基于温度效应的半水磷石膏水化反应热动力学模型

为扩大半水磷石膏（HPG）作为充填胶凝材料的工业应用半径,实现HPG资源化利用技术新突破。本文寻求一种在堆存过程中HPG水化反应放热量变化的模型,以了解其胶凝性能的变化情况。通过对初始温度为35、40、60和80 ℃的HPG堆体进行自由水质量分数和温度监测,发现HPG自由水质量分数变化规律符合一级反应动力学模型,之后基于热力学和化学反应动力学基本理论,提出了一种关于堆存温度与时间关系的HPG水化反应热动力学模型。最后,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,将HPG水化反应热动力学方程嵌入传热和ODE模块,对HPG堆体温度进行数值模拟,模拟堆体温度变化曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出模型的可靠性。      

钢渣碳化砖的碱激发-碳化协同作用机制

摘要：以钢渣为原料,标准砂为骨料,碳酸钠为碱激发剂,基于碱激发 碳化协同作用制备钢渣碳化砖。采用X射线衍射、热重/差示扫描量热分析、压汞法以及扫描电子显微镜分别对试样的物相组成、孔隙率以及微观形貌进行表征。通过对比研究“碱激发”、“碳化”以及“碱激发+碳化”作用对试样强度、产物组成、孔隙率以及微观形貌的影响,对碱激发 碳化协同作用机制进行深入探讨。结果表明,碳酸钠可激发钢渣胶凝活性,生成薄片状水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,为试样提供初始性能。碳化过程中生成的CaCO3等反应产物对试样具有“填充效应”,这是试样强度性能提高的主要原因。碱激发过程中生成的C-S-H凝胶为碳化反应提供碳化源,促进碳化反应的发生;碳化反应利用碱激发反应产物C-S-H凝胶为碳化源,生成CaCO3等反应产物,使基体致密程度提高,从而使试样性能得到进一步优化。     

膏体充填用矿渣--钢渣基胶结剂协同固化Pb2+

利用矿渣-钢渣基胶凝材料（简称冶金渣胶凝材料）代替传统充填料中使用的水泥作为胶结剂,掺入含铅尾砂制成胶结充填料试样,通过流动度和抗压强度表征其工作性能,通过Pb2+浸出质量浓度表征其固化效果,通过X射线衍射、红外光谱、差示扫描量热法等手段分析其物相组成,并与P·I 42.5硅酸盐水泥作对比.在相同条件下,冶金渣胶凝材料试样的流动度平均高出水泥50 mm,且28 d强度符合一般矿山3.0 MPa的要求.冶金渣胶凝材料试样28 d龄期铅浸出质量浓度低于地下水环境质量标准Ⅲ类水0.05 mg·L-1的限值,而水泥为0.1 mg·L-1左右.冶金渣固化铅性能优于水泥的机理在于冶金渣胶凝材料水化生成更多钙矾石.此外,冶金渣胶凝材料水化产物可能存在类沸石相,更有利于吸附固化PbPb2+.      

激发剂对SCM-Ⅰ型炉渣基胶凝材料强度特性的影响

以炉渣基复合胶凝材料为主要原料, 研究不同激发剂对SCM-Ⅰ型胶凝材料的激发效果并通过XRD与SEM分析, 从微观结构与水化产物的角度探讨不同激发剂对SCM-Ⅰ型胶凝材料强度的影响.结果表明:碱激发剂中氢氧化钠与氢氧化钙均具有一定的激发效果，添加氢氧化钙比未添加激发剂的28 d抗压强度提高了34.77 %，而硅酸钠对强度的提高起到了抑制作用，在其掺量为0.75 %时，抗压强度下降了45.15 %，添加0.50 %硫酸钠的28 d抗压强度提高7.90 %，激发效果并不明显.氯盐激发剂中，添加1.00 %的氯化钙与氯化钠，分别比未添加激发剂的28 d抗压强度提高了68.08 %与5.62 %.添加氯化钙后促水化反应的进一步进行，并生成大量的钙矾石；添加硅酸钠后抑制了C-S-H凝胶的生成，降低了胶凝材料的强度.      

