生石灰调控碱激发胶结料早期水化作用的机理

为阐明生石灰调控碱激发胶结料早期水化作用的机理,以矿渣、钢渣、脱硫石膏为主要原料制备碱激发胶凝材料。基于料浆质量分数为70%,砂灰比为6,矿渣∶钢渣∶脱硫石膏∶生石灰=42∶40∶12∶6的探索性最优试验条件,开展净浆试验,借助X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等微观分析手段探讨了生石灰调控矿渣-钢渣-石膏复合胶凝体系的早期水化作用的机理。研究结果表明:不同龄期的矿渣基碱激发胶凝材料水化产物均以钙矾石和C—S—H凝胶为主,生石灰为水化体系提供较高的pH,在OH~-极性作用下矿渣持续水解,随着水化反应的进行,水化产物的结晶度及交联密实度不断增加,充填体早期强度持续增长。     

基于响应面法的超细矿渣粉-水泥胶凝材料开发及配比优化研究

针对某金矿超细尾砂胶结充填采用水泥胶凝材料经济效益低、充填效果差、充填体无法接顶等问题,利用当地成本低廉的粉煤灰、矿渣、脱硫石膏等工业固废开发低成本矿山充填胶凝材料。首先,在分析原材料物理化学性质的基础上,基于响应曲面法为依据的Box-Behnken试验设计,开展17组配比优化试验;其次,构建以充填体28 d抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差分析和响应曲面考察各试验因素对响应目标的影响主次关系,以优化胶凝材料最优配比;最后,借助X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、扫描电镜分析(SEM)等微观检测手段,阐明复合胶凝体系中水化产物的类型及强度发展规律。试验结果表明：充填体抗压强度不仅受单一因素的影响,而且受多因素交互作用的影响。水泥与粉煤灰的交互作用影响显著,水泥与脱硫石膏的交互作用影响次之, 粉煤灰与脱硫石膏的交互作用影响不显著。胶凝材料最优配比为水泥添加量27%,粉煤灰添加量48%,矿渣添加量23%,脱硫石膏添加量2%,水玻璃添加量3.5%,芒硝添加量为1.5%,此条件下,充填体28 d抗压强度为3.58 MPa,满足矿山充填采矿要求。复合胶凝体系主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,随着水化反应的进行,二者交错黏结构筑成稳固的空间网络体系,使充填体保持较高的强度性能。     

广西平果拜耳法赤泥的水硬胶凝特性

借助XRD、FTIR、TG-DSC和SEM测试表征了广西平果拜耳法赤泥在电石渣和脱硫石膏复合激发作用下的水化产物及硬化浆体的微观结构,研究了该赤泥在复合激发下的水硬胶凝特性。结果表明：该赤泥在电石渣和脱硫石膏的复合激发下水化3、7、28 d的抗压强度均大于4 MPa,表现出一定的水硬胶凝特性;该体系水化反应生成了钙矾石、C-S-H凝胶、富钠钙柱石、无水芒硝和氢氧化铝等。钙矾石晶体相互搭接形成骨架结构,成为胶凝材料硬化浆体强度的主要来源,C-S-H凝胶等胶结或充填在钙矾石中间,加固并致密了凝结硬化体的结构。以上研究成果可为拜耳法赤泥用于地下采矿胶结充填胶凝材料提供理论参考。     

赤泥作矿渣基胶凝材料调整剂的研究

以赤泥作为调整剂加入到矿渣、石膏、水泥熟料组成的矿渣基胶凝材料中,考察其掺量对胶凝材料抗压强度的影响,并对胶凝材料的微观形貌进行SEM分析。结果表明：随着赤泥掺量的增加,胶凝材料的抗压强度先增大后减小;在赤泥掺量为6%时（矿渣、石膏、熟料用量分别为74%、10%、10%,PC减水剂用量为各原料总量的0.3%）效果最优,胶凝材料的3、7、28 d抗压强度分别达到61.93、70.53、81.02 MPa。胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石;随着反应龄期的增长,C-S-H凝胶的覆盖面积不断增大,钙矾石晶体也紧密交织,水化过程趋于完全。     

超细尾砂充填胶凝材料配比试验研究及工业应用

针对超细尾砂利用生石灰、脱硫石膏、脱硫灰渣、芒硝和矿渣开展充填胶凝材料配比试验研究。通过扫描电镜(SEM)分析,研究充填胶凝材料水化机理,确定充填胶凝材料最优配方。结果表明,超细尾砂充填胶凝材料的最优配方是:生石灰掺量6%、脱硫石膏掺量15%、脱硫灰渣掺量0%和芒硝掺量3%;充填胶凝材料胶结充填体与水泥胶结体相比,钙矾石产状物粗大,浆体结构致密,大幅提高了充填体抗压强度。通过工业试验验证,开发的超细尾砂充填胶凝材料可缩短凝结时间,适当改变胶砂比和料浆浓度,可提高充填体强度和减小沉缩率。     

