碳化养护对钢渣混凝土强度和体积稳定性的影响

当前国内外对钢渣的利用率不高,急需拓展经济、高效的钢渣利用途径。以钢渣粉为主要胶凝材料组分,用钢渣砂、钢渣石为集料配制混凝土,采用CO_2进行养护,研究碳化养护对钢渣混凝土强度和体积稳定性能的影响。结果表明:经碳化养护后,混凝土抗压强度显著提高,碳化14 d强度提高3.2~5.3倍,最高可达65.3 MPa,且碳化时间越长,试件碳化深度越大、pH值越低、碳化程度越高,混凝土强度也越高。碳化过程中生成碳化产物方解石Ca CO_3(碳酸钙镁Ca_xMg_(1–x)CO_3),使混凝土结构更加致密,吸水率降低。钢渣砂和钢渣石作集料也可被碳化,碳化后钢渣砂、钢渣石混凝土强度高于天然砂、天然石混凝土强度,混凝土体积稳定性得到明显改善。     

钢渣碳化砖的碱激发-碳化协同效应影响因素

以钢渣为主要原料制备了钢渣碳化砖,分析了其在碱激发条件下的碳化效果影响因素。结果表明,钢渣因含有f-CaO、硅酸二钙等可碳化组分而表现为更高的CO_2吸收量,是适宜的原材料。Na_2CO_3激发能力恰当且可提升碳化效果,是适宜的激发剂。掺用Na_2CO_3时,碳化强度随钢渣用量增加而增大,但钢渣用量达到1 800 kg/m~3时CO_2吸收量显著下降;强度几乎不受钢渣细度影响,CO_2吸收量随钢渣细度增加而增加,但细度超过440 m~2/kg时CO_2吸收量增加变缓;碳化砖的强度随骨料用量增加而增大,但CO_2吸收量变化不明显。占钢渣7%～13%的水用量可使试样具有足够好的碳化效果,但水用量为11%、13%时CO_2吸收量下降。7%水用量时钢渣砖碳化后强度增长20.0 MPa以上,在0.75%Na_2CO_3对钢渣的激发作用并协同碳化作用条件下,可使强度再增长10.0 MPa、CO_2吸收量再增加1%以上;然而当Na_2CO_3用量超过1%,增强作用变弱、CO_2吸收量下降。钢渣碳化砖的适宜配比为:钢渣(比表面积440 m~2/kg)1640 kg/m~3,骨料328 kg/m~3 (占钢渣的20%,下同),水115 kg/m~3 (7%),Na_2CO_3 13.12 kg/m~3 (0.75%)。该配比制备的试样碳化后其抗压强度、CO_2吸收量可分别达到39.2 MPa、9.15%。在碳化过程中生成更多且沉积于孔洞的碳酸钙,获得更致密基体,是碱激发协同碳化增强的主要原因。     

相变钢渣粗骨料的制备及相变钢渣混凝土性能试验研究

利用真空加热方法,对多孔钢渣粗骨料进行石蜡相变材料的吸附试验,制备多孔相变钢渣粗骨料,采用自制水化热容器进行两种钢渣骨料混凝土放热过程对比.结果表明:吸附相变材料的钢渣骨料具有较低的温升速率,适宜大体积混凝土控温要求;通过钢渣骨料混凝土强度的对比试验及扫描电镜分析,吸附相变材料的钢渣骨料与水泥界面较钢渣骨料混凝土界面弱,实际应用中应对相变钢渣骨料进行偶联剂处理,以保证发挥相变钢渣混凝土控温效应基础上满足大体积混凝土强度要求.     

激发剂对钢渣碳化率的影响研究

钢渣的低活性制约了其有效利用,在钢渣粉中分别掺入磷石膏、Na2CO3和Na2SO4作为激发剂,分别制成试块后测试其抗压强度,并利用XRD、综合热分析进行分析,讨论激发剂种类及其掺量对钢渣碳化的影响。研究结果表明:磷石膏的内掺掺量为2.5%时,可提升钢渣碳化率,其钢渣粉碳化固结体试件强度最大,且每公斤钢渣混合料(磷石膏掺量为2.5%)在经过碳化反应后可碳化并储存155 g的CO2。Na2CO3掺入量为1%时,其钢渣粉净浆试块在碳化后强度达到最大值65.7 MPa,其强度提升了58.7%。Na2SO4掺入量为1%时,试件强度为60.3MPa,其强度提升了45.7%。     

