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。     

改性煤气化粗渣活性特征及其复合水泥浆体水化硬化性能研究

煤气化技术的规模化应用产生了大量难处理的煤气化灰渣。作为一种富含硅铝酸盐矿物的煤气化灰渣,具备火山灰活性和较低的碳含量特征,可作为辅助性胶凝材料使用。为探讨不同改性效果下煤气化粗渣的活性特征及其对水泥水化硬化性能的影响机制,本文从宏观和微观上对掺有改性气化粗渣的复合水泥浆体的水化放热、抗压强度、水化产物组成与结构进行分析比较。结果表明:添加二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)改性,可明显地提升气化粗渣的粉磨效率和潜在水化活性,有效减少水化诱导期的延长,降低气化粗渣掺加对水泥水化的缓凝效果;添加DEIPA的顺序对复合水泥的水化硬化特性影响不大。经化学和物理协同改性后的煤气化粗渣可以用于硅酸盐水泥的混合材和混凝土的掺合料,在适当掺量(10 %)下可提升复合水泥的力学性能。     

钢渣电解锰渣赤泥复合胶凝材料的水化热研究

本试验选用电解锰渣、赤泥、钢渣作为混合材制备复合胶凝材料,系统优化混合材配比,利用微量热仪法测试了不同掺量混合材的复合水泥水化热,结合复合水泥胶砂强度情况,采用X射线衍射分析了混合材对水泥早期水化及其火山灰放热行为的规律和影响机理。结果表明:当混合材掺量为50%,赤泥:电解锰渣:钢渣为1∶2∶3时,复合水泥胶砂28 d强度可达到38.6 MPa;与普通硅酸盐水泥相比,钢渣、电解锰渣、赤泥的掺入可消耗多余Ca(OH)2,有助于水泥水化产物中钙矾石的稳定,并且C-S-H凝胶矿物相发育得到一定改善。复合胶凝材料水化放热速率降低,放热峰延缓出现,放热总量显著减少。     

镁质胶凝材料制备与分类、水化机理及耐久性能

镁质胶凝材料是基于活性MgO的一种新型胶凝材料,具有快凝、早强、耐火等特性,在修补、抢修等工程中具有显著优势。本文按照MgO煅烧温度及调和液种类,将镁质胶凝材料分为氯氧镁水泥、硫氧镁水泥和磷酸镁水泥,详细讨论并总结了它们的水化机理及耐久性能。氯氧镁水泥的水化实质是MgO、MgCl₂和H₂O三元体系水化;硫氧镁水泥水化过程由于游离MgSO₄的存在导致硬化体系的强度较低;磷酸镁水泥由于MgO溶解放热及与磷酸盐之间剧烈反应放热的重叠导致水泥水化过快及放热过于集中。碳化会收缩镁质胶凝材料硬化基体中的毛细孔、优化内部孔结构,提高其强度及耐久性。镁质胶凝材料耐水性都较差,氯氧镁水泥耐水性差的原因目前并没有统一的认识;硫氧镁水泥耐水性差是因为未反应的MgO与水反应生成Mg(OH)₂,引起体积膨胀、硬化基体开裂;磷酸镁水泥耐水性差是因为磷酸盐会导致水化产物及未反应的MgO溶解。     

水泥在石膏复合胶凝材料体系中的作用

石膏复合胶凝材料是由石膏与矿渣或粉煤灰、水泥等原材料配制而成的新型胶凝材料,水泥对其性能有很大影响,掺量过少不能有效激发矿渣活性,掺量过多易引起安定性不良。通过pH值测定和水化产物的XRD图谱并结合宏观试验结果,分析了水泥在石膏复合胶凝材料水化过程中的作用及机理。结果表明,水泥除自身水化外,主要为石膏复合胶凝材料体系提供钙离子和矿渣水化需要的碱性环境,能够加快矿渣活性的激发速度,缩短石膏复合胶凝材料的凝结时间;水泥掺量少,自身水化产物少且对矿渣激发不充分,不足以形成致密的网状结构,掺量过多,钙矾石生成量大,会因膨胀而破坏已形成的结构,导致强度和耐水性能降低;水泥的最佳掺量范围为7%~10%。     

