凝灰岩石粉基调理剂对滨海盐碱地改良效果研究

在石料开采过程中,凝灰岩会产生巨量伴生性废弃石粉,影响矿山的绿色可持续发展。为探讨废弃凝灰岩石粉的资源化利用途径,以石粉为基础,辅以不同配比的贻贝壳、生物炭、腐殖酸等,制备了凝灰岩石粉基调理剂。采用单因素控制法对植物和土壤进行对比试验,探究不同配比调理剂对土壤理化性质及小白菜生长发育的影响。结果显示:纯石粉可调节土壤pH,但添加过多(≥200 g)不利于土壤有机质及氮、磷的释放,同时,纯石粉会促进土壤的钠吸附比和交换性钠增加,加重土壤盐害。凝灰岩石粉基调理剂可有效弥补纯石粉的不足,相较对照组(CK),水解性氮、速效钾质量浓度分别提高了41.15%,10.44%,不同配比土壤调理剂中pH改良效果较好组可使其降低约0.66;同时本调理剂对作物生长也有明显促进作用,小白菜的株高较CK最多可提升35.59%。综合土壤理化指标和作物生长指标,确定纯石粉最适添加量为50 g,凝灰岩石粉基调理剂最佳配方为50 g石粉+3 g碳化后贻贝壳+10 g粗贻贝壳+5 g生物炭+5 g腐殖酸。凝灰岩石粉基调理剂的研发可为滨海盐碱地的改良提供新思路,为废弃石粉的资源化利用提供新途径。

凝灰岩石粉在玻化微珠保温砂浆中的适用性研究

为明确凝灰岩石粉在玻化微珠保温砂浆中的适用性,选凝灰岩石粉作为掺料。通过用凝灰岩石粉代替部分水泥来制备保温砂浆,研究了骨胶比、石粉掺量对保温砂浆力学性能及微观形貌的影响规律。结果表明:由于骨胶比的增大,保温砂浆的稠度、干密度、抗压强度、导热系数和软化系数都出现了下降态势,保温效果增强;凝灰岩石粉掺量达到20%时,其保温砂浆的导热系数、干密度和压剪黏结强度值达到最低,仍满足GB/T 20473—2021《建筑保温砂浆》中规定值。因此推断,利用石粉替代部分水泥配制保温砂浆具有较高的可行性。

凝灰岩石粉掺量对活性粉末混凝土性能的影响

以0.14水胶比成型活性粉末混凝土(RPC)为基体,采用凝灰岩石粉取代部分胶凝材料制备RPC,研究凝灰岩石粉掺量对RPC抗压强度、抗折强度和微观结构的影响。结果表明:RPC的抗压强度、抗折强度随凝灰岩石粉掺量增加呈下降趋势。凝灰岩石粉在胶凝体系中发挥了一定的火山灰效应和填充效应,改善了RPC的微观结构;掺量为5%凝灰岩石粉掺制备的RPC能满足力学要求,28 d龄期的抗压强度为119 MPa,抗折强度为12.4 MPa,孔隙率最低,且界面区最密实;当凝灰岩石粉掺量超过5%后,对微观结构的改善效果有所下降,当凝灰岩石粉掺量超过20%时,已不利于RPC微观结构的改善。

凝灰岩石粉的微观结构及其对混凝土力学性能的影响分析

凝灰岩石粉具有一定的火山灰活性,而区别于石英岩石粉、花岗岩石粉等硅酸盐岩石粉,凝灰岩石粉的火山灰活性略低于同样包含隐晶质玻璃体的硅灰。文章通过高温灼烧、风机淬冷的方法提高了凝灰岩石粉中隐晶质玻璃体的含量,从而提高了凝灰岩石粉的火山岩活性和凝灰岩石粉混凝土的抗压强度。隐晶质玻璃体通过与水泥石中Ca(OH)2等水化产物反应生成C-S-H,改善了改性凝灰岩石粉与水泥石熟料间的微观界面结构,降低了混凝土的孔隙率,从而提高了改性凝灰岩石粉混凝土的强度。