利用钢渣制备免蒸压加气混凝土的研究

采用固体废弃物钢渣作为原材料制备免蒸压加气混凝土不仅可以大规模资源化利用钢渣,而且可以降低加气混凝土生产过程中的碳排放。本文采用钢渣、水泥、石膏等为原材料,通过预养护加二氧化碳养护的方式,研究了免蒸压钢渣加气混凝土的制备方法,重点关注了钢渣比表面积、水固比、减水剂及预养护时间对加气混凝土性能的影响。结果表明,钢渣加气混凝土在二氧化碳矿化养护后其抗压强度显著提高。钢渣比表面积、水固比及减水剂掺量对钢渣加气混凝土的抗压强度具有较大影响。此外,在合适配比及养护制度下,容重700 kg/m3左右的免蒸压钢渣加气混凝土的抗压强度可以达到5.5 MPa以上。     

利用钢渣制备免蒸压加气混凝土的研究

采用固体废弃物钢渣作为原材料制备免蒸压加气混凝土不仅可以大规模资源化利用钢渣,而且可以降低加气混凝土生产过程中的碳排放。本文采用钢渣、水泥、石膏等为原材料,通过预养护加二氧化碳养护的方式,研究了免蒸压钢渣加气混凝土的制备方法,重点关注了钢渣比表面积、水固比、减水剂及预养护时间对加气混凝土性能的影响。结果表明,钢渣加气混凝土在二氧化碳矿化养护后其抗压强度显著提高。钢渣比表面积、水固比及减水剂掺量对钢渣加气混凝土的抗压强度具有较大影响。此外,在合适配比及养护制度下,容重700 kg/m3左右的免蒸压钢渣加气混凝土的抗压强度可以达到5.5 MPa以上。     

用碳化养护电弧熔炉钢渣制备集料和混凝土

将电弧熔炉(electric arc furnace,EAF)钢渣和石灰混和制成球状集料,置于密闭容器当中,并通入100%的CO2气体进行碳化,在0.506 6MPa保持2h.通过质量法测定添加质量分数为11.94%石灰的EAF钢渣(下同)集料CO2的吸收率为5%,通过红外光谱(infrared,IR)分析测定CO2的吸收率为13.88%.用碳化的钢渣集料制备混凝土再进行碳化养护,同时利用碎石和河砂为集料制备碳化混凝土作为参比样.用质量法测定2种混凝土的碳化率分别为21.14%和10.57%;用IR法的为13.81%和16.97%.碳化后电弧熔炉钢渣集料内生长着大量簇生的犬牙状碳酸钙晶体.     

钢渣双掺混凝土力学与耐久性能试验研究

为了进一步提高钢渣混凝土中钢渣的利用率，本文使用粗钢渣和细钢渣等质量比例同时取代混凝土中的天然粗骨料和天然细骨料制备C30钢渣双掺混凝土，研究粗、细钢渣骨料取代率对钢渣双掺混凝土力学性能和耐久性能的影响规律。研究结果表明：钢渣双掺混凝土的力学性能普遍优于普通混凝土，且随着粗、细钢渣骨料取代率的增加，钢渣双掺混凝土的力学性能增强，其抗碳化性能先增强后减弱，抗氯离子渗透性能逐渐减弱。本文提出了钢渣双掺混凝土的立方体抗压强度与其他力学指标之间的换算公式。综合考虑钢渣双掺混凝土的力学性能和耐久性能，建议在实际工程应用中粗、细钢渣骨料的取代率不宜高于40%(质量分数)。     

磨细钢渣对混凝土力学性能和耐久性影响的研究

基于钢渣的活性效应和微集料效应研究了不同掺量钢渣对混凝土抗压强度和抗折强度的影响,通过加速碳化试验和抗冻性试验探究了钢渣混凝土的抗碳化性能和抗冻性.采用X-CT技术探究了钢渣混凝土内部的孔结构.结果表明:掺加10%钢渣混凝土的抗压强度和抗折强度最大,掺加30%钢渣混凝土的抗压强度和抗折强度最小.当碳化到56 d时,掺加30%钢渣的混凝土的碳化深度已达12.5 mm;冻融循环到180 d,掺加30%钢渣混凝土的相对动弹性模量降至88.7%.     

