CFB飞灰压浆料的制备及高强微膨胀机理研究

利用循环流化床燃煤固硫灰(CFB飞灰)的活性与膨胀性制备压浆料,研究了CFB飞灰掺量和水胶比对压浆料工作性能、强度和膨胀率的影响;CFB飞灰与矿粉以不同比例复配,对比研究了CFB飞灰压浆料的高强微膨胀特性,并采用XRD与SEM分析验证。结果表明,随CFB飞灰替代水泥掺量的增加,压浆料的需水性增强,抗压强度降低,20%(质量分数)CFB飞灰的试样28 d抗压强度与基样接近,可达85.8 MPa,而抗折强度先升高后降低,膨胀率一直升高。随用水量的增加,压浆料的膨胀率降低但均为正值。随CFB飞灰取代矿粉率的提高,压浆料的工作性能降低,28 d抗压强度先升高后降低,其中20%(质量分数)CFB飞灰、10%(质量分数)矿粉复合的试样28 d抗压强度最高,为99.8 MPa,膨胀率一直升高。通过CFB飞灰与矿粉复合配制了各项性能均满足铁标要求的压浆料。CFB飞灰不仅自身水化产生膨胀,还能激活矿粉活性,产生复合增强作用。

湿基α-半水石膏制备高强石膏制品研究

为实现湿基α-半水石膏制备高强石膏制品,研究了湿基α-半水石膏陈化时间、粉磨时间、浇筑料浆温度及缓凝剂掺量等工艺参数对高强石膏凝结时间和强度的影响,并确定最佳制备工艺。此外,采用X射线衍射、扫描电子显微镜等微观测试手段,揭示了各因素对强度的影响机理。结果表明:陈化时间越长,石膏凝结时间越短,制品强度越低;随着粉磨时间延长,石膏凝结时间显著缩短,制品强度先升高后降低;料浆温度越高,石膏凝结时间越长,制品强度越低。最佳制备工艺:陈化时间5 min、粉磨时间20 s、料浆温度20℃。在此基础上加入0.08%(质量分数)缓凝剂能够有效地延长石膏凝结时间并提高硬化强度,制备的石膏制品性能优异,绝干抗折强度为14.1 MPa,绝干抗压强度为58.3 MPa。微观测试结果表明,各工艺参数会通过改变石膏标稠用水量和水化进程来影响石膏内部结构的密实程度和二水石膏晶体的生长发育,最终影响制品硬化强度。

改性磷石膏作水泥缓凝剂的研究

为将磷石膏应用于水泥缓凝剂,采用水洗等方式对磷石膏进行预处理。确定水洗磷石膏的最优用水量和水洗时间。对比研究天然石膏、原状磷石膏和改性磷石膏对硅酸盐水泥凝结时间和强度的影响。通过水化热、XRD和SEM分析改性磷石膏对硅酸盐水泥水化特性的影响机理。结果表明,磷石膏在液固比为4和水洗时间为25 min条件下水洗效果最佳;生石灰单掺以及生石灰和膨润土复掺对磷石膏中可溶性磷和可溶性氟表现出较好的固化效果;水洗改性后磷石膏可有效缩短水泥的凝结时间,提高早期强度,其中生石灰与膨润土按2∶1复掺水洗改性后磷石膏用于硅酸盐水泥,水泥初、终凝时间比使用原状磷石膏时缩短了50%和31%;改性磷石膏制备的水泥早期水化速率正常,水泥固结体结构致密,缺陷较少,早期强度高。

CFB灰渣混凝土的组成设计与应用研究

随着循环流化床(CFB)锅炉清洁燃烧技术的大规模应用,所排放的CFB灰渣的处理成为亟待解决的问题。本文以碎石作粗集料、CFB炉渣作细集料以及CFB飞灰作矿物掺合料来制备CFB灰渣混凝土,探讨了CFB炉渣砂率、CFB飞灰掺量对CFB灰渣混凝土的工作性能与力学性能的影响,优化设计了CFB灰渣混凝土配合比,对比研究了CFB灰渣混凝土与机制砂混凝土抗Cl-渗透性能、抗冻性和干燥收缩等耐久性能,并进行了CFB灰渣混凝土小型预制构件的工程应用。结果表明:随着CFB炉渣砂率的增加,CFB灰渣混凝土的抗压强度先增大后降低,随着CFB飞灰掺量的增加,CFB灰渣混凝土的坍落度逐渐降低,抗压强度先增大后降低,优化的最佳配合比为水泥280 kg/m^(3)、CFB飞灰120 kg/m^(3)、矿粉40 kg/m^(3)、CFB炉渣620 kg/m^(3)、碎石1 013 kg/m^(3)、水223 kg/m^(3)、减水剂8.8 kg/m^(3);相比于机制砂混凝土,CFB灰渣混凝土具有良好的抗Cl-渗透性能、抗冻性和较小的干燥收缩,且采用CFB灰渣混凝土制备的小型预制构件在实际工程中具有更好的应用效果。