碱激发凝灰岩石粉-水泥复合胶凝材料性能研究

文中采用凝灰岩石粉替代部分水泥,向其中掺入不同掺量和种类的碱激发剂(脱硫石膏、NaOH、Na_(2)SiO_(3))激发凝灰岩石粉的活性,借助对试件的力学性能测试,比较不同激发剂的效果。此外,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等技术研究试样的成分和微观形貌。结果表明,随着凝灰岩石粉掺量增加,试件强度降低;凝灰岩石粉含量较高时,碱激发剂的掺入能够提高试件抗压强度;凝灰岩石粉含量较低时,碱激发剂的掺入会使试件的抗压强度降低。三种激发剂中,脱硫石膏效果最好,主要表现为对试件反应产物的影响最小,试件的微观结构也最紧密。

碱激发凝灰岩石粉与骨料复合体系的强度与收缩率研究

在天然地质体中寻求绿色胶凝材料是“双碳”背景下的研究热点,凝灰岩石粉作为机制砂生产过程中的固体废弃物,其与骨料复合体系的强度与收缩性能研究鲜有报道。本文制备了碱激发石粉浆、石粉-砂浆和石粉-砂-碎石浆3组样品,经过60℃养护后,测试了其抗压强度、劈裂抗拉强度和收缩率等工作性能。结果显示,由于骨料形成的薄弱界面与热膨胀率的差异,碱激发石粉抗压强度(12.7MPa)大于石粉-骨料复合材料强度(4.4~7.0MPa),压缩模量呈现相同的变化规律。凝灰岩骨料由于与石粉成分相同,表面的溶解和聚合反应使骨料复合材料强度更高。随着砂、碎石的加入,试样收缩率减小,最小收缩率为0.4%。由于疏水、减弱胶结强度和阻止表面反应,荷叶疏水剂与熟桐油降低了碱激发石粉、石粉粗骨料体系的强度。具有保水效果的SRA减缩剂对强度的影响最小。对于碱激发石粉试样,荷叶疏水剂、熟桐油和SRA减缩剂对收缩的抑制作用不明显。对于石粉-砂试样,SRA的减缩效果最优(0.9%)。对于石粉-砂-碎石试样,未添加外加剂的试样收缩率更低,说明石粉与骨料复合体系的收缩率主要受骨架作用影响。最终,通过交叉试验比选出碱激发石粉、石粉-砂和石粉-砂-碎石3种材料的最优配比。

凝灰岩石粉和VF防裂剂对水泥基材料收缩性能的影响

为了探究不同掺量的凝灰岩石粉、VF防裂剂对水泥浆体收缩性能的影响及机理,测定了不同凝灰岩石粉和VF防裂剂掺量的化学收缩和干燥收缩,采用X射线衍射技术(XRD)研究不同龄期的复合水泥浆体水化产物,并采用压汞法(MIP)研究其孔结构。结果表明:凝灰岩石粉早期不参与水化,等量取代水泥后通过减少水泥熟料数量减少水泥浆体的化学收缩,并能填充较大孔隙,增大水泥浆体中较小毛细孔(孔径50 nm以下)所占的比例,使水泥基材料干缩变大;VF防裂剂中的明矾石和石膏与水泥水化过程中析出的Ca(OH)2反应生成膨胀性钙矾石补偿收缩,并填充较小孔隙,减少浆体中较小毛细孔所占的比例,从而减小干缩。凝灰岩石粉中活性成分在VF防裂剂的化学激发下二次反应加剧,复掺石粉和防裂剂的水泥浆体的化学收缩显著减少,生成的水化产物填充孔隙,明显的抑制石粉对浆体干燥收缩的增大效应。

