉煤灰和铁尾矿粉作为活性和惰性矿物掺合料,研究了相同养护温度、不同水胶比条件下,矿物掺合料掺量和种类对胶砂块试件抗压强度以及7 d龄期混凝土自收缩发展规律。结果表明：在水化初期,粉煤灰和铁尾矿粉在复合胶凝材料水化中起到物理填充作用,随龄期延长,粉煤灰的火山灰效应才逐渐显现。水化初期,矿物掺合料的物理因素（颗粒形貌等）对胶砂块抗压强度影响超过化学因素（反应程度等）,同时活性与惰性掺和料的作用基本相同;粉煤灰和铁尾矿粉的自收缩规律基本相同,均随着掺量增大呈线性递减特性。     

含C4A3S矿物硅酸盐水泥充填性能研究

矿山充填胶凝材料对充填效果有重要影响.以普通硅酸盐水泥为基础,结合硫铝酸盐的水化特征,研究开发含C4A3(S-)矿物的硅酸盐水泥.其生产成本低于普通硅酸盐水泥,且水化速度快、早期强度高,尤其是对含水细物料有较好的胶结作用,C4A3(S-)矿物对粉煤灰还有很好的激发作用.它是一种很有前途的充填胶凝材料.     

水泥在石膏复合胶凝材料体系中的作用

石膏复合胶凝材料是由石膏与矿渣或粉煤灰、水泥等原材料配制而成的新型胶凝材料,水泥对其性能有很大影响,掺量过少不能有效激发矿渣活性,掺量过多易引起安定性不良。通过pH值测定和水化产物的XRD图谱并结合宏观试验结果,分析了水泥在石膏复合胶凝材料水化过程中的作用及机理。结果表明,水泥除自身水化外,主要为石膏复合胶凝材料体系提供钙离子和矿渣水化需要的碱性环境,能够加快矿渣活性的激发速度,缩短石膏复合胶凝材料的凝结时间;水泥掺量少,自身水化产物少且对矿渣激发不充分,不足以形成致密的网状结构,掺量过多,钙矾石生成量大,会因膨胀而破坏已形成的结构,导致强度和耐水性能降低;水泥的最佳掺量范围为7%~10%。     

金尾矿固化氯离子的机理研究

以火山灰质金尾矿为原材料,通过机械力活化和复合活化工艺（将机械力活化后的金尾矿进行热活化）激发尾矿硅铝活性,采用XRD、SEM、FT-IR测试手段测试水化产物,分析了胶凝材料水化机理及其对氯离子的固化机理。试验结果表明:由粉磨60 min再经750℃热活化1 h的金尾矿粉组成的胶凝材料固氯效果良好,胶砂块力学性能更加优异,活性尾矿粉的掺入促进了铝酸三钙（C₃A）、铁铝酸四钙（C₄AF）等矿物与氯离子化学结合生成Friedel盐的能力,同时掺入复合活化金尾矿粉的试样中有更多能吸附氯离子的硅酸钙凝胶（C-S-H）和钙矾石（AFt）产物,试样密实度提高的同时其固化氯离子的能力也提升。      

煤矸石质硅铝基胶凝材料的试验研究

为提高煤矸石的综合利用率，以500 ℃煅烧的煤矸石为主体原料，附以改性硅酸钠溶液为成岩剂，研制煤矸石质硅铝基胶凝材料.利用煤矸石与矿渣、粉煤灰之间的协同效应在常规条件下制备出强度持续增长（62.10 MPa，3 d； 93.15 MPa，90 d）、施工性能良好的胶凝材料.通过X射线衍射、IR和MAS NMR对全煤矸石硅铝基胶凝材料进行研究，煤矸石质硅铝基胶凝材料在水化前后Si，Al价键和配位发生了改变，表征有水化产物生成，进一步验证水化产物有水白云母、C-S-H凝胶和类沸石无定性铝硅酸盐凝胶.根据煤矸石硅铝基胶凝材料的特征提出了原位键合的水化机理.     

