化学激发硅灰强化钢渣基胶凝材料的微观结构及力学性能

化学激发钢渣基胶凝材料的抗压强度低,难以满足建筑材料对强度的要求;通过掺入少量硅灰以加速其水化反应,改善化学激发钢渣基胶凝材料的力学性能.当碱激发剂Na2SiO3·9H2O用量11wt％,硅灰掺量10wt％时,碱激发硅灰-钢渣基胶凝材料在室温养护28 d后,其抗压强度达56.7 MPa,较不掺硅灰的胶凝材料强度提高了59.72％.XRD、SEM及MIP结果表明:钢渣在碱激发作用下,随龄期的延长,氢氧化钙量逐渐减少,无定形的水化产物增多,微观结构更加致密,加入硅灰后,最可几孔径明显减小,无害孔的数量明显增多,导致其强度大幅度提高.     

钢渣矿渣基全固废胶凝材料的化学活化

为了促进钢铁冶金渣的高附加值应用,以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了不同掺量CaO或Na2SO4对胶凝材料的化学活化作用,并利用XRD、SEM对掺入激发剂胶凝材料的水化产物进行了分析.结果表明,掺入少量CaO或者 Na2SO4的胶凝材料净浆试块早期抗压强度会有一定的提高,后期强度变化不大;但当Na2SO4掺量超过2%时,净浆试块的抗压强度会降低.掺入激发剂对胶凝材料的水化产物种类不会造成影响,其水化产物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和氢氧化钙(CH).     

碱激发粉煤灰/钢渣胶凝材料的制备

以低钙粉煤灰和钢渣为主要原料制备碱激发胶凝材料,对比了碱激发粉煤灰和碱激发粉煤灰-钢渣复合胶凝材料的力学性能,研究了原料配比、水玻璃模数和早期养护温度对力学性能的影响,并对比了两种胶凝材料的水化产物.结果 表明,钢渣与粉煤灰质量比为1∶2,水玻璃模数为1.4,早期养护温度为80℃时,复合胶凝材料的抗压强度最高,且优于纯粉煤灰组的强度.钢渣的掺入促进了体系中生成较多的钠系菱沸石,为胶凝材料提供了更高的强度.     

大掺量钢渣微粉胶凝材料的研究

分析了宝钢转炉钢渣微粉的物理和化学性能,表明钢渣微粉具有一定的潜在活性,可以用于制备胶凝材料。尝试了大掺量钢渣微粉胶凝材料的配合比试验,发现通过加入激发剂激发钢渣微粉的潜在活性,最高可使钢渣粉胶凝材料的抗压强度达到42.5 MPa以上,且安定性合格,可以用作混凝土的胶凝材料。     

碱激发剂对钢渣胶凝材料抗压强度的影响

以Na2SiO3, NaOH和Ca(OH)2制备碱性溶液,对钢渣进行活化处理得到碱钢渣胶凝材料,考察了Na2SiO3, NaOH和Ca(OH)2用量对材料的抗压强度影响,并对最优抗压强度的碱钢渣胶凝材料进行了表征. 结果表明,Na2SiO3对碱钢渣胶凝材料的7 d抗压强度影响显著,NaOH对材料的3 d抗压强度影响显著,Ca(OH)2对材料的28 d抗压强度影响显著. 当Na2SiO3, NaOH和Ca(OH)2用量分别为11.25, 4.50和6.75 g时,材料的抗压强度最优. 加入碱性溶液有利于胶凝体系中形成沸石类水化产物.     