利用冶金废渣制备高铁铝酸盐相胶凝材料

为了解决赤泥、钢渣等冶金废渣造成的环境问题,本文利用赤泥、钢渣和煤矸石等固废原料通过高温煅烧制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料,对高铁铝酸盐相胶凝材料的合成温度、物相组成、微观结构、力学性能和水化产物进行了系统研究.结果表明:固废基高铁铝酸盐相胶凝材料的最佳煅烧温度为1300℃,其矿物组成主要有七铝酸十二钙(C_(12)A_7)、无水硫铝酸钙■、硅酸二钙(C_2S)和铁铝酸四钙(C_4AF);水化产物主要为钙矾石和铝酸钙水化物;合成材料具有良好的力学性能,早期强度和后期强度均优于普通硅酸盐水泥,28d抗压强度可达27.75 MPa.试验表明,利用冶金废渣制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料可用于制备高性能绿色透水混凝土,其力学性能和透水性能均满足规范要求.     

温度对铁基金属陶瓷性能的影响

本文以开发Fe-FeAl2O4金属陶瓷材料为目标,针对氧化物陶瓷的高强度、高硬度等性能和金属合金优良的导电性能和机械性能,采用粉末冶金的方法制备出以金属铁为基体,同时添加铁铝尖晶石为陶瓷相的金属陶瓷材料.本文探讨了铁基金属陶瓷材料的制备,研究了烧结温度对于特定比例下的金属陶瓷材料的性能的影响.对不同温度下的试样进行了导热系数、抗折强度的测试,采用SEM、XRD等方法研究试样微观结构与温度的关系.结果表明:在1 200℃温度下的试样,其各方面性能均优于其他温度,从而确定了最佳的烧结温度.     

脱硫石膏—钛矿渣粉复合胶凝材料力学性能研究

将脱硫石膏和钛矿渣粉两种工业固体废弃物综合利用,制备脱硫石膏—钛矿渣粉(简称:FGD-TS)复合胶凝材料。利用XRD、SEM等测试方法研究不同钛矿渣粉掺量对FGD-TS复合胶凝材料反应物物相及微观形貌影响。试验结果表明:随着钛矿渣粉掺量的增加,FGD-TS复合胶凝材料单位体积内的二水石膏晶体量降低,复合胶凝材料试块的2 h抗折与抗压强度均降低。在FGD-TS复合胶凝材料中,钛矿渣粉适宜掺量为10%～20%,钛矿渣粉镶嵌在二水石膏晶体之间,起到了骨架支撑作用,比单一的脱硫石膏的绝干抗压强度提高10%～27%,提高了FGD-TS复合胶凝材料的后期强度,达到《建筑石膏》(GB/T 9776—2008)3.0等级的规定。     

钒钛铁尾矿复合胶凝材料的制备及性能

为促进钒钛铁尾矿高质量、规模化地有效利用,以钒钛铁尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,采用粒度分析、力学性能测试、X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)测试等手段,研究了钒钛铁尾矿粉磨特性、掺量对复合胶凝材料性能影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：粉磨30 min的钒钛铁尾矿比表面积达到400 m²/kg,其28 d活性指数接近70%;当钒钛铁尾矿掺量为27%,胶砂比为1∶3,水胶比为0.4时,所制备的复合胶凝材料3 d和28 d抗压强度分别为14.9 MPa和32.6 MPa,标准稠度为32.6%,凝结时间为125 min(初凝)和396 min(终凝),复合胶凝材料净浆试样14 d的收缩值较同龄期P·O 42.5水泥净浆试样收缩值低51.8%;在标准养护条件下,复合胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂和钙矾石(AFt),钒钛铁尾矿水化反应后残余矿物相石英和透辉石颗粒与水化产物的凝聚效应为复合胶凝材料的强度提供了保障,透辉石水化生成Mg(OH)₂对胶凝体系早期自...     

水玻璃模数对碱激发赤泥胶凝材料性能影响研究

为探究赤泥回收利用方法,以烧结法赤泥为活性材料,不同模数的水玻璃溶液为激发剂,制备了赤泥基碱激发胶凝材料,测试了其力学性能及孔结构特征,并通过XRD、SEM及差热分析探究了其微观机理。试验表明,水玻璃模数对材料性能有较大影响,水玻璃模数为0.96时体系的激发效果最好,28 d抗压强度达到10.21 MPa。硬化试件的主要强度来源物质为水化硅酸钙凝胶,强度较高的材料其微观结构更为致密,碱激发产物数量更多。     

