钙铝质矿相对碱激发矿渣氯离子固化能力的影响研究

本文提出了一类改性碱激发矿渣胶凝材料,通过在原材料中掺入额外的钙、铝质矿相(Ca(OH)₂和γ-Al₂O₃),促进材料基体中的Friedel's盐(F盐)在氯离子存在条件下的形成,进而提升胶凝材料的氯离子固化能力。本研究探讨了钙、铝质矿物含量对碱矿渣反应产物组成、氯离子固化量以及力学性能的影响。结果表明,钙、铝质矿相的额外补充可显著提高胶凝材料的氯离子固化能力,同时体系的m(Ca)/m(Al)与该能力的相关性较高。物相分析结果表明,钙质矿相的补充使得反应产物中拥有富余的Ca(OH)₂,在氯盐侵蚀作用下,富余的Ca(OH)₂全部转化为F盐或其他物相,证实了体系氯离子固化能力的增强得益于F盐的形成,即得益于化学固氯能力的提升。抗压强度测试结果,表明钙质矿物的掺入对力学性能存在一定负面影响,而铝质矿相的掺入则能够在一定程度上弥补强度损失。     

水泥-粉煤灰-矿粉-偏高岭土四元胶凝材料氯离子固化机理研究

本文在水泥、粉煤灰和矿粉组成的三元胶凝材料基础上掺入第四元矿物掺合料偏高岭土,利用X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA/DTG)定性分析了四元胶凝材料水化产物与氯离子固化能力的关系,并在此基础上利用TGA/DTG和Rietveld外标法定量分析不同形态氯离子固化量。研究表明,掺入偏高岭土能够增加体系早期水化反应速率,促进粉煤灰和矿粉早龄期水化,增加了四元胶凝材料水化AFm相(单硫型水化硫铝酸钙)和C-S-H凝胶含量。同时也增加了体系中铝钙摩尔比,使得单硫型硫铝酸钙(Ms)在碳酸盐存在的条件下更加倾向于转化为半碳型碳铝酸钙(Hc)。氯离子等温吸附结果表明,AFm相含量与氯离子固化能力呈正相关。Rietveld外标法结果表明,掺入偏高岭土后四元体系的氯离子化学固化能力提高,物理吸附能力降低,与三元体系相比,氯离子化学固化量提高了94.16%,物理吸附量降低了7.62%,TGA/DTG定量结果表明Rietveld定量分析具有可行性。     

煤矸石质硅铝基胶凝材料固结氯离子性能研究

煤矸石是我国排放量最大的固体废弃物之一,近年来越来越多的应用于制备胶凝材料,氯离子是影响混凝土耐久性的重要因素之一,本文针对煤矸石质硅铝基胶凝材料的固结氯离子性能进行研究,研究了硅铝基胶凝材料组成、氯盐阳离子类型以及掺入其它阴离子对煤矸石质硅铝基胶凝材料固结氯离子性能的影响,研究结果表明:相同情况下,矿渣固结氯离子能力大于煤矸石,随着龄期的增长,固结氯离子的量增加,随着氯离子掺量的提高,固结氯离子的量也增加;当加入不同阳离子的氯盐的时候,固结的量按Ca2+、K+、Na+顺序递减,掺入其它阴离子不利于氯离子的固化,体系中加入SO2-4、SO2-3、CO2-3、OH-等阴离子后,固结氯离子的量减小,阴离子对固结氯离子的影响从高到低依次SO2-4、SO2-3、CO2-3、OH-.     

纳米SiO_2对硅酸三钙基骨水泥性能的影响

研究纳米SiO2对硅酸三钙(Ca3SiO5,简称C3S)基骨水泥性能的影响。结果表明:纳米SiO2的掺入,可以加快C3S的水化进程,但延缓了浆体的凝结。纳米SiO2与Ca(OH)2反应生成较低n(Ca)/n(Si)的CSH凝胶,降低了固化体中Ca(OH)2的含量。纳米SiO2与Ca(OH)2反应生成的CSH凝胶呈网络交织状结构,既可对固化体起到密实填充作用,又可增强固化体的胶凝性能,从而提高固化体的力学性能。固化体中Ca(OH)2的含量随纳米SiO2掺入量增加而降低;当SiO2掺入量达到6%时,固化体中CSH凝胶的平均n(Ca)/n(Si)开始降低。     

