煤矸石基地质聚合物的制备与性能优化研究

煤矸石的不合理处置会给生态系统带来巨大的压力和威胁，为了解决煤矸石再利用困难和利用率低的问题，提出利用煤矸石生产地质聚合物的高附加值策略。以未煅烧的煤矸石为原材料，采用单因素实验设计法，研究了高炉矿渣掺入量、水玻璃模数、碱激发剂添加量、液固比和初始24 h养护温度等因素对地质聚合物基体抗压强度的影响。结果表明，初始24 h养护温度、碱激发剂添加量和水玻璃模数对煤矸石-高炉矿渣基复合地质聚合物的性能有显著影响。通过X射线衍射分析和扫描电镜分析发现，在碱激发剂的作用下，未煅烧的煤矸石结构被破坏，与高炉矿渣协同生成水化铝硅酸钠(N-A-S-H)、水化铝硅酸钙(C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，从而形成了致密的微观结构。这为煤矸石的大规模资源化利用提供了合理的依据。     

NaOH碱激发矿渣地质聚合物的研究

对NaOH碱激发矿渣地质聚合物的早期力学性能、水化程度、活性Al和Si、碱度等进行了研究,结果表明:用NaOH作为碱激发剂激发粒状高炉矿渣制备的地质聚合物具有水化速度快、早期强度高、强度增加快等优点.随水化龄期延长,结构更加致密,形成PSS型结构的地质聚合物.     

一种钢渣-高岭土基地质聚合物材料

将高岭土和氢氧化钠固体的热活化产物与钢渣混合、水化、压制,制备了一种较高强度的钢渣-高岭土基地质聚合物材料。采用XRD、FTIR和SEM测试方法对原料和合成的地质聚合物材料的表面键合、物相及微观结构的变化进行了分析。质量分数为5%的高岭土碱热活化物料与95%的钢渣粉末制备的地质聚合物材料,其养护3、7和28 d的试块抗压强度分别为20、30和28.9 MPa,达到了非承重墙体建筑材料MU20、MU25和MU30的强度等级标准。表面键合变化表明,反应生成了Si(Al)-O三维网络结构的地质聚合物,钢渣中的硅酸钙受碱激发生成C-S-H凝胶,不反应的固体作填充料增加了材料的抗压强度。     

标准养护下CaO-粉煤灰地聚物制备及微观研究

在标准养护下,向粉煤灰中掺入适量CaO制备粉煤灰基地质聚合物。结果表明,加入CaO在早龄期会使抗压强度出现下降,养护7d后抗压强度随CaO掺量增加出现先增大后减小的趋势,最优n_(Ca)/n_(Si)为0.18。粉煤灰玻璃球中的硅铝相经历了解聚-聚合的过程,体系中水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和地质聚合物凝胶(N-A-S-H/C-A-S-H)共存,水化产物为无定形结构,无新的结晶相生成。CaO过量(n_(Ca)/n_(Si)0.18)时,Ca(OH)_2及CO_3~(2-)的存在会对材料抗压强度产生不利影响。     

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.     

粉煤灰地聚合物溶出聚合机理及其性能研究

研究粉煤灰在碱性激发剂作用下硅、铝、钙的溶出聚合机理,并研究了生成的粉煤灰地聚合物的抗压强度、微观结构和形貌特征.研究表明:在地聚合反应中,粉煤灰玻璃质球体溶蚀,硅铝相不断溶出且逐渐增加,继而再聚合生成地聚合物凝胶,钙质成分部分键合在地聚合物中以平衡电价,部分参与水化反应生成相应的水化产物;粉煤灰地聚合物在75℃养护8...     

地质聚合物原位转化沸石及其氨氮吸附特性

以高铝粉煤灰、钢渣为前驱体,采用化学发泡原理制备类沸石相多孔粉煤灰-钢渣地质聚合物,通过水热反应原理将上述地质聚合物原位转化为沸石.采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)定性分析碱液浓度、温度及时间对原位转化沸石结构形态的影响规律.以多孔地质聚合物原位转化沸石为吸附剂,结合吸附容量分析初始氨氮质量浓度、pH值及...     