含粉煤灰或铁尾矿粉复合胶凝材料性能研究

为了验证矿物掺和料在复合胶凝材料水化硬化过程中的作用效应,实验用与水泥细度相近的粉煤灰和铁尾矿粉作为活性和惰性矿物掺合料,研究了相同养护温度、不同水胶比条件下,矿物掺合料掺量和种类对胶砂块试件抗压强度以及7 d龄期混凝土自收缩发展规律。结果表明：在水化初期,粉煤灰和铁尾矿粉在复合胶凝材料水化中起到物理填充作用,随龄期延长,粉煤灰的火山灰效应才逐渐显现。水化初期,矿物掺合料的物理因素（颗粒形貌等）对胶砂块抗压强度影响超过化学因素（反应程度等）,同时活性与惰性掺和料的作用基本相同;粉煤灰和铁尾矿粉的自收缩规律基本相同,均随着掺量增大呈线性递减特性。     

铜镍冶炼渣新型充填胶凝材料制备及其力学性能研究

以铜镍冶炼产生的工业废弃物铜镍冶炼渣为研究对象,通过对冶炼渣进行XRD测试及化学成分分析,确定了冶炼渣基本特性。针对研究所用冶炼渣活性低的特点,基于冶炼渣制备胶凝材料的水化反应机理,选取复合激发剂进行活性激发。按照冶炼渣∶PO42.5水泥∶CaO:激发剂=35∶50∶13∶2配比制备了SC型胶凝材料,并对其性能进行试验检测。结果表明:SC型胶凝材料各龄期强度均比PO42.5水泥强度低,但高于PSA 32.5水泥强度,其强度能够满足矿山充填需求。SC型胶凝材料与尾砂适应性测试试验结果表明,SC型胶凝材料与尾砂制备的充填料浆具有较好的流动性。     

金尾矿固化氯离子的机理研究

以火山灰质金尾矿为原材料,通过机械力活化和复合活化工艺（将机械力活化后的金尾矿进行热活化）激发尾矿硅铝活性,采用XRD、SEM、FT-IR测试手段测试水化产物,分析了胶凝材料水化机理及其对氯离子的固化机理。试验结果表明:由粉磨60 min再经750℃热活化1 h的金尾矿粉组成的胶凝材料固氯效果良好,胶砂块力学性能更加优异,活性尾矿粉的掺入促进了铝酸三钙（C₃A）、铁铝酸四钙（C₄AF）等矿物与氯离子化学结合生成Friedel盐的能力,同时掺入复合活化金尾矿粉的试样中有更多能吸附氯离子的硅酸钙凝胶（C-S-H）和钙矾石（AFt）产物,试样密实度提高的同时其固化氯离子的能力也提升。      

钢渣粒径分布对钢渣水泥复合胶凝材料水化性能的影响

从强度和化学结合水含量两个方面,研究了钢渣比表面积对钢渣水泥复合胶凝材料水化性能的影响,并采用灰色关联分析方法探讨了钢渣颗粒粒径分布对钢渣水泥复合胶凝材料水化性能的影响规律,结果表明:16.57~31.39μm范围的钢渣颗粒对其影响最大,并且确定钢渣较佳比表面积为453 m2/kg,同时,增加4.62~31.39μm范围的钢渣颗粒含量,有利于提高钢渣活性,改善复合胶凝材料水化性能。     

养护温度对四元固废胶凝材料的强度影响分析

以精炼 渣—钢 渣—脱 硫 石 膏—矿 渣 制 备 固 废 胶 凝 材料,探究其在不同养护温度下的强度发展规律和微观固结机理,以 XRD、热重、SEM 试验表征四元固废胶凝材料体系在低温养护下的水化机理.试验表明,养护温度对胶凝材料的强度增长影响较大,强度与养护温度呈正相关.低温养护条件下,固废原料体系中水解受到抑制,并且水化过程也受低温影响.掺入２０％精炼渣后,在低温水化反应前期精炼渣提供较高离子浓度,使水化反应得以在较低温度下继续进行,从而提高胶凝材料的强度.研究结果可为精炼渣改性其他胶凝体系提供参考,为开发低温早强的全固废混凝材料奠定了理论基础.     

