基于热力学分析与响应曲面法研究磷尾矿中钙镁浸出率

在回收磷尾矿中钙镁资源时,通常先将尾矿进行煅烧,然后利用浸取工艺浸取尾矿中的钙镁,用于后续资源回收。在煅烧过程中需要让磷尾矿中的白云石尽量分解,而氟磷灰石得到保留。研究利用HSC Chemistry软件进行磷尾矿煅烧热力学分析优化煅烧条件,在尾矿煅烧物浸取钙镁过程中,基于响应曲面法,分析铵钙物质的量比(7∶1~11∶1)、液固质量比(7∶1~9∶1)、反应温度(60~80℃)、反应时间(50~70 min)的交互作用对钙镁浸出率的影响,对钙镁浸出条件进行优化。结果表明,白云石完全分解为CaO、MgO且氟磷灰石不分解的煅烧温度范围为(900~1200℃)。优化钙镁浸出条件:铵钙比物质的量比为10∶1、液固质量比为8∶1、反应温度为71℃、反应时间66 min时获得最佳钙镁的浸出率,分别为92.25%和86.19%。依据优化后的浸出条件,进行多次实验,实验结果为钙浸出率为91.95%、镁浸出率为85.85%。实验结果与优化结果较为接近,证明优化结果较为准确,且通过模拟优化及实验验证,可以看出铵钙比对浸出率的影响较大。

同级配下高碳铬铁渣骨料对混凝土性能的影响研究

高碳铬铁渣属于大宗固废,是一种大量堆积、亟需处理的工业冶炼废渣。将铬铁渣用作骨料制备绿色混凝土是一种很好的消纳方式。为了解铬铁渣自身材料特性对混凝土性能的影响,本工作调整铬铁渣骨料级配和天然砂石一致,研究铬铁渣骨料对混凝土拌合物流动性能、力学性能、抗氯离子渗透性能和微观结构的影响,并基于不同的养护方式分析了铬铁渣的界面活性。结果表明:铬铁渣表面粗糙多开口孔,在相同骨料级配下,铬铁渣取代天然骨料后,对混凝土拌合物流动性能有不利影响,但提高了混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗氯离子渗透性能,并对混凝土界面过渡区微结构有一定的改善作用。此外,铬铁渣表面存在少量低活性物质,在压蒸情况下或者水化后期会参与反应。

高海拔地质复杂地区喷射混凝土超早强材料应用研究

将纳米早强功能材料、增强型无碱速凝剂及混凝土稳态保塑剂进行有机结合,开发了高海拔地质复杂地区喷射混凝土超早强材料,以解决高海拔地质复杂地区喷射混凝土的超早强性能与工作性能保持、长龄期强度增长的矛盾。研究水胶比、减水剂掺量、纳米早强功能材料、增强型无碱速凝剂及混凝土稳态保塑剂对喷射混凝土的工作性能及抗压强度的影响,通过水化热和水化产物形貌测试探究了其超早强性能和工作性能保持的作用机制,并在某工程进行了工程应用评价。结果表明,8h, 24h和28d的抗压强度分别达到11.9,25.6,53.3MPa。

刚性防水水泥基材料关键性能研究

文中研究了刚性防水水泥基材料(RigidWaterproof Cement-basedMaterial:RWCM)的力学性能和耐久性能。研究发现,通过配合比设计制备出的40、50、60MPa强度等级RWCM,弹性模量在22~30GPa且早期轴向拉伸性能优异。水养条件下RWCM干缩小;养护28d后,3.0MPa抗渗压力达下,渗透高度低于12mm;28d电通量小于112C,抗氯离子性能优异,且RWCM在不同拉伸应变(0~2%)也有优异的抗渗性能。

低熟料系数下预拌低碳混凝土性能发展规律研究

文中研究了混凝土熟料系数为20%~60%时,混凝土拌和物流动性能、成本和碳排放、抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度、弹性模量以及收缩受到的影响。结果表明,低熟料系数下,混凝土拌和物对水更为敏感,当熟料系数≥30%时,混凝土各力学性能无明显下降;熟料系数<30%时,混凝土各力学性能明显降低,同时熟料系数降低使混凝土的收缩有所改善。