煤矸石集料的加速风化制度研究

本文以三种不同排放地的原状煤矸石为研究对象,分别采用干湿循环、冻融循环以及耐崩解性试验对煤矸石集料进行加速风化,旨在研究煤矸石的风化特性。以加速风化后的煤矸石集料质量损失率和压碎值指标对煤矸石风化特性进行表征,研究加速风化制度、颗粒粒径、服役状态对煤矸石集料风化特性的影响,同时采用XRD、SEM以及EDS微观测试手段揭示煤矸石的风化机理。结果表明:采用干湿循环方式得到的煤矸石集料质量损失率和压碎值指标与自然状态下煤矸石集料风化180 d的最为接近,同时煤矸石集料粒径越大越容易发生风化,且服役状态下,煤矸石集料的风化作用不明显。微观测试结果表明,煤矸石风化机理为在风化过程中煤矸石内部的矿物组成及结构受到破坏,导致煤矸石发生崩解、脱落,而服役状态下的煤矸石由于被胶凝材料包裹,风化概率有效减小。

CFB灰渣对水泥稳定红砂岩集料的增强改性作用

针对红砂岩均质性差,红砂岩集料性能和水泥稳定红砂岩集料路用性能不明确的问题,以水泥稳定石灰岩集料为对照,分别研究了红砂岩粗、细集料取代率。研究了循环流化床(CFB)炉渣、CFB飞灰掺量对水泥稳定红砂岩集料7 d无侧限抗压强度、长期强度、抗干缩性能和抗冻性能的影响规律。采用SEM揭示了CFB灰渣对水泥稳定红砂岩集料的改性作用机理。结果表明:红砂岩集料的组成成分和物理性能与粒径大小存在明显相关性,集料粒径越小,集料中的黏土矿物含量越高,压碎值越低,塑性指数越高,表明可以通过破碎筛分将不同类型红砂岩分离,提高红砂岩集料均质性。水泥稳定红砂岩集料的强度、抗裂性能、抗冻性受红砂岩粗集料替代率影响小,受红砂岩细集料替代率影响大。采用CFB炉渣和CFB飞灰作复合细集料可显著提高水泥稳定红砂岩集料的路用性能。与同水泥掺量水泥稳定石灰石集料相比,经改性后的水泥稳定红砂岩集料7 d无侧限抗压强度高0.8 MPa,干缩应变低49.5%,抗冻性持平。从SEM的试验结果中可以观察到针棒状钙矾石和絮状C—S—H凝胶,这表明CFB灰渣的水化产物起到了胶结增强作用,针棒状钙矾石形成产生的膨胀与CFB炉渣的多孔“内养生”作用可协同降低干缩、防止冻融破坏。

孔结构对闭孔发泡陶瓷力学性能的影响研究

以炉渣为主要原料制备了具有不同孔结构特征的发泡陶瓷。通过表征试样的平均孔径、孔径离散系数等孔结构参数,分析了孔径与孔径分布对发泡陶瓷力学性能的影响机理。结果表明,随着孔径的增大,相同体积密度的发泡陶瓷试样抗压强度显著降低,强度波动愈加显著,且孔径对高密度发泡陶瓷强度的影响更加明显。孔径分布也会显著影响发泡陶瓷的抗压强度,当孔径离散系数由0.184增至0.579时,抗压强度由10.05 MPa降至5.57 MPa。调控发泡陶瓷的材料组成和制备工艺,促使其获得孔径微小且分布均一的孔结构,可有效提高发泡陶瓷的力学性能。

铝硅比对燃煤炉渣发泡陶瓷的制备与性能的影响研究

以燃煤炉渣为主要原料,通过调控坯料中Al_(2)O_(3)与SiO_(2)含量,系统研究了铝硅比对发泡陶瓷烧成性能、孔结构、体积密度与抗压强度的影响,并通过物相组成分析,揭示了铝硅比对发泡陶瓷性能的影响机理。结果表明,尽管铝硅比增大将提高坯体的发泡温度,导致同一烧成温度制得的发泡陶瓷气孔率减小、体积密度增大,但拓宽了坯体的烧成温度范围,减弱了烧成温度对孔径的影响,并促使晶相量增加。若铝硅比大于0.6,将导致孔径分布变宽、孔结构劣化,降低材料的抗压强度。当坯料中的Al_(2)O_(3)与SiO_(2)总量约为82%,铝硅比为0.41时,可制备出孔结构优异的高强度炉渣发泡陶瓷。