二阶导数光谱法定量分析凝灰岩石粉对不同侧链长度聚羧酸减水剂吸附性

凝灰岩石粉对聚羧酸减水剂(PCs)有一定的吸附性,使得“有效减水剂”比例降低,导致PCs性能大大降低。PCs抗吸附特性具有重要的设计参考意义,与PCs组成、结构密切相关。紫外可见分光光度法(UV)是用于吸附量检测的常用方法,但对PCs测试还存在较多的不确定性,给测试带来了困难。为此,采用紫外分光度技术及导数光谱处理的方法定量分析凝灰岩石粉对不同侧链长度聚羧酸减水剂的吸附量,并对试验参数进行了分析与优化。结果显示,PCs吸收光谱图中无明显紫外特征峰,增大浓度、降低溶液pH值时可在190~200nm波长范围出现假峰,并通过乙酸分析试剂光谱试验得到证实;对光谱数据进行二阶导数处理后,可获得PCs特征峰207nm,此特征峰对应的样品吸光度与其浓度间存在良好的线性关系,相关系数r均大于0.99;为了进一步论证紫外吸收光谱法的准确性,与TOC测定法进行比较,两者之间呈良好的线性关系,相关系数r为0.997,这表明UV二阶导数光谱法可为PCs吸附性分析提供一种简单、快速、准确、便宜且无需显色剂的定量测试方法;从样品测试分析可看出,凝灰岩石粉对聚羧酸减水剂的吸附随着PCs侧链长度减小而减弱。研究成果为紫外可见分光光度技术快速检测弱紫外吸收有机物含量提供了新的途径。

凝灰岩石粉在复合胶凝材料中的火山灰活性及水化性能评估

为响应国家“碳达峰、碳中和”战略,实现水泥行业绿色可持续发展,拟探究凝灰岩石粉作为辅助胶凝材料替代部分水泥后对水泥基材料的水化影响机理,以推动凝灰岩石粉在实际工程中的应用。本工作对花岗岩石粉、粉煤灰与凝灰岩石粉展开对比研究,首先基于火山灰活性指数法评价三者的火山灰活性大小,而后利用抗压强度测试以及X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTA)、扫描电镜(SEM)等微观手段研究了水泥-石粉及水泥-粉煤灰复合浆体的强度和水化发展规律,最后还对温室气体排放进行了评估。结果表明:凝灰岩石粉具有较弱的火山灰活性,其火山灰活性指数为52.5%,小于65%,一般情况下,不可直接作为水泥砂浆和混凝土的天然火山灰质材料;凝灰岩石粉在水泥基材料中存在晶核作用,可以促进水泥的早期水化,晶核作用的大小和粉体细度相关,细度较小的凝灰岩石粉对水化的促进作用强于细度偏大的花岗岩石粉;从化学结合水分析得出,受凝灰岩石粉晶核效应以及火山灰反应的影响,20%(质量分数,文中未特殊说明皆为质量分数)凝灰岩石粉复合体系与20%粉煤灰复合体系的水化程度基本一致。

凝灰岩石粉制备胶凝材料及激发剂模数对抗压强度的影响

为促进凝灰岩固体废弃物的有效利用,提出一种凝灰岩石粉胶凝材料的制备方法,并通过抗压强度测试、pH值测定、扫描电镜、X射线能谱仪、X射线衍射分析和傅里叶变换红外光谱等表征,探讨了激发剂模数(n(SiO_(2))/n(Na_(2)O))对抗压强度的影响规律及相关机理.结果表明,激发剂模数为0.042~0.055时,试样的28 d最大抗压强度达到71.33 MPa.随着激发剂模数的降低,颗粒表面的溶解程度提高;生成的硅铝酸盐增加,使抗压强度提高,但当模数低于最优值后,孔隙直径增大,石粉颗粒表面的黏结面积减小,造成强度降低.当激发剂模数为0.080~0.150和0.034~0.055时,抗压强度发展分别主要在3~7 d之间和7~14 d之间,与试样浸出液的pH值变化有较好的对应关系.因为碱激发反应过程大量消耗OH−,强度上升;而过高的OH−浓度可能使产物重新解聚,以及片层颗粒间一端静电斥力的增大使颗粒趋向点−面接触,引起强度的下降.