煤矸石骨料母岩性质可行性分析研究综述

文中基于煤矸石母岩性质,开展煤矸石作骨料时母岩物化特性评价研究,结合现有标准规范和相关研究,从煤矸石母岩的化学组成、矿物组成、热稳定性、抗压强度、体积稳定性和环境安全性等材料基本性质的角度全面评价了煤矸石作骨料的可行性,形成了适用于制备骨料的煤矸石母岩评价方法,为煤矸石的资源化利用提供切实可行的参考途径。

矿物掺合料对流态固化土物理力学性能的影响研究

文中研究了矿物掺合料对流态固化土物理力学性能的影响。结果表明,随着水泥用量的增加,各龄期强度明显增加。这是由于水泥作为固化剂决定了固化土的水化产物的形成数量和形成速率;适量矿粉掺入使得固化土水化过程生成更多硅铝质胶结产物,粉煤灰填充土体孔隙,减小孔隙率,颗粒间连接更紧密,固化土整体性更佳。

大掺量掘进煤矸石道路基层和混凝土的制备及力学性能研究

掘进煤矸石是煤矿能源行业排放的一种工业固废,具有质地坚硬、性质稳定等特点,对掘进煤矸石道路基层及混凝土的制备及研究符合国家对推动建材行业碳达峰和加强大宗固废综合利用的愿景。将加工破碎后的掘进煤矸石替代道路基层和混凝土材料中的机制砂石,探讨了不同水泥掺量下的基层混合料、不同标号的掘进煤矸石砂混凝土材料、不同骨料类别及处理方式的C30混凝土材料力学性能的影响规律,论证了掘进煤矸石替代机制砂石骨料的技术可行性。研究结果表明:掘进煤矸石道路基层材料7 d无侧限抗压强度达3.4~6.5 MPa,满足中高等级公路基本要求;掘进煤矸石混凝土在中低标号下抗压强度基本满足要求,经水洗工艺的掘进煤矸石石料和改善级配的掘进煤矸石砂制备的C30混凝土强度有所提高。

改性磷石膏抹灰砂浆性能研究

为了解决磷石膏抹灰砂浆耐水性差的问题,促进磷石膏抹灰砂浆在建筑行业的应用,采用预处理的改性磷石膏,研究了水胶比和减水剂掺量对改性磷石基抹灰砂浆物理性能、力学性能和耐水性能的影响,并通过在体系中引入有机硅防水剂来进一步改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能。研究结果表明:减水剂掺量和水胶比是影响磷石膏抹灰砂浆性能的主要因素,低水胶比和低减水剂掺量有利于其力学性能和耐水性能的提升,且减水剂掺量不宜高于0.9%;有机硅防水剂虽然能有效改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能,但会对其强度造成不利影响,实际应用时其掺量不宜高于0.6%;水化产物中的凝胶和钙矾石可以填充二水硫酸钙晶体间空隙,有利于试件密实度、强度和软化系数的提高,且有机硅防水剂会在水化产物表面和间隙中形成防水膜,可以进一步改善试件耐水性能。

碱激发矿渣水泥基材料收缩性能研究

通过XRD、SEM、TGA等方法研究了膨胀剂掺量、碱当量、水玻璃模数对碱矿渣水泥砂浆干燥收缩、质量损失的影响。结果表明:氧化钙膨胀剂的加入会使矿渣产生膨胀现象,且随膨胀剂掺量(6%~10%)的增加,膨胀值增大;而氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂的加入对矿渣的收缩无改善效果。XRD及SEM测试结果表明,氢氧化钙是氧化钙膨胀剂在矿渣中的主要膨胀源;掺加氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂后未生成钙矾石相,是其未能改善矿渣收缩的主要原因。水玻璃模数及碱当量都会影响膨胀剂在矿渣中的作用效果。膨胀剂的加入会降低矿渣在干燥条件下的质量损失及体系游离水含量,其中氧化钙膨胀剂对两者的降低幅度更大。

