矿渣玻璃体分相结构与矿渣潜在水硬活性本质的关系探讨

研究了矿渣玻璃体的微观结构及共在碱矿渣是水泥水化过程中的解体特点，发现矿渣玻璃体存在着主要具有两相的微观分相结构，并且各相的存在状态和性质有很大差异，根据矿渣玻璃体向以分相结构的特点，可以较地解释矿渣潜在水硬活性的本质。     

矿渣对水泥水化影响的研究进展

矿渣(slag)作为水泥的一种重要混合材,具有易磨性差、自身水硬性、污染环境等缺点而限制了其应用,所以矿渣对水泥水化影响的研究成为水泥科学研究领域的热点问题之一.本文从矿渣不同品种和用量方面介绍了矿渣对水泥水化的影响,综述了近年来国内外矿渣对水泥水化影响的研究进展,介绍了近十年矿渣在水泥中的应用,展望了未来矿渣在水泥方面的发展趋势.     

矿渣粉、高钙灰及其改性材料对水泥早期水化进程的影响

通过水泥化学收缩和水化热测试方法研究了矿渣粉、高钙灰和脱硫石膏、煅烧脱硫石膏、硫酸钠等改性材料对水泥浆体早期水化进程的影响,同时与不同试样的早期强度进行对比分析.50%的矿渣粉和高钙灰替代水泥后显著降低塑性阶段的化学收缩和早期强度,但对硬化后的化学收缩影响不大,矿渣粉与高钙灰按照适当比例复合对降低塑性阶段化学收缩的作用更明显,有利于降低塑性开裂;脱硫石膏和元明粉对早期化学收缩影响不大.矿渣粉、高钙灰替代50%水泥后明显降低第2放热峰并增加1个第3放热峰,纯矿渣粉的第3放热峰较高,复掺20%高钙灰后第3放热峰降低并且出现时间延后,复掺30%高钙灰使第2放热峰也降低,水化热显著减少;脱硫石膏或煅烧脱硫石膏延缓水化反应进程而对总体反应程度影响不大;水化热实验结果显示硫酸钠促进早期水化反应的作用明显.结果表明:采用20%高钙灰替代矿渣粉对早期水化程度和初始结构建立影响不大,脱硫石膏或煅烧脱硫石膏作激发材料能够分散早期的集中放热而对总体水化进程影响不大;水化热对水化过程的反映比化学收缩更清晰和更准确.     

矿渣水泥水化动力学的研究

应用恒温导热量热仪对矿渣水泥和波特兰水泥的水化动力学进行了研究。实验结果表明,水泥水化在不同反应阶段具有不同的反应机理,所适用的动力学公式及动力学参数亦不同。加速期由自动催化(auto catalytic)反应控制,减速期由化学反应和扩散过程双重控制,衰减期由扩散过程控制。矿渣水泥对温度的敏感性高于波特兰水泥,原因是矿渣玻璃相具有较高的表观活化能。提高温度(热激发)对矿渣水泥的水化更为有利。在研究中采用两种活性不同的矿渣,它们的活性之差别可以从水化动力学参数K、E与N(与反应机理有关的常数)反映出来。     

温度对溶液法合成的水化硅酸钙微观结构影响

以四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和九水硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)为原料,通过溶液法合成(20℃、60℃、80℃、100℃)的水化硅酸钙,采用XRD、SEM、IR、NMR测试方法研究了温度对水化硅酸钙微观结构的影响规律.结果表明:随着温度的升高(20～100℃),水化硅酸钙中(002)、(101)、(110)和(200)晶面间距逐渐减少;当温度由20℃升高到100℃时,水化硅酸钙中硅氧四面体的聚合度增加了55.6％,其微观形貌由无规则聚集体逐渐变成层状.     

矿渣-粉煤灰混合材料水化产物、微观结构和性能

用X射线衍射仪和扫描电子显微镜等对矿渣、粉煤灰混合材料的水化产物、硬化体微观结构及强度进行了检测和分析,确定了水化产物的组成及微观结构特点,揭示了矿渣粉煤灰材料的水化作用特点及强度特征.结果表明:矿渣在激发剂作用下使玻璃体首先发生表面水解,产生水化反应,进而引发粉煤灰的火山灰作用;混合材料的水化产物组分以水化硅酸钙凝胶为主,硬化体具有与油井水泥相类似的网络状微观结构;随养护时间增长,混合材料后期强度持续增加.     

石膏矿渣水泥早期水化机理的研究

通过正交试验确定了石膏矿渣水泥的最佳配比,测定了石膏矿渣水泥的3d水化热及水化液相中离子的浓度,并对各龄期水化样进行XRD分析和SEM分析。结果表明：1）石膏矿渣水泥的最佳配比为：石膏14%,熟料3%,矿渣粉83%;2）由于石膏和熟料的共同激发,石膏矿渣水泥的早期水化速度和强度较对比样显著提高;3）石膏矿渣水泥的水化可分为四个时期,其早期水化产物主要为钙矾石和水化硅酸钙,浆体中还存在未反应完的无水石膏。     

钢渣-矿渣复合矿粉对水泥水化的影响

为了促进钢渣的资源化利用,克服纯钢渣粉活性低的缺点,将钢渣粉与矿渣粉按不同比例进行复配,并取代30%的水泥制备净浆。测试各试验组的抗压强度、水化放热速率和放热量,并对硬化浆体进行XRD、SEM和MIP测试。结果表明,当钢渣粉与矿渣粉的质量比例为1∶1时,最有利于提升水泥的抗压强度,而单掺30%钢渣粉的抗压强度最低。水化热测试发现,掺入30%纯钢渣粉的试验组具有最大的水化放热速率和水化放热量。XRD、SEM和MIP测试发现,掺入复合矿粉后生成新的水化产物Al₂Mg₄(OH)₁₂(CO₃)(H₂O)₃,硬化体更为致密,并且孔隙率和平均孔径均降低。     