热处理制度对SLM成形TA15钛合金组织及性能的影响

实验采用选区激光熔化成形（SLM）技术制备了TA15钛合金试样,研究了热处理制度对TA15钛合金试样微观组织和拉伸及冲击性能的影响。研究结果表明,单重热处理方式下,随保温时间的延长和退火温度的升高,微观组织α’马氏体逐渐分解,次生α相和β相的体积分数则逐渐增加,试样拉伸强度整体呈下降趋势,但断裂韧性呈现先升高后降低的趋势。其中在850℃保温4 h热处理制度下,试样具有较优的综合性能,其抗拉强度为1 033 MPa,冲击功为38 J。双重热处理制度下,显微组织主要是以网篮状为主的α+β两相组织,微观组织均质化程度更高,表现为宏观性能分散性较小,其抗拉强度均值达1 029 MPa,冲击功为40 J。     

烧结温度对内燃机用TiZrVMo高熔合金组织和力学性能的影响

运用放电等离子烧结方法(SPS)制备TiZrVMo合金,并通过控制不同的烧结温度获得了不同力学特性与组织结构的试样。测试结果表明,对合金烧结处理后其基体中形成了包含BCC与FCC两种晶体结构,BCC组织形成了比FCC组织更高的衍射峰。当烧结温度增加后,晶粒尺寸呈现增大的现象,塑性先增大后降低。经过1100℃烧结得到的试样压缩屈服强度为1501.4MPa,塑性应变31.4%。随着烧结温度的增加,屈服强度先减少后增加,塑性应变先增大后减小。当烧结温度上升后,合金材料从准脆性断裂逐渐转变为微孔聚集型断裂,之后形成了大尺寸晶粒并发生沿晶断裂的现象,呈现脆性解理断裂的特点。     

低温对某铜矿膏体充填早期强度影响及工程建议

以伽师铜矿冬季膏体料为背景,制备不同水质、水泥种类、水泥添加方式、泵送剂掺量和骨料添加量的膏体试块129个,膏体温度控制在8~12℃,放置于温度20℃、湿度95%的标准养护箱,待养护龄期为3、7和28 d时测其单轴抗压强度.实验结果表明,膏体7 d和28 d强度分别是3 d强度的1.44倍、2.4倍,7 d强度演化规律符合2℃时水化反应度演化进程、强度发展较慢,而28 d强度演化规律符合20℃时水化反应度发展进程,温度对其后期强度影响较小.基于低温对膏体7 d内早期强度影响较大这一现象,提出了充填系统添加高温补水点的工程建议:根据伽师铜矿膏体实际配比,理论计算出高温补水量为6~8 m3·h-1,水温70~100℃,膏体温度可由6℃提高至15~19℃;建议采用工业热水器提供高温水,热水器功率保守选择400 kW,充填成本每方充填料增加2.9元人民币.      

温度影响下花岗岩宏、细观力学性质演化规律

在地下工程中,温度变化对岩体力学性质有着极大的影响,而宏观力学性质与细观微裂隙发育损伤密不可分。为探究在温度循环条件下岩石细观损伤机理与宏观力学性质之间的关系,对花岗岩进行不同温度下的高温水冷循环试验,并采用低场核磁系统进行细观孔隙参数检测,同时开展了单轴抗压强度试验。结果表明：（1）温度的上升和循环次数的增加均会导致花岗岩弹性模量和单轴抗压强度力学性质的降低,400℃是花岗岩性质变化的临界点;（2）核磁检测可以获取试件的孔隙分布参数,由该参数及试件宏观性质变化可以得出,200～600℃时温度循环所引起的细观损伤规律有明显差异;（3）花岗岩损伤值随着温度的升高而升高,但温度循环引起的多次损伤随温度的升高呈现出先增加后减小的趋势。微裂隙尺度、含量与试件单轴强度、应变的相关性分别为-0.943和0.935。     

超细全尾砂充填配比优化正交试验研究

为了研究灰砂质量比、固相质量分数和温度对充填料浆各性能指标的影响规律,确定不同温度范围适合采矿工艺要求的充填材料控制参数。结合北方某矿山工程实践,以司家营磁铁矿全尾砂为充填骨料,新型胶凝材料为胶结料,运用正交试验设计法进行充填配比优化试验,得到以上3个因素对充填体28 d抗压强度、泌水率、塌落度和初凝时间等4个评价指标的敏感程度,以及各指标随各因素的变化趋势,确定最优的配比参数。试验结果表明：通过增大灰砂质量比可以提高充填体强度并缩短初凝时间,而充填体的泌水率和塌落度对固相质量分数最敏感;料浆充填性能随温度升高而提高,当温度为10 ℃ 和20 ℃时,最优配比为灰砂质量比1∶6,固相质量分数70%;当温度为30 ℃时,最优配比为灰砂质量比1∶8,固相质量分数72%。在不同温度范围采用不同配比参数可以降低充填成本。     