掺和料对磷石膏复合胶凝材料性能影响研究

研究主要掺和料矿粉及水泥单掺和复掺对磷石膏复合胶凝材料力学性能及耐水性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)、压汞法(MIP)探究影响机理。结果表明,水泥掺量为0~20%、矿粉掺量为0~40%时,水泥和矿粉的单掺对磷石膏抗压强度有负面影响,但可有效提升软化系数。水泥及矿粉复掺时,可显著提高磷石膏软化系数,使软化系数达到0.65以上;当水泥掺量为5.58%,矿粉掺量为20.00%时,磷石膏复合胶凝材料抗压强度达到最大值16.50 MPa;水胶比由0.6降低至0.3,可制备抗压强度为32.50 MPa,软化系数为0.87的高强耐水磷石膏复合胶凝材料。由SEM结果可知,水泥及矿粉的水化产物包覆在石膏晶体表面,可显著提升其耐水性;由MIP结果可知,矿粉与水泥复掺可增加小孔(3~50 nm)比例及孔弯曲度,大幅降低平均孔径,改善孔径分布,增加基体致密度,进而提升抗压强度。

不同比表面积煤气化渣掺合料活性及力学性能研究

煤气化渣是煤气化、煤间接液化工艺的副产物。本文对不同粉磨时间的煤气化渣理化性能、活性、力学性能等进行了研究,并和常用的S95矿粉和I级粉煤灰进行对比。研究表明,煤气化渣本身含有大量的非晶态胶凝活性物质,比表面积为503 m^2/kg的煤气化渣活性达到108%,高于I级粉煤灰。煤气化渣的掺加能够显著提升水泥砂浆的后期强度,最大可提高47.2%,提升作用优于S95矿粉和I级粉煤灰。煤气化渣对抗折强度的提高率大于抗压强度,在20%~30%(质量分数)掺量下能够提高水泥砂浆的柔韧性。

机制砂表面改性技术研究与应用

机制砂含泥引起的混凝土性能劣化问题是混凝土行业亟待解决的难题。采用硅基防水剂、黏土防膨剂作为双组分表面改性剂对机制砂进行表面预处理,降低机制砂中泥粉含量对混凝土工作性能的负面影响。探究改性剂的种类和用量对机制砂吸水率与亚甲蓝值(MB值)的影响以及与减水剂吸附量、黏土层间距之间的关系,还高效研究表面改性处理工艺对胶砂流变行为以及混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。研究结果表明:双组分改性剂中防水剂与防膨剂的最佳质量比为6∶4,最优用量为机制砂质量的1.5‰。表面处理后机制砂的吸水率降低42.3%,MB值从3.2下降至1.5,混凝土减水剂掺量可降低5.7%~14.3%,1.5 h扩展度增大70~120 mm,同时降低了泥粉对混凝土力学性能和耐久性能的负面影响,减小了机制砂含泥量变化和黏土杂质种类差异引起的工作性能波动。

养护温度对UHPC水化及力学性能影响研究

热养护能够提高超高性能混凝土(UHPC)的早期力学性能,促使UHPC水化,但对UHPC长期性能的发展尚未有系统深入的研究。通过力学性能测试、SEM和XRD研究了五种养护温度(20℃标养、90℃蒸汽养护、120℃干热养护、200℃干热养护和250℃干热养护)对UHPC长期力学性能发展以及水化的影响。结果表明,热养护能够促进UHPC早期水化,显著提升UHPC的早期抗压强度,特别是养护温度超过200℃时,能够生成明显的硬硅钙石提高UHPC的早期抗压强度。不同养护温度对于UHPC后期抗压强度的影响则不尽相同,90℃蒸养和120℃干热养护后UHPC试件的后期抗压强度仍然能持续增长,而200℃和250℃干热养护后试件的后期抗压强度则出现显著降低的趋势,后期抗压强度的变化主要取决于UHPC早期水化后内部剩余的未水化颗粒的含量。

石膏矿渣水泥混凝土抗硫酸钠侵蚀性能研究

石膏矿渣水泥具有低水化热、良好抗化学侵蚀性能等优点,是一种低碳绿色胶凝材料。为了明确原材料对石膏矿渣水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,对比研究了不同化学组成及活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的强度发展及抗硫酸钠侵蚀性能。结果表明:提高矿粉中Al_(2)O_(3)含量可以有效提高石膏矿渣水泥混凝土早期3 d强度;石膏矿渣水泥混凝土在硫酸钠环境下表现出强度软化型劣化;提高水泥用量、降低水灰比可以有效提高低活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的抗硫酸钠侵蚀性能,但不利于高活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的抗硫酸钠侵蚀性能。研究为低活性矿粉制备石膏矿渣水泥混凝土及其寿命预测提供试验数据支撑。