凝灰岩石粉和VF防裂剂对水泥浆体水化特性的影响

通过测定掺凝灰岩石粉和VF防裂剂的水泥浆体的凝结时间和化学结合水量,研究了凝灰岩石粉和VF防裂剂对水泥浆体水化特性的影响,并采用X射线衍射技术(XRD)分析了其影响机理。结果表明:凝灰岩石粉在水泥水化前期起惰性填料作用,减缓水泥净浆的凝结,降低水泥浆体化学结合水量,在水化后期与水化产物Ca(OH)_2发生二次反应,提升水泥浆体化学结合水量增长速率;VF防裂剂与水泥水化产物Ca(OH)_2反应生成钙矾石,有利于水化产物间相互搭接,从而起促凝作用,并且VF防裂剂对凝灰岩石粉中的活性SiO_2,Al_2O_3起化学激发作用,进一步提升水泥浆体后期化学结合水量增长速率。

凝灰岩石粉作为混凝土掺和料可行性试验研究

开展了凝灰岩石粉及粉煤灰对水泥胶砂、混凝土性能的对比研究,并分析了两者颗粒形态对工作性能的影响机理。结果表明:在同掺量同龄期下,凝灰岩石粉混凝土力学性能与粉煤灰相当,但凝灰岩石粉混凝土工作性能劣于粉煤灰,尤其是在低中强度等级混凝土中表现较为明显;凝灰岩石粉的SEM图表明其为层状结构,具有很大的内比表面积,可吸附混凝土中的部分水和外加剂,降低水泥浆体的分散能力和包裹能力,从而影响混凝土和易性。

石灰石粉-凝灰岩石粉复合掺合料技术指标研究

针对柬埔寨地区机制砂生产过程中产生的大量废弃凝灰岩石粉,该文通过试验研究了石灰石粉和凝灰岩石粉复合作为复合掺合料用于水泥胶砂中的关键技术指标:流动度比、7 d活性指数和28 d活性指数,旨在推进孤石机制砂石粉在工程中的应用。研究表明:凝灰岩石粉的流动度比稍差于石灰石粉,活性指数高于石灰石粉,石灰石粉和凝灰岩石粉以1∶2比例复合作为复合掺合料,替代30%水泥,所制备的水泥胶砂性能最优。

凝灰岩石粉复合掺合料对混凝土性能的影响研究

由于凝灰岩机制砂生产过程中会产生大量的石粉,若这些石粉得不到合理应用,将会对环境产生污染且会造成资源浪费。该文将凝灰岩石粉、石灰石粉、粉煤灰按照一定比例采用单掺和复掺的形式制备矿物掺合料混凝土,研究不同胶凝体系对混凝土工作性能、力学性能和干燥收缩性能的影响。研究表明:在机制砂混凝土中掺入30%的矿物掺合料能改善混凝土的工作性,凝灰岩石粉替代部分粉煤灰制备的复合掺合料有利于混凝土后期强度的提升,抑制混凝土干燥收缩。

凝灰岩石粉对水泥基材料性能影响的研究进展

将凝灰岩石粉作为矿物掺合料掺入水泥基材料中,可实现减少水泥产量、降低CO_(2)等温室气体排放和利用工业固废。本文综述了凝灰岩石粉在水泥基材料中的作用机理,并系统总结了凝灰岩石粉掺入对水泥基材料的凝结时间、和易性、力学性能、耐久性能的影响规律,给出了凝灰岩石粉制备和使用建议,提出了凝灰岩石粉对水泥基材料性能影响研究中存在的不足,展望了凝灰岩石粉对水泥基材料性能影响未来需要注意的研究问题。

石粉替代率对聚合物机制砂粘结砂浆性能及微细观结构的影响

为研究凝灰岩石粉在聚合物粘结砂浆中应用的可行性,分析了石粉部分替代水泥对聚合物粘结砂浆工作性能及力学性能的影响规律,并采用压汞法(MIP)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验研究砂浆内部孔结构及水化产物微观形貌的变化规律。结果表明:凝灰岩石粉在聚合物粘结砂浆中具有较好的适用性;砂浆强度随石粉替代率的增加呈先增大后减小的趋势,在替代率为15%(质量分数,下同)时,砂浆7 d、28 d抗折强度、抗压强度和粘结强度达到最大值,此时工作性能也较优。当石粉替代率不大于15%时,其对粘结砂浆微细观结构的影响以填充效应和晶核效应为主,可有效改善砂浆内部密实度,且有利于内部孔结构向少害孔和无害孔发展;当石粉替代率为15%时,H_(2)O、OH^(-)、CO_(3)^(2-)等特征振动峰强度最高,即此时内部水化最为充分;当石粉替代率超过15%时,石粉对粘结砂浆工作性能、力学性能和微细观结构均产生不利的影响。