用高岭土制备混凝土膨胀剂的初步研究

通过对高岭土、石膏和氧化钙组成的净浆试体水化产物的SEM形貌观察,研究其膨胀组分的水化产物的形貌及其生成机理和影响因素.研究表明:早期水化产物以起膨胀作用的钙矾石为主,含少量C-S-H凝胶,两者生长速度快.水化1 d时即生成大量针状钙矾石和C-S-H凝胶;2 d时钙矾石呈棒状、条状或团簇结构,C-S-H凝胶出现少量网络状;3 d后条状、棒状钙矾石变粗、体积增大,C-S-H凝胶小网络之间互相交错形成大网络结构.     

含铝矿物相在胶凝体系中的水化机理研究进展

含铝矿物相对水泥与工业废渣的水化反应、火山灰活性材质发生土聚反应等过程中形成性能优良的地质聚合物具有不可或缺的作用。综述了含铝矿物相水化铝酸钙（C-A-H）、水化硫铝酸钙（C-A-[S]-H）、水化硅铝酸钙（C-A-S-H）及水化氯铝酸钙（C-A-Cl-H）胶凝体系中铝相的水化机理，对含铝矿物相在这几种胶凝体系中的形成与反应规律进行了总结。高铝水泥中加入合适添加剂可以提高水泥强度和稳定性，铝取代硅导致电荷不平衡，能够强烈吸引并固定重金属等有害离子；铝酸钙与氯离子作用后能够直接对氯离子进行固定，为危险废弃物的稳定化和无害化处理提供了新思路。指出今后应加强含铝矿物相在不同化学组成的胶凝体系中的形成与转变规律研究。     

硅钙渣复合地聚物水化机理研究

为实现硅钙渣、粉煤灰及矿渣三种固废的协同利用,本文通过开展不同粉煤灰、矿渣比(灰渣比)下的硅钙渣复合地聚物制备实验,对硅钙渣复合地聚物的水化机理进行了研究。结果表明,硅钙渣复合地聚物是由β-硅酸二钙自身水化和碱激发水化共同形成的一种以C—S—H和C(N)—A—S—H为主的二元复合胶凝材料;相较于晶相矿物,玻璃相矿物更易发生碱激发水化反应,导致灰渣比在0.5以上时7 d水化物中残存大量未反应的莫来石,但随养护时间的延长莫来石会继续进行水化,并在28 d时生成蠕虫状四方钠沸石和条状贝德石。同时在灰渣比为1.0时,硅钙渣地聚物微观形貌最均匀致密,28 d抗压强度最高,达到37.9 MPa,说明此时能够发挥出粉煤灰、矿渣、硅钙渣之间最佳的协同效应。     

高掺量钢渣无熟料体系制备全尾砂胶结充填料

以钢渣和尾砂为主要充填材料,综合分析料浆流动性能和胶结充填体强度,确定胶结充填料的优化配比,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析观察其微观结构和水化产物。试验结果表明,当钢渣掺量为63%、脱硫石膏掺量为12%、矿渣掺量为25%时,料浆流动性能满足自流型胶结充填的流动性要求,充填体28 d抗压强度为3.73 MPa,满足矿山充填强度要求。     

矿渣微粉对细尾砂胶结充填体力学性能及微观结构影响

研究了不同矿渣微粉掺量对充填体早期、长龄期强度以及充填料浆流动性、泌水率的影响规律,通过采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术手段对特定龄期下充填体水化产物进行了微观表征并揭示其强度发展机制。结果表明：充填体养护早期（3d）,矿渣微粉的掺入不利于其强度的发展,且掺量越高充填体强度降低幅度越大;养护龄期超7d后,矿渣微粉对充填体强度提升作用开始显现,且充填体养护龄期越长,相同掺量下抗压强度提升效果越明显。充填浓度70%,灰砂比1:6,矿渣微粉掺量80%时,充填体养护28d、90d后抗压强度分别为5.02MPa和6.53MPa,相较养护7d充填体强度分别提高211.80%和305.59%。少量矿渣微粉的掺入在一定程度上会降低充填料浆流动性和泌水率,但当矿渣微粉掺量较高时,充填料浆流动性和泌水率均有一定程度的提高。矿渣微粉掺入后充填体内部水化硅酸钙（C-S-H）、钙矾石（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）等水化产物生成数量的增加,是导致其强度高于纯水泥充填体的重要原因。     