堆石混凝土层面渗透性能影响因素试验研究

堆石混凝土层面情况直接关系到层间施工缝的渗透性能,进而影响工程质量。设计了12组不同层面特性及层面处理工艺的堆石混凝土和1组不含层面堆石混凝土试件,开展了13组试件的室内渗透试验,研究层面不同堆石高度、堆石面积、凿毛工艺、石粉含量对层间渗透性能的影响,并与不含层面试件进行对比分析。试验结果表明:含层面施工缝的堆石混凝土试件渗透呈端面未渗水和端面渗水2种渗水形式,其中层面堆石高度、堆石面积会不同程度影响层面施工缝的相对渗透性系数及渗水形式;而层面石粉含量、凿毛工艺对其渗透性能有着显著影响。为提高层面防渗性能,堆石混凝土施工应尽可能将层面凿毛至露石,石粉含量控制在440 g/m^(2)以下。

高性能纤维增强水泥基复合材料大空腔外墙板性能模拟研究

基于高性能纤维增强水泥基复合材料和泡沫混凝土设计了一种新型大空腔外墙复合墙板。基于高性能纤维增强水泥基复合材料力学性能试验,依据数字孪生理念对复合材料力学性能及墙板构造设计性能开展了相应的有限元模拟以确定其数值模拟参数。在此基础上对大空腔外墙板的构造进行了优化设计研究,进行了极限弯载试验,验证了大空腔外墙板构造设计的合理性。结果表明,复合基材的抗压强度为78.5 MPa,抗拉强度为6 MPa,抗折强度为20 MPa,并建立了该材料的数值模拟模型,相关参数C_(1)=0.375,C_(2)=0.95,C_(3)=3.2 MPa,C_(4)=120 MPa;确定3个空腔,肋板厚度10 mm是科学合理的构造,此时均布破坏荷载为3.00 kPa。

高性能纤维增强水泥基复合墙板热力学和耐火性能研究

基于高性能纤维增强水泥基复合材料和泡沫混凝土设计了一种新型复合墙板,并研究其热力学和耐火性能。结果表明,复合墙板的传热阻随着填充的泡沫混凝土密度等级的降低而增大,传热系数最低为0.77 W/(m^2·K);复合墙板燃烧性能为A1级,耐火极限达到3 h。高性能纤维增强水泥基复合材料在高温环境下水化产物之间发生物理化学反应,由碳酸钙、水化硅酸钙、钙矾石、铝酸三钙生成氧化钙和钙铝黄长石;泡沫混凝土在高温环境作用下出现明显的收缩现象,水化产物结晶程度增加。

碱激发磷石膏复合胶凝材料力学性能研究

以磷石膏粉、矿粉、粉煤灰和水泥为主要胶凝材料,水玻璃为激发剂,制备了磷石膏复合胶凝材料,研究了水泥掺量(0、5%、10%、15%)和碱当量(0、2%、4%)对磷石膏复合胶凝材料力学性能的影响,并对适用于磷石膏复合胶凝材料的外加剂种类和掺量进行了分析。结果表明:单掺水泥时,随着水泥掺量的增加,磷石膏复合胶凝材料的抗压强度逐渐增大,且当水泥掺量为15%时,28 d抗压强度最大,为22.9 MPa;单掺水玻璃时,随着碱当量增加,磷石膏复合胶凝材料的抗压强度总体呈逐渐增大趋势,且当碱当量为4%时,28 d抗压强度最大;水泥和水玻璃复合使用时的最佳组合为10%水泥+4%碱当量;与聚羧酸减水剂相比,掺萘系减水剂磷石膏复合胶凝材料的28 d抗压强度最高可达39.4 MPa。

全再生骨料路面砖的制备及力学性能影响研究

以建筑垃圾(废砖)再生骨料与水泥、聚羧酸减水剂等为原料,采用不同成型压力和养护方式制备全再生骨料路面砖。结果表明,最佳水灰比为0.5,最优成型压力为90 kN,采用标准养护方式,可以制备出MU25等级的全再生骨料路面砖。通过扫描电镜及压汞测试分析发现,合适水灰比和成型压力下,孔隙率更小,孔结构更好,且水化产物结构更加致密,有利于全再生骨料路面砖的力学性能发展。