等28d抗压强度条件下粉煤灰和矿渣对C50混凝土后期性能的影响

在28 d抗压强度相近的前提下,制备了纯水泥混凝土、大掺量粉煤灰混凝土、大掺量矿渣混凝土,测定了不同混凝土的后期抗压强度、抗氯离子渗透性,以及胶凝材料的化学结合水、硬化浆体中的Ca(OH)2含量.结果表明:含大掺量矿物掺合料的混凝土的后期强度和抗氯离子渗透性均明显高于纯水泥混凝土;大掺量矿渣混凝土的后期强度高于同掺量的大掺量粉煤灰混凝土;复合胶凝材料的后期水化程度增长率明显高于纯水泥;复合胶凝材料硬化浆体中后期Ca(OH)2含量明显低于纯水泥硬化浆体.     

纳米二氧化硅改性大掺量矿粉-水泥胶凝体系性能与微结构研究

利用沉淀法制备的纳米二氧化硅(PNS)极强的火山灰活性,能改善大掺量矿粉-水泥胶凝体系早期抗压强度低、内部结构疏松等缺陷,研究了PNS对大掺量矿粉-水泥胶凝体系抗压强度、抗氯离子渗透性的影响,通过XRD、TG-DSC及MIP对该体系的水化产物与孔结构进行微观分析。研究表明:随着PNS掺量的增加,试件的抗压强度也随之提高,尤其是7 d抗压强度,掺5%(质量分数,下同)PNS试件的强度增幅达到了20%;同时,水泥抗氯离子渗透能力先上升后下降,PNS掺量为3%时,达到最优,其28 d氯离子扩散系数较不掺PNS降低44.8%。PNS在早期能够大量消耗Ca(OH)₂,生成更多的C-S-H凝胶等水化产物,使得孔结构更加致密,降低孔隙率,在适宜范围内掺入PNS还可有效细化孔径。     

钙铝类水滑石对混凝土抗盐冻性能的影响

以氯盐为主要成分的除冰盐会导致混凝土发生盐冻破坏,而钙铝类水滑石(CAHL)可以对氯离子进行吸附固化。为研究CAHL对混凝土抗盐冻性能的影响,在C30混凝土中分别掺加胶凝材料质量0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的CAHL,测试不同CAHL含量对混凝土抗压强度、电通量、盐冻剥落质量、自由氯离子浓度的影响。结果表明:当CAHL掺量≤1.5%时,随着掺量的增加,混凝土的抗压强度逐渐增大,而电通量逐渐降低,说明合适的CAHL掺量可以提高混凝土的致密性;随CAHL掺量的增加,Friedel's盐的衍射峰逐渐增强,说明CAHL可以较好地固化氯离子;CAHL通过提高混凝土致密性和固化氯离子有效降低了盐冻条件下混凝土中的自由氯离子含量;与空白样相比,CAHL掺量为1.5%时的混凝土经28次单面盐冻剥落后质量损失下降22.9%。     

磷渣基地聚合物胶凝材料固化微细粒铁尾矿

用磷渣基地聚合物胶凝材料对65%的微细粒铁尾矿浆体进行固化处理,考察了胶凝材料掺量对尾矿固化体各项力学性能的影响,分析了尾矿固化体的微观结构.结果表明,尾矿固化体的力学性能受胶凝材料掺量影响显著,固化28 d后尾矿固化体的抗压强度在胶凝材料掺量为3%(w)时达0.2 MPa,掺量为14%(w)时大于3.0 MPa;不同胶凝材料掺量的尾矿固化体渗透系数均小于1×10~(-4)cm/s.胶凝材料水化产生的水化凝胶可将尾矿中的各组分胶结在一起形成具有一定承载力和水稳性的硬化体,磷渣基地聚合物胶凝材料可作为尾矿固化的一种潜在固结剂.     

矿渣掺量和细度对矿渣胶凝材料收缩性能的影响

利用XRD、SEM等方法,研究了不同掺量和不同比表面积的矿渣制备的矿渣胶凝材料的收缩性能,对其水化产物、微观结构及形貌特征进行了探讨.结果表明:矿渣细度和掺量对胶凝材料的收缩有显著的影响,其最佳掺量为75%,最佳细度为550 m2/kg;矿渣胶凝材料具有早期干缩小,后期微膨胀的性能,其水化产物主要是Ⅰ型水化硅酸钙凝胶,并存在大量的钙钒石.     