二氧化碳养护混凝土的动力学研究

二氧化碳养护混凝土技术是利用二氧化碳可与水泥的熟料成分发生化学反应而引起混凝土硬化以及产生强度发展。测试了二氧化碳养护混凝土过程中的温度变化、强度发展及二氧化碳养护程度,并建立了二氧化碳养护混凝土过程的动力学模型,结果表明,试验结果和模型的相关性很好。     

钢渣及电石渣与废弃混凝土固化储存CO_2基本参数研究

对钢渣、电石渣、废弃混凝土等固体废弃物碳酸化固化储存温室气体二氧化碳(CO2)进行研究。实验从固体废弃物颗粒粒径、水分添加量等因素,考察碳酸化固化储存二氧化碳(CO2)的效果,并利用XRD、FTIR和SEM对反应机理进行分析。结果表明,固体废弃物颗粒粒径越小,二氧化碳(CO2)固化效率越高。水分添加量过低或过高均不利于碳酸化反应的进行,适宜的水分添加量为4kg/kg。XRD和FTIR分析表明,固体废弃物中的大量的CH、硅酸三钙(C3S)和氧化钙(CaO)转化为碳酸钙(CaCO3),以达到固化储存二氧化碳(CO2)的效果。SEM实验结果表明,经碳酸化处理后固体废弃物颗粒表面生成颗粒状的晶体物质。电石渣,钢渣及废弃混凝土对二氧化碳(CO2)固化效率分别为81%,76%和49%;每千克电石渣,钢渣及废弃混凝土分别可以固化二氧化碳(CO2)气体0.094kg,0.088kg及0.057kg。     

化学激发对微碳铬铁粉渣胶凝性能的影响

采用化学激发的手段来提高微碳铬铁粉渣的早期活性及微碳铬铁粉渣制品的强度。研究结果表明:激发剂Na_2CO_3、Na_2SO_4、硫铝酸盐水泥对于微碳铬铁粉渣浆体均具有比较好的调凝作用,激发剂Na_2CO_3、Na_2SO_4、普通硅酸盐水泥对于微碳铬铁粉渣发泡浆体的强度均有激发作用,以Na_2CO_3的效果最好。复掺Na_2CO_3和普通硅酸盐水泥,微碳铬铁粉渣发泡浆体的强度较单掺有显著提高,通过选择适当的配比,可以配置出符合工程需要的微碳铬铁粉渣发泡砌块。     

碳酸化预养护钢渣制备钢渣水泥的性能试验研究

应用碳酸化技术对比表面积287m2/kg的钢渣粗粉进行预养护,从而制备大掺量钢渣水泥,并对其性能进行了试验研究。试验结果表明,碳酸化钢渣的fCaO含量降低,水化活性提高。碳酸化预养护钢渣较未碳酸化的钢渣制备的钢渣水泥强度及安定性有显著提高;钢渣水泥的密度、比表面积、标准稠度用水量和凝结时间等基本物理量与碳酸化钢渣粗粉的掺入量有关;在满足水泥强度和压蒸安定性的条件下,碳酸化钢渣粗粉的掺量可达50%。     

钢渣细度对水泥混凝土物理力学性能影响

研究了钢渣细度对混凝土力学性能和安定性的影响 ,探讨了影响机理。实验表明 ,用钢渣等量替代部分水泥时 ,混凝土强度随钢渣细度增加而提高 ,特别在钢渣掺量小于 2 0 %时 ,强度增长更明显 ;实验所用各细度钢渣微粉的安定性能均满足要求。     

不锈钢渣用于制备泡沫混凝土的安全性分析

用不锈钢渣、水泥、粉煤灰、发泡剂与水制备不锈钢渣泡沫混凝土,测试了不锈钢渣及泡沫混凝土的化学成分、微观形貌、矿物组成、结构、游离CaO含量、易磨性、内辐射指数与外辐射指数、活性指数、主要性能指标(抗压强度、干密度和导热系数)和浸出液中重金属浓度,研究了不锈钢渣用于制备泡沫混凝土的可行性与环境风险。结果表明,不锈钢渣的主要矿物组成为Ca2SiO4及含Al和Ti, Cu, Pb, Ta等重金属的矿相,具有一定胶凝活性且易磨,内辐射指数与外辐射指数满足建筑材料放射性元素限量要求。不锈钢渣掺量为25wt%?42wt%时,泡沫混凝土的干密度为597?621 g/cm3,养护28 d后抗压强度为1.83?2.98 MPa、导热系数为0.11?0.12 W/(m?K),满足泡沫混凝土要求。不锈钢渣所含重金属主要以稳定的金属固熔体存在,浸出浓度远低于危险废物限值。     

