石膏-矿渣-石灰复合胶凝体系早期水化作用机理

以石膏、矿渣、生石灰为主要原料制备矿山充填复合胶凝材料,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、同步热分析仪(DSC-TG)等微观分析手段探究复合胶凝材料水化产物的作用机理。研究表明:通过极差分析和方差分析获得复合胶凝材料最佳工艺参数为生石灰添加量20%、石膏添加量1.0%、胶砂质量比1∶6、料浆浓度72%。复合胶凝体系的水化产物以钙矾石(AFt)和C-S-H凝胶为主,在生石灰和石膏的协同激发作用下,矿渣中玻璃体网络结构逐渐解聚,伴随水化反应的进行,钙矾石和C-S-H凝胶的生成量不断增加,交错黏结填充于浆体孔隙中,将骨料紧密联结成整体,提高了浆体结构密实性,是充填体早期强度的主要来源。     

粉煤灰-水泥基胶结充填体早期强度及水化机理研究

针对粉煤灰降低胶结充填体早期强度的问题,对不同粉煤灰掺量的充填试块早期强度进行测试,并采用电镜扫描和进行能谱分析,从宏观、微观上研究粉煤灰胶结体早期强度及水化反应.结果表明:粉煤灰掺量会不同程度地降低胶凝充填体早期强度.粉煤灰掺量代替10％的水泥时,胶结体早期强度降幅最大达到48.5％.随着粉煤灰掺量比例提高,充填体试块内部紧密程度降低,针状钙矾石(AFt)不能错落相叉形成网状紧密结构,整体上充填体试块内部孔隙增多,不能组成致密结构,在物化角度说明了粉煤灰-水泥基胶凝充填试块早期强度低的原因,对提高粉煤灰胶结充填材料早期强度具有一定的理论意义.     

硫酸盐对石膏复合胶凝材料水化进程的激发作用研究

采用KAl(SO4)2·12H2O和Al2(SO4)3·18H2O为激发剂,研究硫酸盐激发剂对石膏复合胶凝材料(GCB)凝结时间、力学性能和耐水性的影响,用SEM和XRD分析硫酸盐在GCB中的作用及其影响机理。结果表明,GCB的主要水化产物是钙矾石和C-S-H凝胶,硫酸盐有利于钙矾石和C-S-H凝胶的生成。两种硫酸盐都能显著提高GCB的早期强度,改善其泌水和耐水性能;达到最佳掺量1%时,KAl(SO4)2·12H2O的激发效果更好,GCB试样7 d抗压强度为24.7 MPa,软化系数大于0.9。     

碱激发剂掺量对充填复合胶凝材料强度影响的试验研究

本文针对性地探讨了碱激发剂掺量对尾矿-冶炼渣充填复合胶凝材料强度的影响。在强度试验的基础上,通过扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、X射线光电子能谱等一系列测试手段分析了在不同碱激发剂掺量下的材料结构和元素化学结合能变化,从微观上阐释了材料强度变化的原因。研究结果表明：添加碱激发剂有利于提高复合胶凝材料强度,碱激发剂的最佳掺量为3%。     

人工鱼礁用钢渣混凝土胶凝材料的水化特性

以鞍钢-0.088 mm热闷法钢渣和鞍钢高炉矿渣为胶凝材料的主要组分,以鞍钢0.088~19 mm热闷法钢渣为骨料,制备出了具有较高强度的人工鱼礁用钢渣混凝土。通过X射线衍射分析、场发射扫描电镜分析、差热分析和红外吸收光谱分析对胶凝材料的水化特性进行研究,结果表明：该胶凝材料在水化初期生成大量低碱度水化硅酸钙凝胶和少量钙矾石,水化硅酸钙凝胶是混凝土早期强度的主要来源;而随着水化进程的延续,水化硅酸钙凝胶的继续发展和不断增多、长大的钙矾石对体系空隙的充填则共同使混凝土的后期强度得到进一步的提高。     

碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料的风化性能

通过优化粉煤灰掺量、激发剂种类以及水玻璃模数,研究了其对碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料(AACs)风化性能的影响。结果表明:风化作用会引起AACs表面孔隙率、最可几孔径增大。水玻璃激发纯矿渣AACs孔隙率最低为2.9%,其抗压强度在加速风化7 d后由126.9 MPa下降至62.2 MPa;增大粉煤灰替代率(0～60%),可以有效抑制风化。水玻璃模数介于1.0～1.4,最可几孔径控制在7.58 nm以内。以NaOH溶液为激发剂的AACs,总孔隙率高于30%,结构中多害孔体积增大,为Na⁺的快速浸出提供通道,试样表面形成较多的Na₂CO₃·7H₂O风化产物,且风化前后抗压强度均低于20 MPa。     

钢渣对镍渣碱激发胶凝材料抗压强度的影响

以工业废渣镍渣和钢渣为主要原料制备碱激发胶凝材料。研究钢渣掺量对镍渣碱激发胶凝材料抗压强度的影响,结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等测试方法,对碱激发反应产物的微观性能进行分析。结果表明,随着钢渣掺量的增大,镍渣碱激发胶凝材料的抗压强度逐渐增大。钢渣掺量为50%时,50℃养护7 d的风冷镍渣碱激发胶凝材料和水淬镍渣碱激发胶凝材料的抗压强度分别较未掺钢渣试样提高279.2%和73.6%。掺入钢渣使得体系碱度增大,有效促进了镍渣碱激发反应过程的进行;反应产物相互填充,体系结构的致密性改善,有利于提高胶凝材料抗压强度。     

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。     

黄石膏-水泥复合胶凝材料的水化机理

以废渣黄石膏10%、水泥90%、高效减水剂1.2%～2.0%为原料配制的胶结材胶砂,其抗压、抗折强度满足P.O42.5水泥的强度指标要求,其凝结时间及安定性合格;采用配比为黄石膏30%、水泥70%、高效减水剂1.2%～2.0%,可配制C30混凝土,其抗渗性能达到P12抗渗等级要求;对制备的不同龄期胶砂及混凝土试块进行XRD分析,结果表明:黄石膏-水泥复合胶凝材料的水化产物,主要是C-S-H凝胶、钙矾石及二水石膏。C-S-H凝胶、钙矾石及二水石膏相互胶结在一起,形成致密的硬化体,从而产生强度。     

碱激发磷渣基胶凝材料固化/稳定化砷钙渣

以磷渣(PS)、高炉矿渣(BFS)、复合碱激发剂(复配钠盐(CN)+氢氧化钙(CH))制备的磷渣基胶凝材料作为砷钙渣(AL)固化剂,研究其固化量对固化过程中材料性能和微观结构的影响,采用X射线衍射仪、扫描电镜和傅里叶红外光谱仪对固化体进行表征。结果表明,PS、BFS、CH质量比为70∶20∶4,CN添加量固定为PS、BFS和CH总质量的2%,AL固化量(质量分数)分别为5%、10%时,磷渣基胶凝材料抗压强度分别达67 MPa和78 MPa,较无砷组(32 MPa)显著增强,且砷浸出质量浓度均低于1 mg/L。当AL固化量为40%时,固化体抗压强度为20MPa,砷浸出质量浓度为4.34 mg/L,低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的限制浓度5 mg/L,说明磷渣基胶凝材料对AL有较好的固化效果。表征分析结果表明,AL可改变磷渣基胶凝材料的水化产物,未添加AL时,材料水化产物主要为水化硅酸钙;添加AL后,主要水化产物为水化硅酸钙、水化铝硅酸钙、水化铝硅酸钠和钙矾石。AL经固化后,固化体中有Ca₂As₂O_7<...     

磷石膏水泥复合胶凝材料的水化机理

以废渣磷石膏作为掺合料替代部分水泥、添加聚羧酸减水剂,制备了胶结材和混凝土。结果表明:掺入5%的磷石膏的水泥胶砂强度均满足P.O 42.5水泥的强度要求,掺入10%~15%的磷石膏的水泥胶砂强度能达到P.O 32.5水泥的强度要求,胶砂试块的凝结时间及安定性均合格;采用磷石膏替代小于等于25%的水泥、添加2.0%~2.3%的聚羧酸减水剂,可配制C30混凝土,其抗渗性能达到P12抗渗等级要求。对制备的不同龄期胶砂及混凝土试样进行XRD分析可知,磷石膏-水泥复合胶凝材料的水化产物主要是CS-H凝胶和钙矾石(AFt);磷石膏中的Ca SO4·2H2O可与Ca O、Al2O3反应,生成AFt,增加硬化浆体的强度。且磷石膏颗粒细小,能起到微集料作用,增加硬化浆体的致密性。     