激发转炉钢渣制备高活性辅助胶凝材料的研究

采用激发剂和粉磨激发转炉钢渣的活性,制备高强度、高掺量的钢渣胶凝材料,并通过XRD、SEM和压汞法等物相检测方法揭示微观结构与宏观性能之间的内在联系。结果表明：通过激发剂和粉磨的综合效应,能够利用转炉钢渣制备出高活性辅助胶凝材料;转炉钢渣最适宜粉磨时间为60min;激发剂M（三异丙醇胺、聚乙二醇与去离子水的复配质量比为6∶4∶10）的激发效果最好,转炉钢渣在水泥中的掺量可达33%,其28d抗压强度可达50.4MPa。     

电解锰渣对热焖钢渣活性的硫酸盐激发

选用电解锰渣和水泥熟料作为激发剂,重点研究电解锰渣掺加量对热焖钢渣活性激发的影响,并通过XRD、SEM分析了电解锰渣对水化产物及水泥石微观结构的作用。结果表明：掺加量为12%（质量分数）的电解锰渣对熟料-热焖钢渣体系具有较好的硫酸盐激发效果,加快了钢渣的水化速率,大幅度提高了钢渣胶凝材料的早期强度和后期强度;电解锰渣的掺入对水化产物种类影响不大;与未掺入激发剂组相比,经激发后钢渣胶凝材料浆体中主要以絮状的C—S—H凝胶为主,同时还存在少量的AFt晶体,各水化产物具有良好的匹配,形成致密的结构,从而使整个体系获得较高的强度。     

海水浸泡下全固废胶凝材料的试验研究

为了促进钢铁冶金渣与化工废渣的高值化利用,以钢渣、矿渣、碱渣、脱硫石膏为原材料,通过活性激发剂与全固废材料间的组合协同作用制备海洋牧场人工鱼礁胶凝材料。胶凝材料中钢渣掺量为16%(质量分数,下同),矿渣为64%,碱渣为8%,脱硫石膏为12%,胶砂试块28 d抗压强度为52.6 MPa,在某些场合具有取代硅酸盐水泥的潜力。研究了东海海水条件下净浆试块浸泡15个月龄期内,钢渣与矿渣掺比对净浆试块抗压强度发展的影响,通过XRD、SEM、MIP等表征方法研究了全固废胶凝材料体系的水化产物。结果表明:钢渣和矿渣之间具有协同水化作用,其水化产物主要为钙矾石(AFt)、C-S-H凝胶和Friedel盐(FS),非晶态的C-S-H凝胶将针棒状的AFt与FS紧密结合在一起,这是整个体系强度的主要来源。本研究为大宗固废的妥善安置提供了科学依据。     

大掺量钢渣复合胶凝材料早期水化性能和浆体结构

通过对胶凝材料早期水化放热性能和水化产物种类的测定,以及对硬化浆体显微形貌和孔结构的观察,研究了大掺量钢渣复合胶凝材料的早期水化性能和硬化浆体结构.结果表明:钢渣具有弱胶凝性能,早期活性低,大掺量钢渣使复合胶凝材料的水化诱导期延长,水化放热量降低,但对水泥早期的水化产物形成过程影响很小.大掺量钢渣复合胶凝材料早期的硬化浆体结构较疏松,孔隙率高于纯水泥浆体,且大孔数量较多.     

机械力活化对钢渣粒度分布和胶凝性能的影响

测试了不同粉磨时间的钢渣的粒度分布,计算了钢渣粉粒度分布的分形维数,并研究了其与比表面积、粉体活性的关系.结果表明:粉磨时间增加,钢渣粉粒度变小,小颗粒所占比逐步提升,粒度分布的分形维数也随之增大,粉磨一定时间后,其粒度分布的分形维数增长速度趋于平缓.粒度分布的分形维数与颗粒的比表面积、水化反应活性线性正相关.机械力活化能够激发钢渣的胶凝性能.钢渣胶凝材料的水化产物以钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶为主.     