粉煤灰-矿粉掺量对混凝土毛细吸收影响研究

通过毛细吸盐试验,测定在毛细吸收作用下,粉煤灰掺量、矿粉掺量、粉煤灰和矿粉复合掺量对混凝土试件抵抗氯离子侵入性能的影响。试验结果表明,当粉煤灰掺量为胶凝材料总重的30％,矿粉掺量为胶凝材料总重的50％,以及用15％的粉煤灰与矿粉复掺,混凝土抗氯离子毛细传输能力最优。     

高掺量磷石膏水硬性胶凝材料组成设计与性能调节

本文研究的水硬性磷石膏胶凝材料体系由80%(质量分数)磷石膏,以及少量矿渣、水泥、偏高岭土、粉煤灰、硅灰等辅助胶凝材料组成,借助力学性能试验数据与分子动力学(MD)模拟为超高掺量磷石膏体系组成设计提供依据,后续对该体系强度倒缩问题进行性能调节。结果表明,当磷石膏掺量固定时,辅助胶凝材料(SCM)的n(CaO)/n(SiO₂+Al₂O₃)摩尔比接近1的样品力学性能结果最佳。分子动力学对模型原子表面积和孔结构分布的模拟结果与力学性能规律相符,孔结构越小时抗压强度越高;在原子尺度上,n(CaO)/n(SiO₂+Al₂O₃)摩尔比接近1时O、Ca、Al及S原子表现出较高的扩散能力,可充分发挥碱激发与硫酸盐激发效应,同时使得OO、Al—O、Si—O键长增大而失稳水解,促进水化产物钙钒石的生成。最后,通过调节SCM的种类,在磷石膏-矿渣-水泥体系中复掺偏高岭土、硅灰及粉煤灰改善了90 d龄期强度倒缩的问题。基于化学组分设计配合比对大宗量利用磷石膏以及获得性能更好的胶凝...     

高掺量矿物掺合料对水泥基材料固化氯离子能力的影响

本文研究了高掺量矿物掺合料对水泥基材料固化氯离子能力的影响,并借助XRD、DTG等进行了分析,研究结果表明:在水泥掺量为20％情况下,随着矿粉和NaCl的掺量的增加,提高了水泥基材料的强度.高掺量的矿粉促进了水泥基材料中的F盐和镁铝水滑石的生成提高了其对氯离子的固化能力,增加浆体的水灰比对氯离子的固化也起到了促进作用.     

氢氧化钙对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的水化影响

通过凝结时间、抗压强度和电阻率等分析手段,研究了Ca(OH)2对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化过程的影响.结果表明,掺入Ca(OH)2明显缩短了硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的凝结时间;当Ca(OH)2掺量为0.5%时,初凝时间最短,1 d、28 d强度均明显提高;当Ca(OH)2的掺量为2%时,28 d强度相比空白样提高了61.9%;掺入Ca(OH)2后,硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的1 d电阻率减小,随着Ca(OH)2掺量增大,电阻率逐渐减小,电阻率变化率极大值提前,说明Ca(OH)2加快了该复合胶凝材料的早期水化进程.XRD分析表明,掺入Ca(OH)2后,水化1 d时钙矾石的生成量增多,消耗无水硫铝酸钙的量增多;水化28 d时钙矾石的生成量相对变化较小,但强度明显增大,粉煤灰对硫铝酸盐水泥强度的贡献较为明显.     

高性能碱激发胶凝材料的正交试验研究

利用正交试验研究了Ca(OH)2,Ca SO4·2H2O和硅灰的掺量对碱激发胶凝材料强度的影响;同时借助扫描电子显微镜(SEM)对胶凝材料微观结构进行分析。试验结果表明:在水化初期,Ca SO4·2H2O掺量对碱激发胶凝材料的强度影响起较大作用,其次是Ca(OH)2掺量的影响,再次是硅灰;而随着水化反应进行程度的不断加深,碱掺量逐渐起较大作用,Ca SO4·2H2O次之,硅灰再次之。随着水化反应的不断进行,矿渣中的玻璃体不断被消耗而生成C-S-H凝胶,而生成的C-S-H凝胶不断搭接融合,形成整体的组织结构,使胶凝材料不断密实,强度逐渐提高。另外通过试验得出了配制强度达到50MPa的碱激发胶凝材料的具体配合比,即Ca(OH)2掺量为8%,Ca SO4·2H2O掺量为3%,硅灰掺量为3%。     