精炼渣基矿山充填胶凝材料制备及水化机理

精炼钢渣(精炼渣)大量堆存污染环境,利用其开发矿山充填胶凝材料,不仅可以解决精炼渣大量堆存 造成的环境污染问题,而且可以降低矿山充填成本。 以精炼渣、矿渣、脱硫石膏为原材料制备三元无水泥矿山充填用 胶凝材料,研究了精炼渣掺量对充填试块力学性能的影响,通过 XRD、TG-DTG、IR、SEM 等表征手段研究了胶凝材料 的水化过程和水化机理。 结果表明:胶凝材料配比为精炼渣占 30%、矿渣占 46%和脱硫石膏占 24%时,充填试块 28 d 龄期抗压强度为 7. 35 MPa,是同条件下水泥充填试块的 1. 52 倍;精炼渣-矿渣-脱硫石膏胶凝材料的水化产物主要为 针棒状钙矾石和 C—S—H 凝胶,随着养护龄期的延长,水化产物不断生成,使得充填体形成具有致密结构的浆体,为 硬化浆体提供强度。 利用精炼渣协同矿渣和脱硫石膏制备矿山充填胶凝材料符合低碳无废发展、保护和改善环境、 提高固废利用率的要求,具有广阔的市场应用前景。     

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。     

矿用新型充填胶凝材料配比实验及其水化机理研究

以某充填矿山为背景,利用脱硫灰渣、水泥熟料、早强剂和矿渣进行矿用新型充填胶凝 材料配比实 验。采用正交实验确定胶凝材料最优配比,借助 X 射线衍射和扫描电镜研究新型充填胶凝材 料的水化机理,最后 进行验证实验和工业应用研究。结果表明：新型充填胶凝材料最优配方为水泥熟料∶脱硫灰渣 ∶早强剂∶矿渣=4∶17 ∶0.5∶78.5,最优配方下充填体 7 d、28 d 单轴抗压强度分别为 1.355 MPa、3.870 MPa; 新型充填胶凝材料水化产物主 要为团絮状 C-S-H 凝胶和短棒状钙矾石,随龄期增加生成更多 C-S-H 凝胶和钙矾石,是充填 体强度随龄期增加的 原因;验证实验的充填体强度相对误差小于 1%,强度可靠可进行工业应用;与 32.5 水泥相 比,新型胶凝材料充填体 7 d、28 d 体积沉缩率分别低 31.26%、33.50%,每吨节约成本 73 元,对提高充填体接顶率 与节约矿山生产成本具有重 要意义。     

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

矿渣基胶凝材料固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

以矿渣部分或全部替代水泥，与垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏组成胶凝材料，研究随矿渣掺量变化，胶凝材料对垃圾焚烧飞灰重金属的固化效果。结果表明：随着矿渣替代水泥量的增大，净浆试块抗压强度呈现先增大后减小的趋势；当飞灰掺量为20%、矿渣掺量为70%、脱硫石膏掺量为10%时制成的净浆试块，在温度为35 ℃、湿度为95%下养护28 d，试块的抗压强度达到47 MPa，重金属元素Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的浸出浓度均低于饮用水标准；对Pb、Cr的固化效果明显优于纯水泥胶凝体系。XRD和FT-IR检测表明：该矿渣基胶凝材料水化生成的主要产物有钙矾石、C-S-H凝胶和水铝钙石，水化产物对重金属离子有良好的包裹作用。矿渣基胶凝体系比水泥基胶凝材料体系在固化垃圾焚烧飞灰重金属方面优越性明显。     

钒钛矿渣制备全固废胶凝材料的初步研究

为大宗利用钒钛冶金渣，减少废弃物堆存及资源浪费。现利用承德钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏制备全固废胶凝材料，研究不同钒钛矿渣掺量、不同养护温度对胶砂试块抗压强度的影响，阐述钒钛矿渣-钢渣基胶凝材料的水化机理。结果表明：当水胶比为0.38，钒钛矿渣、钢渣、脱硫石膏分别占胶凝材料的58%、30%、12%时，制备的胶砂试块抗压强度最高。养护温度对胶砂试块早期抗压强度有明显影响，养护温度30 ℃时胶砂试块3 d抗压强度为养护温度45 ℃时3 d抗压强度的1.85倍。XRD、SEM、IR等分析表明：水化产物主要为钙矾石（AFt）和C-S-H凝胶；随着水化反应的进行，水化产物不断增多，C-S-H凝胶与AFt交错生长，结构致密，从而保证了胶砂试块抗压强度的增长。     