白云石煅烧制备水泥基胶凝材料的实验研究

通过控制白云石的煅烧制度得到了含有碳酸钙和活性氧化镁的煅烧产物,研究了白云石煅烧后加入硅酸盐水泥对水泥基胶凝材料的物理、力学以及微观性能的影响实验结果表明,白云石煅烧后掺入硅酸盐水泥增大了胶凝材料的标准稠度用水量,延缓了胶凝体系的凝结时间,并且随着掺量的增加,胶凝体系的标准稠度用水量和凝结时间增加的幅度也越大.同时发现,煅烧产物的加入虽然会降低胶凝材料的早期强度,但在水化后期表现出较好的强度优势.     

冶金渣胶凝材料协同固化铅的试验研究

以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了铅离子浓度和养护工艺对胶凝材料固铅效果的影响,并利用XRD和SEM对固铅胶凝材料的水化产物进行了分析。结果表明,冶金渣胶凝材料相对于水泥具有更高的固铅效率。冶金渣胶凝材料水化产物中存在的多种协同作用是其固铅效率显著高于水泥的重要原因。      

电厂脱硫石膏粉在水泥基胶凝材料中的复合效应

研究了脱硫石膏粉对水泥基胶凝材料性能的复合效应。结果表明:脱硫石膏-水泥复合胶凝材料的体积安定性良好,初凝时间明显延长,终凝时间和标准稠度用水量略有增加。脱硫石膏-水泥胶砂水化时,一部分脱硫石膏参与水泥水化反应生成钙矾石晶体,其余的脱硫石膏颗粒起微集料的填充作用。大量的脱硫石膏超细颗粒均匀分散在浆体中,填充并细化了毛细孔和孔隙,改善了胶砂的孔结构,提高了胶砂密实度。通过不同龄期的净浆试件的XRD图谱,表明脱硫石膏-水泥复合胶凝材料的水化产物主要是C-S-H凝胶、钙矾石和二水硫酸钙。     

磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度和水化特性研究

为实现磷石膏、磷渣固废材料的再生利用,提高工业固废的利用率,以磷石膏、磷渣作为主要原料,采用水玻璃、水泥熟料和磷石膏共同激发磷渣活性制备磷石膏—磷渣基复合胶凝材料。分别探讨磷石膏掺量、水玻璃掺量和磷渣粉磨制度对磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度的影响;并运用SEM、XRD分析磷石膏—磷渣基胶凝材料硬化体的微观结构及组成形貌。结果表明:磷石膏掺量低于50%时,复合胶凝材料各龄期强度与磷石膏掺量成反比;当m(磷石膏)∶m(磷渣)∶m(熟料)=20∶72∶8,水玻璃掺量为1.5%时,胶凝材料28 d抗压、抗折强度均达到最大值,分别为43、6.3 MPa;较单独粉磨磷渣与水泥熟料而言,混合粉磨制度会产生“微介质效应”,有利于提高复合胶凝材料强度;复合胶凝材料主要水化产物为C—S—H凝胶与钙矾石,钙矾石与未溶解的磷石膏作为骨架被生成的C—S—H凝胶包裹、充填、交织在一起,形成致密结构;复合胶凝材料用于替代水泥作为矿区充填材料时推荐磷石膏掺量为20%～40%。     