镁质胶凝材料制备与分类、水化机理及耐久性能

镁质胶凝材料是基于活性MgO的一种新型胶凝材料,具有快凝、早强、耐火等特性,在修补、抢修等工程中具有显著优势。本文按照MgO煅烧温度及调和液种类,将镁质胶凝材料分为氯氧镁水泥、硫氧镁水泥和磷酸镁水泥,详细讨论并总结了它们的水化机理及耐久性能。氯氧镁水泥的水化实质是MgO、MgCl₂和H₂O三元体系水化;硫氧镁水泥水化过程由于游离MgSO₄的存在导致硬化体系的强度较低;磷酸镁水泥由于MgO溶解放热及与磷酸盐之间剧烈反应放热的重叠导致水泥水化过快及放热过于集中。碳化会收缩镁质胶凝材料硬化基体中的毛细孔、优化内部孔结构,提高其强度及耐久性。镁质胶凝材料耐水性都较差,氯氧镁水泥耐水性差的原因目前并没有统一的认识;硫氧镁水泥耐水性差是因为未反应的MgO与水反应生成Mg(OH)₂,引起体积膨胀、硬化基体开裂;磷酸镁水泥耐水性差是因为磷酸盐会导致水化产物及未反应的MgO溶解。     

矿物掺合料协同建筑垃圾充填材料性能研究与水化机理

为实现城市建筑垃圾与矿山采空区的协同治理，以建筑垃圾为再生骨料，以矿渣微粉和磷石膏为胶凝材料，采用正交试验探究料浆质量浓度、灰砂比、矿粉掺量和减水剂掺量对膏体充填材料塌落度、扩散度和抗压强度的影响规律，借助SEM微观分析手段，阐述碱激发矿物掺合料固化建筑垃圾作用机理。研究结果表明：膏体充填材料塌落度和扩散度影响因素显著性排序依次为料浆质量浓度、减水剂掺量、矿粉掺量、灰砂比，3 d和28 d抗压强度影响因素显著性排序依次为料浆质量浓度、灰砂比、矿粉掺量、减水剂掺量。在碱和磷石膏的协同激发作用下，矿粉玻璃相网状结构释放大量的活性硅和活性铝，与水化体系中的钙离子重新聚合生成钙矾石和C-S-H凝胶，水化产物镶嵌在建筑垃圾颗粒表面，构筑成密实结构整体。     

电厂脱硫石膏粉在水泥基胶凝材料中的复合效应

研究了脱硫石膏粉对水泥基胶凝材料性能的复合效应。结果表明:脱硫石膏-水泥复合胶凝材料的体积安定性良好,初凝时间明显延长,终凝时间和标准稠度用水量略有增加。脱硫石膏-水泥胶砂水化时,一部分脱硫石膏参与水泥水化反应生成钙矾石晶体,其余的脱硫石膏颗粒起微集料的填充作用。大量的脱硫石膏超细颗粒均匀分散在浆体中,填充并细化了毛细孔和孔隙,改善了胶砂的孔结构,提高了胶砂密实度。通过不同龄期的净浆试件的XRD图谱,表明脱硫石膏-水泥复合胶凝材料的水化产物主要是C-S-H凝胶、钙矾石和二水硫酸钙。     

钼尾矿复合胶凝材料的制备及其水化机理研究

为了促进固体废弃物的资源化利用,解决尾矿堆积带来的环境、安全问题,并提供相应的理论依据,以钼尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,通过粒度分析、力学性能测试、X射线衍射（XRD）和扫描电镜 （SEM）等测试手段,研究了钼尾矿磨矿时间和掺量对胶凝材料性能的影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：①当钼尾矿粉磨时间为80 min,比表面积为500 m2/kg,其28 d活性指数接近1.2;钼尾矿掺量为40% ,胶砂比为1∶3,水胶比为0.5时,所制备的复合胶凝材料胶砂块28 d抗压强度为52 MPa。②复合胶凝材料水化反应初期,主要生成水化硅酸钙和钙矾石,为胶砂块提供了早期强度,水化反应后期主要产物为C—S—H 凝胶、水化铝酸钙及钙矾石（AFt）,尾矿残余颗粒及水化产物的凝聚效应为胶砂块强度提供了保障。     