高官营铁矿高强度新型胶凝材料研究

针对高官营铁矿超细全尾砂,以唐山周边地区的水泥、石灰、脱硫石膏和矿渣为原料,开展了替代水泥的高强度低成本新型充填胶凝材料研究。采用正交试验设计进行了水泥、石灰和脱硫石膏胶凝材料胶结体强度试验。极差分析显示,新型胶凝材料胶结充填体7 d强度影响因素重要程度排序为水泥、石灰、脱硫石膏。充填体7 d强度优化配方为水泥3.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为2.79 MPa,约为32.5R水泥的5.3倍。胶结充填体28 d强度影响权重与7 d强度影响权重相反,28 d强度优化配方为水泥4.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为5.04 MPa,约为32.5R水泥的4.5倍。通过SEM电镜分析得出,新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,胶结充填体强度的提高是这两种水化产物不断形成与发育的结果。砂浆流变特性试验说明,砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填料浆达到了宾汉体流体状态,适合进行料浆管道输送。现场工业试验表明：胶砂比为1∶5、砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填体28 d强度为4.91 MPa,满足充填进路下部充填体28 d强度大于4 MPa的设计要求,与室内试验结果的误差为2.6%,说明室内试验得到的测试数据可靠度较高,并且在强度性能和接顶率方面较32.5R水泥效果更佳,为矿山进行安全高效充填作业提供了有力保障。     

高官营铁矿高强度新型胶凝材料研究

针对高官营铁矿超细全尾砂,以唐山周边地区的水泥、石灰、脱硫石膏和矿渣为原料,开展了替代水泥的高强度低成本新型充填胶凝材料研究。采用正交试验设计进行了水泥、石灰和脱硫石膏胶凝材料胶结体强度试验。极差分析显示,新型胶凝材料胶结充填体7 d强度影响因素重要程度排序为水泥、石灰、脱硫石膏。充填体7 d强度优化配方为水泥3.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为2.79 MPa,约为32.5R水泥的5.3倍。胶结充填体28 d强度影响权重与7 d强度影响权重相反,28 d强度优化配方为水泥4.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为5.04 MPa,约为32.5R水泥的4.5倍。通过SEM电镜分析得出,新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C—S—H凝胶,胶结充填体强度的提高是这两种水化产物不断形成与发育的结果。砂浆流变特性试验说明,砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填料浆达到了宾汉体流体状态,适合进行料浆管道输送。现场工业试验表明：胶砂比为1∶5、砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填体28 d强度为4.91 MPa,满足充填进路下部充填体28 d强度大于4 MPa的设计要求,与室内试验结果的误差为2.6%,说明室内试验得到的测试数据可靠度较高,并且在强度性能和接顶率方面较32.5R水泥效果更佳,为矿山进行安全高效充填作业提供了有力保障。     

钢渣粉对全固废混凝土强度的影响

以钢渣粉、矿渣、脱硫石膏为胶凝材料完全替代水泥熟料制备全固废混凝土,考察钢渣粉比表面积和掺量对全固废混凝土抗压强度的影响。结果表明：随着钢渣比表面积的增加,混凝土抗压强度逐渐提高;水化早期钢渣粉对混凝土抗压强度增长贡献小于矿渣粉;在钢渣比表面积为640 m2/kg,钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉分别占胶凝材料总质量的25%、63%、12%时,制备的全固废混凝土抗压强度最高。钢渣、矿渣、脱硫石膏相互作用,促进了钙矾石和C-S-H凝胶的形成和生长;钙矾石的生成是混凝土早期强度的主要来源,在水化反应后期,钙矾石和C-S-H凝胶相互交织,形成致密结构有利于混凝土抗压强度提高。     

钢渣粉掺入对高强尾矿混凝土性能的影响

为了研究钢渣粉掺入对高强尾矿混凝土性能的影响,以比表面积为5 950 cm2/g的钢渣粉等量替代比表面积为5 137 cm2/g的基础胶凝材料(铁尾矿、矿渣、水泥熟料、天然石膏的梯级磨矿产品,各对应成分的质量比为40∶26∶26∶8)进行了胶砂流动度试验,并以等质量的原始粒级铁尾矿为骨料,进行了混凝土试件强度试验。结果表明:钢渣粉的掺入在一定程度上提高了体系的流动度;钢渣粉的掺入对混凝土早期强度有明显的负面影响;钢渣粉水化作用的缓慢、持久释放,使掺钢渣粉的混凝土后期强度显著增长,但钢渣粉的掺量不宜超过20%。试验产品的SEM分析表明,无论是否掺加钢渣粉,尾矿混凝土水化产物均为钙矾石和C-S-H凝胶;在反应的中后期,体系中C-S-H凝胶和钙矾石的协同生成能够促进体系强度的增长。     

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%。     

用某钼尾矿制备高性能混凝土的试验

将钼尾矿、矿渣、水泥熟料、石膏进行机械力粉磨,制备胶凝材料,研究了胶凝材料掺量和砂率对混凝土力学性能的影响。结果表明,随着胶凝材料掺量的增加,混凝土的坍落度和混凝土试块的抗压强度均增大;随着砂率的增大,混凝土的坍落度和混凝土试块的抗压强度均先增大后减小。当胶凝材料和骨料质量比为1∶3.0,砂率为0.35时,养护28 d的混凝土试块的抗压强度达68.7 MPa。在钼尾矿胶凝材料体系中,C-S-H凝胶、AFt及氢氧化铁凝胶等水化产物相互交织,未参与反应的微细粒填充到体系的孔隙中,促进了胶凝材料强度的增长。