超细化铁尾矿—钢渣水泥基复合材料的制备及其性能研究

尾矿资源及冶金固废大量堆存,未能高效利用,从而造成了空气、土 壤污染等重大环保问题。 针对低活 性的铁尾矿、钢渣固废材料,对铁尾矿进行超细化处理,并以经济简单的方 式处理钢渣,用以制备复合胶凝材料。 通过 固定铁尾矿、钢渣复合体系的总掺量,研究了不同比例超细化铁尾矿、钢渣 对复合胶凝材料体系力学性能与抗侵蚀性 能的影响;利用扫描电镜(SEM)和 X 射线衍射仪(XRD)等微观手段,开展了 铁尾矿—钢渣—水泥基三元复合胶凝材 料的侵蚀机理及水化机理研究。 研究表明:120 min 的研磨时间可制得中 值粒径为 0. 89 μm 的超细化铁尾矿;当超细 铁尾矿 ∶钢渣为 1 ∶3 时,所制备的复合体系 3 d、28 d 抗压强度为 9. 7 MPa、29. 8 MPa;钢渣的碱度有利于激发超细化铁 尾矿中硅铝相的活性,所产生的协同效应有利于促进复合体系中水化产物的 生成,提升结构性能。 出于对材料力学 与耐久性能的综合考虑,超细化铁尾矿 ∶钢渣 ∶水泥的掺入比例建议为 1 ∶3 ∶6。 若对所制备材料的抗侵蚀性能要求较 高,可以适当提升超细化铁尾矿的掺入比例,但不宜超过胶凝材料总量的 20%。     

电解锰渣复合胶凝材料的研制

利用电解锰渣和生石灰激发火山灰质材料粉煤灰的火山灰活性,制备电解锰渣复合胶凝材料.研究了电解锰渣和水泥对复合胶凝材料性能的影响,并在此基础上得出了最佳配合比,当电解锰渣复合胶凝材料中电解锰渣、粉煤灰、生石灰与水泥的质量比为50∶30∶ 10∶10,取水胶质量比为0.55,其28d抗折、抗压强度分别为2.50 MPa、10.05 MPa.     

利用钼尾矿制备矿物掺合料的试验研究

以钼尾矿、矿渣、熟料和石膏为原料制备胶凝材料,探讨了钼尾矿粉的火山灰反应活性和胶凝材料的水化反应活性,并通过化学结合水和SEM对水化产物进行了研究。结果表明,当钼尾矿粉在胶凝材料中掺量为40%,胶凝材料的初凝时间和终凝时间分别为195 min和290 min,胶砂试块28 d抗压强度可以达到55.9 MPa。利用钼尾矿制备的胶凝材料的水化产物以钙矾石和C-S-H凝胶为主,二者的相互交织促进了胶砂试块强度的增长。     

煤矸石胶凝特性的研究

分析了国内外煤矸石的综合利用情况，结合煤矸石矿物特性及其化学组成，提出煤矸石胶凝材料化的3个活性区：即低温脱水活性区、中温自水化活性区以及高温玻璃化活性区．根据煤矸石矿物的结构特性，从矿物结构的继承性、延续性和能量优化耗散规律出发，分析了低温煅烧煤矸石作为水泥混合材降低水泥强度的原因以及煤矸石作为水泥原料的黏土替代材料过程中高耗能的原因．提出了煤矸石利用过程中“系统功最小”原则，并结合煤矸石与胶凝材料之间的双重相似性（大宗性以及组分近似性）成功地研制出黏土质硅铝基胶凝材料．     

钼尾矿复合胶凝材料的制备及其水化机理研究

为了促进固体废弃物的资源化利用,解决尾矿堆积带来的环境、安全问题,并提供相应的理论依据,以钼尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,通过粒度分析、力学性能测试、X射线衍射（XRD）和扫描电镜 （SEM）等测试手段,研究了钼尾矿磨矿时间和掺量对胶凝材料性能的影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：①当钼尾矿粉磨时间为80 min,比表面积为500 m2/kg,其28 d活性指数接近1.2;钼尾矿掺量为40% ,胶砂比为1∶3,水胶比为0.5时,所制备的复合胶凝材料胶砂块28 d抗压强度为52 MPa。②复合胶凝材料水化反应初期,主要生成水化硅酸钙和钙矾石,为胶砂块提供了早期强度,水化反应后期主要产物为C—S—H 凝胶、水化铝酸钙及钙矾石（AFt）,尾矿残余颗粒及水化产物的凝聚效应为胶砂块强度提供了保障。     

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...