钢渣微粉生态型超高性能混凝土力学性能影响因素分析

为促进钢铁企业废渣的无害化处理与资源化利用,将钢渣制成微粉替代石英粉制备生态型超高性能混凝土(UHPC)是其再利用的有效途径之一。针对配制钢渣微粉UHPC的原材料因素影响问题,采用正交试验法对不同配合比下钢渣微粉UHPC的抗压、抗折、劈裂抗拉等强度指标及弹性模量进行测试,以分析硅灰、钢渣微粉、河砂和钢纤维四种原材料掺量对其各项性能指标的影响效果。结果表明：钢纤维体积掺量对钢渣微粉UHPC的各项力学性能影响最为显著,河砂、钢渣微粉掺量影响程度较大,硅灰掺量影响程度较小;立方体抗压强度、抗折强度、静力受压弹性模量指标下的显著性影响顺序为钢纤维>河砂>钢渣微粉>硅灰,轴心抗压强度、劈裂抗拉强度指标下的显著性影响顺序为钢纤维>钢渣微粉>河砂>硅灰;经正交试验得出最佳配合比方案,按该方案制备的钢渣微粉UHPC具有良好的工作性能与力学性能。     

碱磷渣水泥的力学性能及微观结构

研究了以硅酸钠作为激发剂制备的碱磷渣水泥的特点及硅酸钠的模数、掺量和磷渣的比表面积对碱磷渣水泥性能的影响.结果表明:硅酸钠模数为1.2～1.5时碱磷渣水泥的抗压强度最高,并且其抗压强度随着硅酸钠掺量和磷渣比表面积的增加而增大,其后期强度稳定增长.碱磷渣水泥的主要水化产物是水化硅酸钙、方沸石、水化硅铝酸钙.     

基于多重响应的钢渣超高性能混凝土组成优化设计研究

为实现生态型超高性能混凝土(UHPC)的组成优化和钢渣利用率的提高,将钢渣粉作为辅助胶凝材料,利用D-最优化设计方法制备生态型UHPC,并建立了UHPC的工作性能与抗压强度预测模型,以进行多重响应分析。最后借助预测模型,以低水泥用量、高钢渣粉利用率设计出了符合要求的生态型UHPC。结果表明:预测模型构建合理且准确度高,在预测模型中减水剂和硅灰对于工作性能影响程度较大,水泥、减水剂以及钢渣的交互作用对工作性能影响明显,钢渣粉的加入可增强工作性能;硅灰和钢渣粉对抗压强度影响显著,水泥和钢渣粉的交互作用对抗压强度的影响较小,随钢渣粉掺量的增加抗压强度存在最优值;优化的生态型UHPC的配比可以实现钢渣粉替代30%(质量分数)水泥,同时保证抗压强度130 MPa以上,工作性能260 mm以上。     

钢渣微粉-粉煤灰基地质聚合物性能研究及微观结构分析

采用钢渣微粉和粉煤灰为主要原材料制备地质聚合物,以抗压强度为指标优化制备条件,探讨影响地质聚合物强度的因素,利用SEM、XRD和TG-DSC等手段对产物的微观形貌、物相组成和热稳定性进行分析表征。研究表明,地质聚合物的抗压强度随着钢渣微粉掺量和激发剂掺量增加先增加后减小,随温度增加而增加,其中养护温度影响最显著,水玻璃模数影响最小。最佳工艺条件为:水玻璃模数1.0、激发剂掺量20%(质量分数)、钢渣微粉掺量20%(质量分数)、液固比0.3、养护温度60 ℃。其3 d和7 d抗压强度高达40.11 MPa和43.03 MPa,固化Pb²⁺后对其强度影响较小,固化率在99.99%以上。地质聚合物表面致密度高,无明显裂纹,未观察到明显的钢渣颗粒轮廓,晶相结构主要为石英和莫来石,热稳定好。     

几种激发剂对钢矿粉活性影响的研究

研究了几种单一激发剂不同掺量对钢矿粉活性的激发作用及机理,优选最佳激发剂种类及掺量.结果表明：对钢矿粉激发效果较好的激发剂为半水石膏、氧化钙、二水石膏、硫酸钠、氢氧化钠,其激发剂最优掺量分别为半水石膏0.6％、氧化钙0.15％、二水石膏0.2％、硫酸钠0.15％、氢氧化钠0.03％,其中半水石膏可提高钢矿粉各龄期活性指数8％以上.     