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%。     

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%。     

无碱液态水泥速凝剂的性能及其促凝机理

采用无机-有机复合的方法在试验室成功合成无碱液态速凝剂(简称NSA速凝剂),并系统地研究了该速凝剂的添加对水泥凝结时间及强度发展的影响。此外,文中还分析了NSA速凝剂对水泥的促凝机理。     

两种似膏体充填胶结料结构与性能比较分析

当前似膏体充填方法中常用的胶结材料有水泥与似膏体专用胶凝材料,为了更好地展现两种材料各自的性能与区别,采用了SEM电镜扫描、XRD衍射分析、单轴以及三轴应力—应变试验方法,在化学结构、微观结构、物理性能以及充填体的力学性能等方面对两种材料进行了比较与分析,发现似膏体专用充填胶凝材料与水泥固化机理完全不同,其微观结构较水泥更加致密;由似膏体专用胶凝材料制成的充填体的力学性能优于相同条件下的水泥。     

碱激发高炉矿渣-粉煤灰制备充填胶凝材料

以河南某材料公司的高炉矿渣和粉煤灰为原料,NaOH溶液为碱激发剂,对山东某金属矿山的尾砂进行胶结充填体强度试验。结果表明,在高炉矿渣与粉煤灰的质量比为4,NaOH浓度为8 mol/L,液固质量比为0.5情况下,充填材料试件3 d、28 d的抗压强度分别为2.12和6.84 MPa,满足充填要求。SEM分析表明,高炉矿渣和粉煤灰在碱激发后生成大量的凝胶相,是充填材料试件产生强度的主要原因;XRD和FTIR分析表明,碱激发材料中出现了水化硅酸钙的晶相峰,Si（Al）-O-Si在碱激发作用下发生解聚后又重新聚合形成［SiO₄］,以及碱激发后的材料体系吸收空气中的CO2生成碳酸盐矿物,是净浆试件强度的主要来源。     

碱激发矿渣/粉煤灰体系流动性及力学性能试验研究

针对某金矿水泥胶结充填体强度低、经济效益差的问题,以当地固体废弃物矿渣、粉煤灰等为主要原料,通过添加水玻璃作为激发剂制备新型矿山充填碱激发胶凝材料。借助正交设计的试验方法,考察激发剂掺量、激发剂模数、粉煤灰掺量、水胶比对矿渣/粉煤灰复合胶凝体系流动性及力学性能的影响。试验结果表明：激发剂掺量与浆体流动度和抗压强度呈正相关;激发剂模数从1.0增加至1.5的过程中,浆体流动度和抗压强度均呈先上升后降低的趋势;在无粉煤灰的胶凝体系中,浆体流动度较差,随着粉煤灰掺量的增加,浆体流动度不断增加,抗压强度逐渐降低;水胶比与浆体流动度呈正比关系,随着水胶比的不断增大,抗压强度快速降低,波动幅度较大。当水胶比为0.30、激发剂掺量为6%、激发剂模数为1.2、粉煤灰掺量为20%时,浆体流动度为164 mm,养护龄期3 d、7 d、28 d的抗压强度分别为2.15, 3.66, 4.83 MPa,均满足矿山生产要求。     

高效低碱液态水泥速凝剂的性能及促凝机理研究

介绍了以硫酸铝为主要成分的速凝剂,通过对其组分的种类、数量的添加和优化来缩短水泥凝结时间,改善强度性能的试验研究情况;阐述了该速凝剂的促凝机理。试验结果表明：该速凝剂掺量为4％时,可使得P&#183;O42．5水泥初凝时间缩短至小于2min,终凝时间缩短至小于5min;1d抗压强度达到15．5MPa,是空白试样的136％,28d抗压强度保留率达到105％。水泥水化样品的扫描电镜观察（SEM）显示,该速凝剂是通过促进钙矾石的快速大量生成而达到速凝效果的。     

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。