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

钢渣基固化药剂对重金属土壤修复机理的研究

以钢渣微粉与磷酸制备钢渣基固化药剂,研究钢渣基固化药剂孔结构与用量对重金属污染土壤固化修复效果的影响。采用比表面积及孔径测定仪、X射线衍射仪和环境扫描电镜对钢渣基固化药剂的孔结构与矿物组成,以及污染土壤-钢渣基固化药剂混合物的微观形貌进行分析。结果表明,适量磷酸处理有利于钢渣基固化药剂中多孔结构的形成;钢渣基固化药剂通过离子交换和包裹固化达到对重金属污染土壤固化修复的目的;当钢渣微粉用量为80 g,磷酸用量为3.2 mL时,钢渣基固化药剂具有较好的孔结构;钢渣基固化药剂用量为25%对重金属污染土壤具有良好的固化修复效果。     

化学激发剂对铜渣粉基胶凝材料性能的影响

为研究化学激发剂对铜渣粉-水泥复合胶凝材料性能的影响,测试了铜渣粉掺量为30％、45％,激发剂掺量为0.5％、1.0％、2.0％时铜渣粉复合水泥胶体的抗压强度,采用抗压强度比定量分析激发剂对铜渣粉复合水泥胶体的激发效果,利用扫描电镜观察激发剂作用下铜渣粉复合水泥胶体水化产物的微观形态.结果表明,随着铜渣粉掺量的增加,水...     

大掺量非金属矿渣混凝土的力学行为试验研究

以钢渣替代普通碎石作粗骨料、磨细钢渣粉替代水泥作胶凝材料,制备大掺量钢渣双掺混凝土,对其稳定性、工作性及力学性能进行试验研究,并采用扫描电镜、能谱仪对其微观结构、成分进行测试。试验表明:以钢渣骨料稳定性为替代掺量的选择依据,可通过掺入钢渣粉,实现大掺量钢渣对混凝土力学性能改善的目的。     

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。     

未燃煤粉对高炉炉渣流动性的影响

为了研究未燃煤粉对高炉炉渣流动性的影响,通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜和能谱分析仪等分析手段研究了未燃煤粉在炉渣中的存在状态,以及对炉渣性能的影响。结果表明,未然煤粉颗粒呈均匀状分布于炉渣中,添加未燃煤粉前后炉渣粘度与温度的关系均满足阿伦尼乌斯方程,并且粘度值随着温度的降低均呈现出增大的趋势。随着未燃煤粉固体颗粒质量分数的增加,炉渣粘度呈线性增大的趋势,并且炉渣中未燃煤粉含量越多,转速对非均相熔体粘度的影响越明显。     

甲酸干法化学改性钢渣粉及其浆体性能研究

探明化学改性钢渣粉的活性和力学性能对提升钢渣利用具有重要意义。研究选取4种钢渣粉采用4 % 的甲酸溶液进行干法化学改性,采用背散射电子显微镜、水化量热仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪表征了改性前后钢渣粉及其浆体性能的变化。结果发现,不同钢渣粉矿物组成差异较大,制备的浆体3 d和7 d抗压强度均较低,72 h的水化热在10~40 J/g间波动;但经过甲酸改性后,其3 d抗压强度提升率都超过200 %,72 h水化热均提升至50 J/g以上,提升率均超过80 %,钢渣粉中的Ca(OH)₂均能参与反应并生成甲酸钙,而其中的活性硅酸盐未受到显著影响。     

矿渣巷旁充填胶凝材料的制备与机理分析

通过正交试验研究了石膏、石灰、硅酸钠对矿渣巷旁充填胶凝材料早期及后期强度的影响;对胶凝材料硬化体进行了综合热分析和扫描电镜分析,探讨了矿渣巷旁充填胶凝材料的水化机理。通过试验研究发现矿渣胶凝材料中石膏石灰均存在一个最佳掺量,制备出的胶凝材料早期强度高,后期强度稳定,适合作为巷旁充填材料的胶凝材料。