含钛高炉渣的碳化产物对水泥砂浆强度及电阻率的影响

以攀枝花钢铁公司生产的高钛型高炉渣的碳化产物(碳化渣)取代标准砂为集料制备了水泥砂浆。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对高钛型碳化渣进行了成分、物相和形貌表征;测试了不同碳化渣含量下水泥砂浆的抗压强度和电阻率,探讨了不同碳化渣取代量对水泥砂浆电阻率的影响机制。研究结果表明,含有碳化渣的水泥砂浆的强度满足建筑水泥砂浆的要求;在潮湿状态下,碳化渣的引入无法降低28 d龄期水泥砂浆的电阻率;在干燥状态下,当碳化渣的取代量达到60%以上时,水泥砂浆的电阻率可低于标准水泥砂浆,且最低可下降87.5%。高钛型碳化渣可作为导电集料的候选材料用于制备面向建筑加热采暖用的水泥基复合导电材料。     

钢渣-杂填土基层材料的性能研究

将钢渣、矿渣微粉与废弃混凝土碎料混拌制备钢渣-杂填土基层,并对其性能开展研究。体积安定性试验表明,矿渣微粉具有明显抑胀作用,掺入50%(质量分数,下同)钢渣、50%杂填土以及外掺钢渣质量30%矿渣微粉的试件的10 d高温水浴膨胀率仅为1.32%,而未掺矿渣微粉的试件3~5 d膨胀率均超过2%限值。7 d无侧限抗压强度和28 d劈裂强度正交试验表明:7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度影响因素大小顺序为钢渣、水泥掺量、混凝土碎料占比、土壤固化剂;各组试件中7 d无侧限抗压强度、28 d劈裂强度最大值分别为12.41 MPa、2.24 MPa;钢渣-杂填土基层最佳配比为50%钢渣、50%杂填土(m(混凝土碎料)∶m(素土)=6∶4),外掺钢渣质量40%的矿渣微粉、5%水泥、0.018%固化剂,此时试件具有良好的水稳定性。强度影响因素试验表明,矿渣微粉对试件强度的增幅影响最大。X射线衍射及扫描电子显微镜分析表明,在矿渣微粉和土壤固化剂的作用下,钢渣中f-CaO被有效消解,团聚体与混凝土碎料、钢渣颗粒的密实包裹阻止了内部水分的挥发和外部自由水的侵入,既保证了钢渣-杂填土基层的强度,又有效抑制了膨胀。     

矿渣掺量对胶砂和混凝土强度的影响

本文研究了矿渣掺量对胶砂强度、混凝土强度和混凝土与钢筋的粘结强度的影响.在水泥胶砂或粉煤灰-水泥胶砂中,用矿渣取代部分水泥后,胶砂3d强度会降低,且随取代量增加,胶砂3d强度逐渐降低.在水泥胶砂或粉煤灰-水泥胶砂中,当矿渣取代水泥量≤55％时胶砂28 d强度会增加,但矿渣取代水泥量至60％时胶砂28 d强度会下降.在水泥混凝土或粉煤灰-水泥混凝土中,当矿渣取代水泥量≦50％时混凝土28 d强度及其与钢筋的粘结强度会提高,但矿渣取代水泥量≥60％时混凝士强度和粘结强度会降低.     

碳化对镁渣砂浆强度和微观结构的影响

采用CO2养护加速碳化镁渣砂浆,制备了低碳胶凝材料。研究了水灰比和碳化龄期对碳化镁渣砂浆的力学性能及微观结构的影响。结果表明：在CO2浓度为99．9％、压力为0．1 MPa、温度为23℃的碳化养护条件下,水灰比为0．4的镁渣砂浆碳化14 d后,抗压强度是其碳化前强度值的9．9倍,延长碳化时间有利于强度的提高。水灰比对碳化砂浆强度影响显著,低水灰比试件碳化后强度提高更多。通过微观分析发现,碳化养护提高镁渣砂浆强度的原因是,碳化后生成大量的CaCO3,使试件更加致密,孔隙率降低。     

高钙粉煤灰复合钢渣改性技术的研究

在实验原材料质量条件下，按相关标准试验方法测试单掺高钙粉煤灰（简称高钙灰）和复掺高钙灰以及钢渣的混凝土的凝结时间、安定性、化学收缩率以及抗压抗折强度，以研究高钙灰与钢渣在混凝土中的应用。结果表明：（1）高钙灰的掺入改善了胶砂的工作性，降低了标准稠度用水量，廷缓了胶材的初终凝时间；随着其掺量的增加，标准稠度用水量降低．初凝和终凝时间延长。（2）在取代50％的水泥条件下，高钙灰与钢渣复合比单掺高钙灰的抗折抗压强度效果好，而且高钙灰和钢渣掺量之间根据设计要求不同存在着最佳掺量配比。（3）高钙灰与钢渣取代50％的水泥时，分别采用生石灰和磷石膏进行活性激发．效果显著。