三乙醇胺和三异丙醇胺对矿渣水泥水化过程的影响

采用三乙醇胺和三异丙醇胺作为矿渣水泥的助磨剂,通过测定水泥的颗粒特性、凝结时间、胶砂强度和化学结合水量,研究不同掺量的助磨剂对矿渣水泥水化过程的影响,并利用X射线衍射和扫描电镜分析,研究矿渣水泥水化产物的物相组成和显微结构.结果表明:两种助磨剂均能显著提高矿渣水泥的水化速率,使水泥浆体中生成更多的水化产物,形成更致密的结构,三异丙醇胺对矿渣水泥的增强效果优于三乙醇胺.     

钛矿渣粉对水泥砂浆性能的影响

研究了不同TiO2含量的钛矿渣粉对水泥砂浆强度和流动性能的影响。结果表明，钛矿渣活性随TiO2含量升高而减小；掺钛矿渣的水泥抗压强度总体随钛矿渣掺量增大而明显降低，而抗折强度较抗压强度下降幅度低，特别是后期抗折强度下降趋势明显趋缓。掺钛矿渣的水泥砂浆的流动度随掺量增大而增大，最高可提高约40％。综合来讲，钛矿渣中TiO2含量在20％以下，掺量在30％-50％，可以较好地应用于水泥中。     

细度对碱矿渣水泥强度和水化程度的影响

本文主要研究了不同细度的碱矿渣水泥对抗压强度和水化程度的影响,并通过对水化产物的DTA分析和硬化浆体孔结构的测定,浅析了其作用机理。     

粒化高炉矿渣成分和细度对活性的影响

为了研究矿渣成分和细度对其活性的影响,本文对六种不同种类的矿渣进行了化学成分分析和不同比表面积下活性指数的测定,并且对其水化产物进行微观结构分析.结果表明:细度和成分是影响矿渣活性的主要因素,矿渣细度变细,活性指数明显增大,并且矿渣的成分对活性的影响要低于细度对活性的影响;微观结构分析发现,矿渣颗粒表面被严重水化侵蚀,并且生成一些低C/S (Ca/Si)比的水硅酸钙凝胶和低C/A(Ca/Al)比的水化铝酸钙等物质.     

温度对矿渣水泥活性的影响

常温下矿渣的活性必须在碱的环境下才能得到发挥。增加激发剂的掺入量有利于矿渣水泥强度的提高。适当地提高温度有利于矿渣活性的充分发挥,但温度不能过高,温度过高反而不利于矿渣水泥活性的体现。本试验的结论是:无碱矿渣水泥水化的温度应控制在50-60℃。     

F~-掺杂对阿利特结构及水化活性的影响

利用X射线衍射结合Rietveld方法等,研究在Na+、K+等工业熟料中常见的固溶组分的作用下,Ca F2掺杂对阿利特结构、水化活性的影响。结果表明:Ca F2掺杂不改变阿利特晶型,其主要稳定为M3型,但其晶格常数会因Ca F2的掺入而变化,变化规律符合Vegard固溶体定律;F-掺杂可以改变阿利特的水化活性,使得早期水化放热峰以降低为主。     

石膏-矿渣胶结材料的水化机理研究

通过实验分析了石膏一矿渣胶结材的水化机理,结果表明石膏一矿渣胶凝材料的水化产物主要是沸石类的矿物以及化学组成近似于沸石类矿物的无定形凝胶材料;标养条件下生成结晶尺寸较小的棒状和立方形的沸石类矿物;柠檬酸盐缓凝剂可以控制浆体中的各类矿物的生成机制,改变水化产物在半水石膏中的凝结、硬化前的数量、比例,都影响硬化体的结构组成.     

粒化高炉矿渣中玻璃体含量测试的影响因素探讨

利用衍射仪探讨了粒化高炉矿渣颗粒细度及衍射仪扫描速度、步长和功率等设备因素对矿渣中玻璃体含量测试结果的影响。结果表明,颗粒越细,扫描速度越慢,步长越长,功率越大,衍射强度越强,即玻璃体对应的峰包越高;但步长过大,会因曲线过于平滑反而使测试结果偏高;设备因素较颗粒细度对衍射强度的影响更为显著,因此即使矿渣很粗,只要提高功率、降低扫描速度,也能获得较准确结果。根据上述试验结果,适宜的测试参数应为大功率、慢扫描速度、适当步长,而矿渣细度为选择性条件,但应优先选用细矿渣。基于这一原则,本试验条件中的最佳测试参数为：比表面积585m2/kg;功率10kW;扫描速度1（°）/min;扫描步长0.02°。     

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.     

聚羧酸类减水剂对水化硅酸钙微观结构的影响

用Na2SiO3·9H2O,Ca(NO3)2·4H2O化学试剂及聚羧酸类减水剂合成了水化硅酸钙(C-S-H)及掺杂聚羧酸有机大分子的 C-S-H.用X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜等分析手段研究了聚羧酸类减水剂对C-S-H结构的影响.研究表明:聚羧酸类减水剂增加了Ca与Si摩尔比n(Ca)/n(Si)为0.83的C-S-H硅氧四面体聚合度,提高了C-S-H的结晶程度,其中聚羧酸有机大分子基团可内插到C-S-H结构的层间.在C-S-H形成过程中,聚羧酸有机大分子基团会通过其极性基团-COOM-与Ca2 键结,而Ca2 另一端与-O-Si-O-键连接,最后形成一个离子型交联结构.