含锌粉尘冷固结团块高温自还原过程分析

摘要：对含锌粉尘冷固结团块进行高温焙烧,研究了配碳量和焙烧温度对团块自还原过程的影响。结果表明,团块焙烧后的抗压强度随着焙烧温度的升高呈现先降低后增加的趋势,焙烧温度为900℃时,团块的强度降到最低。不同配碳量的团块焙烧后的抗压强度随焙烧温度增加的趋势也不同,配碳量低的团块抗压强度增加的趋势较强。焙烧温度超过900℃后,团块的金属化率显著增大,团块的体积开始收缩,且焙烧温度越高,团块体积收缩的程度越大,而配碳量低的团块体积收缩程度更大。团块中会形成少量含FeO的低熔点渣相,并在高温下融化成液态,有利于团块体积的收缩,减少了孔隙,促进了团块内金属铁连晶结构的形成。     

球团矿高温还原过程中抗压强度变化及机理

 运用自行设计制造的固态物料高温抗压强度与蠕变在线测试仪,分别测试球团矿在不同温度及还原度状态下的抗压强度及蠕变量,用以表征球团矿在高炉内不同位置的抗压能力。研究发现：未发生还原反应球团矿在中性气氛中,当温度达到1 000 ℃时,球团矿的抗压强度为2 750 N以上,继续升温,球团矿抗压强度下降迅速;球团矿在还原气氛下,还原初期球团矿抗压强度比同温度下中性气氛球团矿抗压强度有较大下降,当温度高于900 ℃时,球团矿抗压强度只有1 250 N,且在抗压试验中形变明显。微观结构分析表明：还原过程中高价铁氧化物到低价铁氧化物变化过程中晶格增大、新生铁相基体孔隙增加、裂纹产生以及颗粒间固相固结减弱是导致强度下降的主要原因。     

高温热震对具有SiC涂层的C/C复合材料压缩性能的影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备SiC涂层,对SiC涂层C/C复合材料试样进行热震实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析等研究涂层的形貌和结构,采用压缩性能试验研究热震次数及热震温度对SiC涂层C/C复合材料试样压缩性能的影响。结果表明:试样的抗压强度在197.9~237.0 MPa之间,平均抗压强度为210.4 MPa。在1 100℃下进行热震实验,抗压强度随热震次数增加呈近似线性降低趋势;当热震次数一定时(15次循环热震),在900~1 500℃温度范围内,抗压强度随热震温度升高逐渐降低。热震温度为1 500℃时,热震后试样的抗压强度略有升高,主要与热震过程中氧化形成的SiO2玻璃的高温自愈合作用有关。     

磷石膏胶结充填体动态力学特性研究

为了研究凿岩爆破对不同磷石膏新型砂浆配比和不同养护时间的磷石膏胶结充填体稳定性的影响,利用Hopkinson压杆实验装置,以不同加载速度轴向冲击充填体试样,对其动态力学性能进行了研究,分析了动态冲击下充填体的波形曲线、应力—应变曲线,动态抗压强度、强度增强因子（DIF）与平均应变率的关系。结果表明：磷石膏胶结充填体的波阻抗较小,能够对应力波产生阻尼作用;在相同配比和相同养护时间下,不同应变率的充填体应力—应变曲线的下降段基本一致,而上升段差异较为明显;随着应变率的提高,上升段曲线随之平缓;动态抗压强度和DIF均随着平均应变率的增加而增加,且均能用多项式函数分别来描述动态抗压强度、DIF与平均应变率之间的关系。     

柠檬酸浸法预处理对磷石膏充填体性能的影响

为探究柠檬酸水溶液预处理磷石膏作为充填体材料的可行性,试验采用质量浓度为4%的柠檬酸水溶液对磷石膏进行浸泡预处理,将处理后的磷石膏与未处理的磷石膏分别制备成6种不同配比的试样,先后对标准养护条件下的样本进行了剪切流变测试,7 d、14 d和28 d的单轴抗压强度测试,以及扫描电镜(SEM)测试。试验结果表明:柠檬酸浸法预处理磷石膏充填体较未处理磷石膏充填体单轴抗压强度明显提高,且主要强度形成期在0~7 d,同时,预处理磷石膏可以降低浆体屈服应力,提高浆体易泵性;SEM结果显示,预处理磷石膏充填体的微观结构与未处理磷石膏相比其标志性水化产物的产生量更多,微观结构更加致密。