基于矿冶废渣制备充填专用胶凝材料研究

本文首先测定了矿冶废渣及原材料的基本化学性质,并根据测试结果研发了复合型强碱性激发剂,用于激发矿冶废渣活性,从而制备出适用于矿山充填专用胶凝材料;通过XRD测试了充填专用胶凝材料硬化体中的水化反应产物,结果表明支撑充填体强度的主要物质为钙矾石(AFt)和氢氧化钙(CH)、铝胶(AH_8-10)、水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)等。一个钙矾石(AFt)分子形成会结合和吸附32个H₂O分子,表明矿山充填专用胶凝材料更适合含水量较大的尾砂充填料浆。同时采用SEM分析了不同龄期充填硬化体内部结构,揭露了充填硬化体强度增长规律,并分析了各阶段硬化体产生强度的机理;通过强度试验测试了不同条件下两种胶凝材料充填体强度,结果表明充填专用胶凝材料(KS)制备的充填体强度指标高于水泥(SN)制备的充填体强度,强度值相差1倍。     

激发剂对金川水淬二次镍渣胶结料强度的影响

以脱硫石膏和电石渣为主激发剂、硫酸钠和水泥熟料为辅助激发剂,与金川公司镍冶炼渣熔态还原提铁后产生的水淬二次镍渣制成胶凝材料,再按胶砂比为1∶4与棒磨砂制成质量分数为79%的胶结料,着重考察激发剂用量对胶结料强度的影响。结果表明,当胶凝材料中二次镍渣、脱硫石膏、电石渣、硫酸钠、水泥熟料的质量分数分别为85%、5%、5%、3%、2%时,胶结料的28 d抗压和抗折强度分别达到3.42 MPa和1.96 MPa,满足井下充填用胶结料的强度要求。XRD、SEM分析结果显示,在激发剂作用下,二次镍渣胶凝材料中的玻璃相和结晶态物质均可发生水化反应,水化产物主要为钙矾石和含Ca²⁺、Mg²⁺的硅（铝）酸盐凝胶。     

矿粉/偏高岭土对天然水硬性石灰早期性能的影响

天然水硬性石灰(NHL) 在古建筑修缮工程中的应用效果是水泥和传统气硬性石灰所无法比拟的,但早期性能发展偏慢的特性使其应用受限。本文研究了矿粉/偏高岭土改性NHL早期硬化过程中物理力学性能、水化放热特性、物相组成和转变以及微观结构演变过程,系统地评估了矿粉/偏高岭土对NHL基材料早期性能发展的影响。结果表明:矿粉可以改善NHL基砂浆的流动性;矿粉/偏高岭土通过火山灰反应生成水化铝酸钙(C₃AH₆)、水化碳铝酸钙(C₄A?H₁₁) 以及水化硅酸钙(C—S—H),可促进NHL基材料凝结硬化、显著提高其抗压及抗折强度。本研究为推动火山灰质材料复合NHL在古建筑修复工程中的应用提供参考。     

粉煤灰水化机理浅析

粉煤灰为一种工业废料,其自身仅轩潜在活性,必须用激化剂激化才能使其活性表现出来。粉煤灰中活性成分为ＳｉＯ２和Ａｌ２Ｏ３,其水化产物为水化硅酸钙及水化铝酸钙,可将粉煤灰作为矿山胶结充填的水泥代用品,从而可降低充填成本。     