湿选钢渣尾泥制备充填胶凝材料试验研究

钢渣尾泥是转炉钢渣经过湿磨磁选后排出的二次废渣,堆存量大且难以实现大规模资源化利用。以钢渣尾泥为主要原料,协同其他工业固废制备胶凝材料可用于矿山充填。本文开展了钢渣尾泥基充填胶凝材料配合比正交试验、充填材料力学性能测试,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)等多种微观测试手段对钢渣尾泥基胶凝材料的水化机理进行分析。结果表明,钢渣尾泥掺量为55%(质量分数,下同),矿渣掺量为30%,脱硫石膏掺量为15%,胶砂质量比为1:4,料浆浓度为72%时,所制备的充填材料28 d抗压强度可达4.78 MPa,满足矿山充填材料性能的要求。钢渣尾泥基胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石,以及少量的Ca(OH)₂,体系内水化产物C-S-H凝胶和钙矾石晶体的数量随着水化龄期的增加而明显增长。     

活性氧化镁对高矿物掺和料水泥基材料固化氯离子能力的影响

研究了活性氧化镁对高掺量矿物掺和料水泥基材料固化氯离子能力的影响,采取活性氧化镁与氧化钙混掺的方法进行试验研究。实验采用自动电位滴定仪测试水泥浆中总氯离子和游离氯离子量,并借助XRD、DTG等分析其物相组成。研究结果表明：在活性氧化镁和氧化钙混掺量为10%的情况下,随着活性氧化镁掺量的增加,浆体的早期强度降低,而后期强度增进率则提高。在活性氧化镁掺量为5%时,浆体的固化氯离子量达到最大。 XRD、DTG等分析表明浆体中产生了C-S-H凝胶、镁铝水滑石和F盐。     

粉煤灰和矿粉双掺对水泥基材料固化氯离子能力的研究

以单掺和复掺矿物掺合料(粉煤灰、矿粉)的方式,研究水泥基材料对氯离子的固化特性.结果表明:单掺情况下,反应前期掺矿粉水泥基材料氯离子固化率高于掺粉煤灰;反应后期则相反,表明粉煤灰固化氯离子效果优于矿粉.复掺情况下,反应前期氯离子固化率随着F/S(粉煤灰/矿粉)比例的减小而增大;反应后期随着F/S(粉煤灰/矿粉)比例的增大而增大,表明随着粉煤灰掺入比例的增大,氯离子固化率变大.比较单掺和复掺的氯离子固化率可知,复掺固化率与单掺粉煤灰相近,并高于单掺矿粉.但是,就反应前期来看,复掺时的固化率高于任何一种单掺形式,表明,复掺对胶凝材料反应前期的氯离子固化率提升较快.     

矿渣基胶凝材料固化硫砷渣的研究

利用矿渣基低温陶瓷胶凝材料对硫砷渣进行固化,考察砷渣的石灰预处理、养护条件及砷渣的掺量对固化效果的影响.结果表明:m(石灰)/m(硫砷渣)=0.8是固化硫砷渣最佳的预处理配比;固化体在0.7 MPa压力下养护后强度和As浸出率都较常压养护的好;0.7 MPa压力养护下,随着预处理硫砷渣掺量的增加,固化体的砷浸出浓度逐渐升高,但砷浸出率均低于1％,且预处理硫砷渣掺量小于等于20％时,固化体As浸出浓度能达到国家标准.     

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).     

煅烧复合污泥灰制备煤矿充填材料的试验研究

为提高污泥灰的水化活性,实现其资源化利用,将造纸污泥灰与生活污泥灰混合煅烧用于制备煤矿充填材料.研究了污泥灰配比、煅烧温度及污泥灰掺量对污泥灰-水泥胶凝体系性能的影响,利用X射线衍射、扫描电镜和EDS能谱对污泥灰及其水化产物进行表征.结果表明:当m(造纸污泥灰):m(生活污泥灰)=79:21(质量比)时,污泥灰-水泥试样的需水量及抗压强度均取得最优值;随着煅烧温度的提高,复合污泥灰中贝利特和钙铝黄长石等活性矿物生成量增大,胶凝试样强度不断提高,为节约能耗,煅烧温度取1200℃最为合理;复合污泥灰-水泥体系中污泥灰掺量以不超过40％为宜.相比分别煅烧后混合的污泥灰试样,复合煅烧污泥灰更多参与了早期的水化反应,生成以Ca(OH)2和C-A(Fe)-S-H凝胶为主的水化产物,片状的Ca(OH)2填充于凝胶孔隙中,形成致密整体,提高了试样抗压强度.