基于γ-C_(2)S的蜂窝陶瓷常温制备与性能研究

在污染排放物处理系统中,蜂窝陶瓷作为关键组件常常需要在高温条件下制备。提出一种新型制备方法,利用γ-C_(2)S在常温下通过碳化养护方式制备蜂窝陶瓷,避免了高温烧结。以γ-C_(2)S为原料,通过添加硅灰、减水剂、塑化剂和水等,调控坯料塑性,经碳化养护后获得力学性能优异的蜂窝陶瓷。研究了增稠剂掺量与预干燥制度对蜂窝陶瓷抗压强度的影响规律,分析了不同碳化时长下蜂窝陶瓷的强度发展与微观结构变化。结果表明:羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)掺量为2.5%(质量分数,如无特别说明,下同),碳化养护前将试样预干燥至0.10剩余水固比,在0.3 MPa CO_(2)分压条件下养护12 h,试样抗压强度可达46.8 MPa。碳化过程中生成的方解石型碳酸钙填充了孔隙,使材料结构更加致密,这是蜂窝陶瓷试样强度迅速发展的主要原因。掺入2.5%TiO_(2)制成整体式蜂窝陶瓷催化剂,利用其光催化80 min后甲基橙降解率达到45.12%。

MgO掺杂对γ-C_(2)S烧结及碳化性能研究

研究了MgO对γ-C_(2)S烧结性能、碳化性能以及力学性能的影响。结果显示,MgO掺量不超过10%时有助于提高γ-C_(2)S的自粉化特性。同时,部分Mg元素会与Ca和Si结合,生成新相镁硅钙石(Merwinite)。碳化结果表明,当MgO掺量为1%时,熟料体系的力学性能和碳化性能达到最佳,其抗压强度达到了91.07 MPa,比空白组提高了37.09%,而对应的CO_(2)封存量也达到了258.29 g/kg。这可能是Mg元素提高了γ-C_(2)S的碳化反应活性,而新相镁硅钙石也具有较好的碳化活性,进而促进了碳化产物的生成,抗压强度也更高。

Al_(2)O_(3)掺杂对γ-C_(2)S碳化性能的影响

本文研究了Al_(2)O_(3)掺杂对γ-C_(2)S熟料粒径、微观结构和力学性能的影响。试验结果表明:Al_(2)O_(3)掺杂不会改变γ-C_(2)S的晶型,但显著改变了其形貌;纯相γ-C_(2)S颗粒表面褶皱较多,颗粒尺寸较大,掺杂Al_(2)O_(3)后γ-C_(2)S颗粒表面褶皱消失而变得光滑;γ-C_(2)S碳化体的抗压强度与碳化程度随着Al_(2)O_(3)掺量的提高逐渐增加。通过碳化反应温升并结合碳酸钙衍射峰的半峰宽和X射线衍射仪(XRD)定量分析表明,Al_(2)O_(3)掺杂延缓了碳化放热,有利于碳化反应的持久进行,同时促进了碳酸钙晶粒的生长和数量的增加,从而使碳化程度更高,基体结构更加密实,因而抗压强度更高。

-10℃条件下掺氯化镁溶液的γ-C_(2)S碳化性能研究

γ-C_(2)S是一种高活性的碳化固结胶凝材料,在与CO_(2)反应过程中对环境温度敏感性低,可用于制备负温建筑材料。本工作研究了-10℃条件下掺氯化镁溶液γ-C_(2)S碳化养护过程中的温度变化和硬化体的碳化产物组成、强度与反应程度发展规律以及微观形貌。结果表明:未掺MgCl_(2)的γ-C_(2)S样品在-10℃碳化养护后强度发展缓慢,24 h后仅有10.83 MPa。掺入不同浓度MgCl_(2)溶液后,碳化体早期与后期强度均提升明显,0.5 h和24 h抗压强度最高可分别增至22.14 MPa和178.56 MPa。γ-C_(2)S在-10℃下碳化产物以方解石为主,并含有少量文石,掺氯化镁溶液后由于Mg^(2+)对Ca^(2+)的取代形成部分镁方解石。MgCl_(2)一方面通过降低溶液冰点使体系内在-10℃下仍存在液态水,为碳化过程提供反应环境,另一方面能促进Ca^(2+)溶出和碳化反应的进程。两者的协同效应保证γ-C_(2)S在-10℃条件下碳化养护仍能表现出优异的力学性能。

γ-C_(2)S的制备及其早期水化性能研究

纯K相硅酸二钙(γ-C_(2)S)的制备及其早期水化性能研究对于进_步充分开发利用γ-C_(2)S具有十分重要的指导意义。采用自然冷却的方法、铝元素掺杂法、氢氧化钙合成法3种方法制备了γ-C_(2)S,并通过X射线衍射、扫描电镜-能谱分析、水化热等测试技术探究了其含量、形貌以及早期水化进程和产物。其结果可为水泥行业的节能减排提供一定参考。

硅酸二钙碳化结合珍珠光泽釉的研究

利用硅酸二钙(C_(2)S)常压碳化生成CaCO_(3)作为粘结剂将珠光颜料固定于陶瓷坯体上,制备出具有珍珠光泽的免烧釉,无需经过高温烧结。考察了吸水率、碳化时间、水胶比及β/γ-C_(2)S质量比对CaCO_(3)含量的影响;最后通过XRD、TG、FTIR和SEM等手段分析了釉中C_(2)S和CaCO_(3)之间的相互作用机理,并通过三维景深光学显微镜评价了釉层表面珠光效果。结果显示:当B^(3+)掺量为1.0%时,对β-C_(2)S晶型稳定效果最好;当m(γ-C2S)∶m(β-C_(2)S)=80∶20、吸水率为15.34%、碳化时间2 h、水胶比为8时,可得到最高含量的CaCO_(3);当珠光颜料掺量为20%时,可获得最佳的珠光效果。

利用加速碳化技术激发钢渣活性研究

钢渣是炼钢过程中排出的废渣,钢渣组成中的硅酸钙组分可以与CO_(2)发生碳化反应生成大量不规则的CaCO_(3)和具有胶凝性的SiO_(2)胶体,将钢渣变为具有一定强度的胶凝性材料。文章通过通入CO_(2)对γ-C_(2)S和钢渣进行加速碳化的方式,测试不同碳化时间对钢渣试块抗压强度的影响,结合X射线衍射和扫描电子显微镜分析其硬化机理,探索了加速碳化实现激发钢渣活性的可能性。结果显示:加速碳化可以有效激发钢渣的活性,CO_(2)在有水分的条件下与其中的硅酸钙组分生成CaCO_(3)和SiO_(2)胶体,可以增加钢渣试块的强度,有效地改善其性能。经过24h的加速碳化强化处理,钢渣试样固碳量约为7.07%,钢渣试块的抗压强度达到58.95 MPa。