气淬钢渣制备钢渣水泥的研究

研究了气淬钢渣活性、制备钢渣水泥的方案及不同方案下制备的掺气淬钢渣水泥的物理性能及水化机理。结果表明,气淬钢渣活性指数高于普通钢渣,制备掺气淬钢渣水泥适宜采用加入激发剂或复掺水淬高炉矿渣,在激发剂作用下,气淬钢渣掺量达到50%时,其水泥强度满足P.SS32.5级水泥的要求,而普通钢渣在掺量为50%时,强度已达不到水泥的强度要求;而在复掺水淬高炉渣和气淬钢渣作用下,气淬钢渣掺量达到40%时,其水泥强度满足P.SS32.5级水泥的要求,而普通钢渣水泥强度已达不到要求;气淬钢渣用于生产高掺量、高强度等级的水泥是可行的。     

消石灰、无水石膏与石灰石粉对矿渣水泥性能的影响

通过掺加消石灰、无水石膏和石灰石粉提高矿渣水泥的早期强度、干缩等性能。研究结果表明：消石灰、无水石膏及石灰石粉可加速矿渣水化进程,并使水泥浆体密实度提高,最终体现为矿渣水泥早期抗压强度大幅度提高。复合掺加消石灰、无水石膏和石灰石粉的矿渣水泥水化早期的干缩率小于普通硅酸盐水泥,水化后期矿渣水泥的干缩率稍大于普通硅酸盐水泥,但大大小于未掺激发剂的矿渣水泥。     

Preparation and performance of slag-based binders for the cementation of fine tailings

To achieve effective cementation of fine tailings, slag-based binders were prepared using Portland cement clinker stimulation, early strength activator (ESA, mixture of anhydrite and triethanolamine at 97:3 (w/w)) activation and slag pulverization methods. The compressive strength, hydration products, slag reaction degree and non-evaporable water content of the consolidated samples under different curing times were analyzed to clarify the application performance and early strength action mechanisms of this slag-based binder. The results showed that clinker alone was able to effectively stimulate the slag’s cementitious property, but the cementation strength was relatively low. The addition of ESA in the clinker activated slag promoted the conversion of C₄AH₁₃ into ettringite (AFt) and accelerated the consumption of Ca(OH)₂, all of which significantly improved the early cementation strength of fine tailings. Slag pulverization promoted the slag reaction degree and increased the yield of hydrated products, which led to a further increase in the early strength of the slag-based binder. Eventually, a more efficient and higher early strength slag-based binder was prepared with the composition of 27% clinker, 10% ESA and 63% pulverized slag, and the cementation strength at 3 curing days for the fine tailings sample was 231% more than that of P.O 42.5 Portland cement.     

机械活化和不锈钢渣掺量对矿渣胶凝材料性能的影响

为了促进不锈钢厂废渣的资源化利用,以红土镍矿酸性高炉渣和不锈钢渣为主要原料制备胶凝材料,研究机械活化和不锈钢渣质量掺量对矿渣胶凝材料性能的影响,并利用XRD、SEM对胶凝材料的水化产物及微观结构进行分析。结果表明,机械活化主要通过改变原料的比表面积和颗粒级配来影响胶凝材料性能,且矿渣中细颗粒占比是影响其胶凝活性的关键因素,适宜的球磨时间为45 min,此时矿渣比表面积达到524.66 m²/kg。不锈钢渣与酸性矿渣之间存在协同作用,当不锈钢渣质量掺量为20%时,胶砂试块3 d、7 d、28 d抗压强度分别为17.8 MPa、24.3 MPa 和34.8 MPa,抗折强度分别为4.5 MPa、6.2 MPa和6.8 MPa,达到P·S 32.5R矿渣硅酸盐水泥强度标准。不锈钢渣的掺入在水化早期和后期都促进钙矾石及C-S-H凝胶的生成,对胶砂试块各龄期强度都有促进作用,而未水化的钢渣细颗粒也起着微集料填充作用,有利于胶凝材料早期强度的提高。