凝灰岩石粉代砂制备活性粉末混凝土性能分析

研究凝灰岩石粉作为细骨料替代部分石英砂制备活性粉末混凝土(RPC),并探究凝灰岩石粉掺量对RPC抗压强度、抗折强度以及微观结构的影响。结果表明:利用凝灰岩石粉替代部分石英砂制备的RPC试件的抗压强度、抗折强度随凝灰岩石粉掺量的增加呈下降趋势,但下降速度较慢;凝灰岩石粉替代部分石英砂制备RPC,可以减少RPC中的直径较大的孔的数量和孔隙率,改善RPC内部孔隙结构;凝灰岩石粉掺量为12%制备的RPC试件能满足力学要求,28 d龄期的抗压强度为104.6 MPa,抗折强度为12.0 MPa,孔隙率为3.4%;凝灰岩石粉掺量>12%后对RPC的孔结构的改善效果有所下降。

凝灰岩机制砂石粉含量对C50混凝土性能的影响

通过对C50凝灰岩机制砂混凝土的性能进行测试,研究了凝灰岩机制砂中不同石粉含量对混凝土工作性能及力学性能的影响。结果表明:当凝灰岩机制砂中石粉含量在0%~6%时,C50机制砂混凝土的坍落度和扩展度随着石粉含量的增加而增大,当石粉含量超过6%时,混凝土的坍落度和扩展度随着石粉含量的增加而减小;当石粉含量在0%~8%时,混凝土的抗压强度随着石粉含量的增加而增加,当石粉含量超过8%时,混凝土的抗压强度随着石粉含量的增加而降低;对C50混凝土而言,凝灰岩机制砂中的石粉含量对混凝土的抗氯离子渗透性能影响并不是很大。

机制砂石粉制备C40混凝土的试验研究

研究了花岗岩和凝灰岩2种石粉不同掺加方式对C40混凝土性能的影响。结果表明:石粉等质量取代粉煤灰时,对混凝土坍落度影响较小,但掺量较高后混凝土强度降低,取代量不宜超过40 kg/m^(3);石粉等质量取代机制砂时,对强度无不利影响,混凝土拌合物黏度明显增大,花岗岩石粉取代机制砂量不宜超过90 kg/m^(3),凝灰岩石粉取代机制砂量不宜超过60 kg/m^(3);花岗岩石粉和凝灰岩石粉宜复合替代粉煤灰和机制砂制备混凝土以减小单独取代的不利影响,用水量增加10 kg/m^(3)可以使石粉混凝土黏度与基准混凝土一致,虽然强度和抗氯离子渗透性能略有下降,但对混凝土的早期抗裂性能无不利影响,2种石粉可用于设计强度有一定富余且非严酷服役环境下的C40混凝土。

多指标正交试验优化石粉RPC制备工艺研究

为促进凝灰岩石粉高值化利用、优化其制备活性粉末混凝土(RPC)配合比和养护工艺,以水胶比为0.18的RPC配合比为基体,基于多指标正交试验设计理论,以28 d立方体抗压强度和抗折强度为评判指标,利用综合平衡法对多指标正交试验极差分析结果进行了评价,得出了制备工艺优化方案,并揭示了养护温度(A)、养护时间(B)、水胶比(C)等因素不同水平对掺石粉RPC力学性能的影响程度和变化规律。研究表明:凝灰岩石粉作为部分细集料制备RPC具有致密增强的作用,同时实现石粉高值化利用,降低RPC制备成本,改善生态环境。水胶比对立方体抗压强度影响最为显著,养护时间对抗折强度影响最为显著,凝灰岩石粉RPC制备工艺优化方案为养护温度85℃,养护时间24 h,水胶比0.18。