人工鱼礁用钢渣混凝土胶凝材料的水化特性

以鞍钢-0.088 mm热闷法钢渣和鞍钢高炉矿渣为胶凝材料的主要组分,以鞍钢0.088~19 mm热闷法钢渣为骨料,制备出了具有较高强度的人工鱼礁用钢渣混凝土。通过X射线衍射分析、场发射扫描电镜分析、差热分析和红外吸收光谱分析对胶凝材料的水化特性进行研究,结果表明：该胶凝材料在水化初期生成大量低碱度水化硅酸钙凝胶和少量钙矾石,水化硅酸钙凝胶是混凝土早期强度的主要来源;而随着水化进程的延续,水化硅酸钙凝胶的继续发展和不断增多、长大的钙矾石对体系空隙的充填则共同使混凝土的后期强度得到进一步的提高。     

氯化钡和铝酸盐水泥改性石膏正交试验研究

采用正交试验研究了氯化钡和铝酸盐水泥复掺改性石膏复合胶凝材料的力学性能、吸水率和耐水性,并分析了改性机理。结果表明,水膏比为0.53,氯化钡掺量为10%,铝酸盐水泥掺量为20%时,石膏复合胶凝材料28 d抗折软化系数最高;水膏比为0.53,氯化钡掺量为10%,铝酸盐水泥掺量为25%时,石膏复合胶凝材料28 d抗压软化系数最高。通过XRD和SEM分析可知,复掺改性剂可以改变其微观形貌,并没有使晶体结构密实。     

聚苯颗粒/水泥复合材料的制备及性能

以普通42.5水泥为胶凝材料,添加废旧聚苯颗粒调节水泥性能,制备聚苯颗粒/水泥复合保温材料.研究聚苯颗粒添加量对复合材料干密度、吸水率、抗折强度、抗压强度等性能的影响,采用X射线衍射仪、红外光谱仪对聚苯颗粒/水泥复合材料制品物相结构进行表征.结果表明,复合材料主要水化产物为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和水化硫铝酸钙(钙...     

固体充填胶凝材料试验研究与应用

针对目前“三下”采煤充填成本较高和充填效率低下等问题,以矿粉这种低成本水硬性胶材为主,辅以少量石膏和水泥熟料,得到了适用于矿山高效固体充填的早凝、低成本的胶凝材料。通过对矸石粒径级配和胶凝材料固化机理进行了分析,设计正交试验确定出胶凝材料最优配比,即：当石膏5%、水泥熟料25%、矿粉70%时,可实现短时间脱模,表明在该掺量下胶凝材料的水化反应程度最好,其中矿粉中的活性成分能够在早期反应生成水硬性钙矾石(AFt),促进充填体强度的形成。养护后充填体的7d、28d强度可达到3.48MPa、5.11MPa,略低于425#硫铝酸盐双快水泥的7d和28d成型强度,但在成本上具备明显优势。结合工业应用,对实际充填效果、液压支架工作阻力和地表沉陷观测数据进行分析,表明该胶凝材料在提高充填效率、加强顶板管理等方面发挥着积极作用。     

水合物地层低热固井水泥浆用相变微胶囊的制备及应用

当深海固井遇到天然气水合物地层时,由于水泥浆水化放热,导致水合物的相变平衡条件发生改变,诱发水合物分解,引起二界面胶结质量下降等问题。为提高水合物地层固井质量,可向水泥浆中添加具有吸热控温作用的相变微胶囊,可有效降低固井水泥浆的水化升温。基于此,以配比石蜡为控温芯材、碳酸钙为壁材,利用自组装法制备了一种使用于深水水合物地层固井水泥浆控温微胶囊。由于固井水泥浆在达到水合物地层的过程中,外界温度环境复杂,单一相变温度的控温芯材极易失效。为扩展控温区间,选用切片石蜡与白油作为混合芯材,控温区间达到14.8~39.8℃。研究表明,该微胶囊表观形态良好、彼此无团聚,在热循环过程中,不易发生泄漏。与水泥浆复配后,对水泥浆流变性能无明显影响。在低掺加量时,微胶囊主要起降低水泥浆峰值温度的效果,并提升水泥石整体力学强度;高掺加量时,微胶囊既可以有效降低水泥浆峰值温度,也可以明显地延缓水泥浆放热速率。