复合增稠剂对大流态薄层砂浆性能的影响及其抗裂机理

基于温轮胶(WG)和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)这两种增稠剂的特点,将二者复掺以解决严酷环境下薄层施工用水泥基大流态砂浆易开裂的问题。研究中通过对比WG、HPMC及复合增稠剂的作用效果,明晰了复合增稠剂对大流态砂浆工作性能、力学性能及抗裂性能的影响规律,并结合冷冻扫描电镜对复合增稠剂抗裂作用机理进行了剖析。结果表明:单掺WG、HPMC均无法解决严酷环境下砂浆开裂的问题;复合增稠剂在保水性和抗裂性能上表现更优,且砂浆弹性模量降低,柔韧性提升,夏季在室外暴晒也不会开裂。砂浆抗裂机理在于复合增稠剂融合了WG和HPMC各自优势特点,在体系浆液空间形成三维网状结构与膜状结构的叠加,三维网状结构可大幅增强浆料稳定性,而膜状结构在再次增强浆料稳定性的同时大幅提升砂浆的保水性,进而减弱水分扩散蒸发,达到砂浆抗裂的目的。

含硫酸盐类固废对硅酸盐水泥水化影响研究

本文研究了不同种类的含硫酸盐固废对硅酸盐水泥水化的影响,测试了含硫酸盐固废水泥力学性能、凝结时间、线性膨胀率随SO_(3)含量变化的规律,采用化学结合水、XRD和SEM等测试手段揭示了不同含硫酸盐固废对硅酸盐水泥水化的影响机理。结果表明,随SO_(3)含量增加,含硫酸盐固废水泥胶砂抗折强度和抗压强度均先增大后减小,初凝时间和终凝时间均呈增加趋势并在SO_(3)含量达到一定值后增加速度放缓,线性膨胀率均不断增大。由于不同的含硫酸盐固废的硫酸盐存在形式不同,硫酸盐溶出的速率也有差别,与水泥中铝酸三钙反应生成钙矾石(或单硫型水化硫铝酸钙)的速率和数量也不同,相同龄期下的水化程度也不同,因此不同的含硫酸盐固废对水泥力学性能、凝结时间和线性膨胀率等性能的影响存在一定差异。

CFB灰渣注浆材料在吕梁国道209采空区注浆处治工程中的应用研究

为解决循环流化床锅炉灰渣(CFB灰渣)注浆材料工程应用难题,研究了不同CFB灰渣注浆材料适用范围、注浆施工工艺,并依托山西吕梁国道209采空区注浆处治工程开展了工程试验与推广应用。研究发现:水泥CFB飞灰注浆材料(CCF)适用于冒落采空区注浆处治,水泥CFB灰渣注浆材料(CCFB)适用于空化采空区注浆处治;CCFB配制时宜采用滚筒筛筛除超粒径炉渣,CCF、CCFB适宜的搅拌时间为5 min;采用自动喂料配料、高效涡流搅拌制浆、注浆工艺,施工效率高,注浆结石体取芯率、取芯强度均满足设计要求。CFB灰渣注浆材料在山西吕梁209国道采空区注浆工程成功应用。

循环流化床飞灰对泡沫混凝土性能的影响

为了研究循环流化床(CFB)飞灰对泡沫混凝土性能的影响,选择两种不同的CFB飞灰以及普通粉煤灰(FA),通过测量泡沫混凝土的抗压强度、流动度、孔结构和吸水率,研究飞灰掺量和种类对泡沫混凝土性能的影响,并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对泡沫混凝土的微观形貌和物相组成进行表征。结果表明,CFB飞灰较高的硫钙含量和不规则的颗粒形貌会对泡沫混凝土的工作性造成不良影响。掺入低硫钙型CFB飞灰时,泡沫混凝土的强度随着CFB飞灰掺量增加而提高,50%(质量分数,下同)掺量时,7和28 d抗压强度均达到最大值,分别为1.30和2.25 MPa;掺入高硫钙型CFB飞灰时,泡沫混凝土的强度随着CFB飞灰掺量增加呈先增加后降低的趋势,7和28 d抗压强度分别在CFB飞灰掺量20%和10%时达到最大值,分别为1.42和2.00 MPa。CFB飞灰水化过程中生成的钙钒石和C-S-H凝胶能够填充孔隙,增加小孔占比,降低孔隙率,有利于泡沫混凝土抗压强度的提高和吸水率的降低。

氧化铁和发泡剂对煤矸石闭孔发泡陶瓷的性能影响

以固体废弃物煤矸石为主要原料,采用粉料坯体发泡法制备闭孔发泡陶瓷,探讨了氧化铁和发泡剂掺量对发泡陶瓷性能的影响。结果表明:氧化铁掺量对发泡陶瓷容重、抗压强度和导热系数影响较大;发泡剂掺量对发泡陶瓷孔径大小、孔的均一性具有显著影响。在外加6 wt%氧化铁的前提下,发泡剂掺量为1.8~2.0 wt%时,可烧制出容重较低,孔径大小适中,保温隔热性能较好的发泡陶瓷。最终以煤矸石掺量为60 wt%的坯料烧结出容重为170~270 kg/m3,抗压强度为1.24~3.71 MPa,导热系数为0.06~0.09 W/(m·k)的发泡陶瓷。

金尾矿高硫选冶尾渣制备发泡陶瓷

以山东某矿尾渣为主要原料,添加煤矸石、轻烧氧化镁和氧化铝为辅助原料,烧制闭气孔发泡陶瓷。探讨了氧化铝、硫化铁对发泡的影响。结果表明：氧化铝对发泡温度和烧成范围影响较大;硫化铁有助于发泡,能减少发泡剂用量。最终以尾渣掺量65～75 wt%,基体氧化铝20 wt%,可以制备出性能良好的发泡陶瓷材料。

CFB灰渣抹灰砂浆的组成设计与性能研究

为了提高抹灰砂浆的强度和体积稳定性,研究了水泥用量和灰渣比(循环硫化床(CFB)飞灰和CFB炉渣的质量比)对CFB灰渣抹灰砂浆2 h稠度损失率、抗压强度和体积稳定性的影响,并采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪对砂浆的微观形貌、元素分布和物相组成进行测试表征。结果表明,当水泥用量为5%、8%、12%(质量分数)时,CFB灰渣抹灰砂浆分别达到抹灰砂浆M10、M15、M20的强度等级。当胶凝材料用量一定时,随着水泥用量增大,砂浆2 h稠度损失率减小;当水泥用量一定时,随着灰渣比增大,砂浆2 h稠度损失率增大,膨胀效应减弱。CFB灰渣抹灰砂浆中生成的膨胀性钙矾石有效填充了颗粒之间的孔隙,从而提高砂浆的强度和体积稳定性。

磷石膏改性二灰稳定磷渣基层材料的研究

磷渣不宜用水泥或石灰单独进行稳定 ,用石灰粉煤灰稳定磷渣 ,能获得较高的强度 ,其 7d强度满足高速以及一级公路二灰稳定类基层强度要求。掺加 6 %的磷石膏 ,能够提高石灰粉煤灰稳定磷渣的强度。SEM观察发现 ,磷渣表面有明显的反应 。

SGL结合料稳定土的性能、应用及其硬化机理研究

常规水泥稳定土基层往往因延迟碾压时间过长而损失强度并易产生收缩裂缝。利用工业废渣、矿渣、氟石膏和石灰配合，另辅添少量碱性激发剂，复合成了一种适用于道路基层干硬性土壤稳定用无机结合料，它是一种无熟料水泥；该结合料自身凝结硬化慢，用于稳定土时，除延迟碾压时间长外，还具有抗压强度高、补偿收缩小和耐久性好等特点。

水泥粉煤灰稳定碎石结合料填充系数的优选

研究了不同集料级配下，不同结合料填充系数对水泥粉煤灰稳定碎石无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量、干缩应变以及干缩能抗裂指数的影响．据此，优选出了水泥粉煤灰稳定碎石结合料填充系数的适宜范围（1.0～1.2）．该范围随集料级配变化的波动性较小，具有较强的普适性．

电阻率法研究磷及石灰对水泥凝结硬化的影响

用非接触式电阻率测试仪研究了不同含量的可溶磷及石灰对水泥早期水化过程中电阻率的影响。结果表明:可溶磷使得水泥早期的电阻率降低,水化进程推迟,且随着可溶磷含量的增加,电阻率呈逐步降低趋势;单独添加石灰对水泥早期水化影响较小;石灰中和可溶磷后可补偿可溶磷的对水化的延期危害,其电导率随时间变化规律与未添加磷、石灰的水泥基本一致。

SiO_(2)含量对钛矿渣微晶玻璃晶化行为的影响

以钛矿渣为主要原料,采用熔融法制备CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系微晶玻璃,通过综合热分析仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了SiO_(2)含量对钛矿渣微晶玻璃的基础玻璃稳定性及晶化行为的影响。结果显示:以原渣制备微晶玻璃时,其基础玻璃结构不稳定,易析出钙钛矿晶体,随着SiO_(2)含量的增加,基础玻璃趋于稳定,析晶温度上升,热处理后析晶程度更高,显微结构更加致密,因而强度更高。通过加入辅助原料石英粉来调节SiO_(2)含量,当SiO_(2)含量为40%(质量分数)时,可以制备出具有稳定玻璃体、晶相仅为透辉石、抗弯强度为82.1 MPa的微晶玻璃,其钛矿渣掺量在80%(质量分数)以上,具有重要的经济与社会效应。