拜耳法赤泥特性对水泥砂浆工作性能和力学性能的影响研究

为提高拜耳法赤泥的利用率和附加值,对比研究了不同物化特性的赤泥A和赤泥B对拜耳法赤泥-水泥复合砂浆流动度、力学强度及微结构的影响规律。研究结果表明:赤泥A的最佳掺量为10%,赤泥B的最佳掺量为20%,此时配制的拜耳法赤泥-水泥复合砂浆的力学性能可到达P·O 42.5级水泥标准要求。另外,与赤泥A相比,赤泥B的掺入可赋予复合砂浆具有更高的力学性能,这主要是因为一方面赤泥B的颗粒尺寸较为细小,有助于填充砂浆微孔,提高水泥石密实性,另一方面赤泥B含有更多的Na_(2)O、K_(2)O等游离碱,碱激发作用更为明显,可加快浆体中活性矿物的水化所导致的。

铅锌冶炼废渣对水泥胶砂强度及孔结构的影响研究

使用铅锌冶炼废渣作为混合材,研究了不同掺入比对胶砂试块流动度及各龄期强度的影响。通过压汞试验,结合扫描电镜分析了掺入铅锌冶炼废渣对胶砂内部孔隙率及孔径分布的影响及微观形貌。试验结果表明:随着铅锌冶炼废渣掺量的增加,胶砂试块各龄期强度逐渐下降,但在掺量为30%时,胶砂28 d抗压强度为46.8 MPa,与对照组基本持平,掺量不超过30%时,28 d抗压强度超过了对照组,压汞试验表明掺入铅锌冶炼废渣可以减小水泥浆体最可几孔径大小和孔隙率,使胶砂整体结构更加密实。扫描电镜结果表明铅锌冶炼废渣水化产物形成相互搭接的空间网络结构,填充了水泥浆体的孔隙。

不同铁相含量高铁低钙水泥抗硫酸盐侵蚀研究

为提高海洋工程基础材料水泥的抗侵蚀性能,在高铁低钙硅酸盐水泥体系中,制备不同C4AF设计含量(15%、18%、21%、24%)水泥熟料,研究水泥中不同C4AF设计含量对水泥矿物形成、工作性能、力学性能、抗硫酸盐侵蚀性能等的影响。使用XRD、SEM分析熟料的矿物形成情况及水泥水化产物形貌。研究结果表明,试验烧结制备的水泥熟料矿物组成与设计基本一致。当C4AF含量提高时,同龄期水泥的抗压强度降低,抗硫酸盐侵蚀系数先增大后减小,在C4AF含量21%时达到最大值。体系中C4AF含量高时,Fe取代部分Al形成的AFt晶粒细小,致密度高,SEM下微观表现为钙矾石形貌由粗变细,是抗硫酸盐侵蚀性能提升的主要原因。

NaCl溶液浓度对磷石膏制备α-半水石膏转晶行为的影响

为提高湿法磷酸工艺排放的副产品磷石膏的利用率和附加值,采用常压水热合成法在NaCl溶液中制备α-半水石膏材料,研究了NaCl溶液浓度对α-半水石膏的结晶水含量、转晶行为、矿相组成和显微形貌的影响。研究结果表明,在温度为95℃质量分数为10.0%~20.0%的NaCl溶液中,磷石膏的结晶水含量均随着反应时间的延长逐渐降低,且降至约6%后将逐渐趋于平缓。结合XRD和SEM分析认为磷石膏在95℃质量分数为10.0%~20.0%的NaCl溶液中可脱水转晶形成稳定的六方柱状α-半水石膏。同时,磷石膏的脱水转晶速率呈现先缓慢上升而后快速升高,最后逐渐趋于平缓的变化趋势,属于典型的生长-成核动力学过程。随着NaCl溶液浓度的升高,α-半水石膏的诱导成核时间和晶体生长时间逐渐加快,总转晶时间逐渐缩短。其中,磷石膏在质量分数为20.0%的NaCl溶液中水热反应0.5 h后即可完全转变为α-半水石膏,与质量分数为15.0%的NaCl溶液相比缩短了1.38 h。因此认为,NaCl溶液浓度的提高有助于加快磷石膏的脱水转晶效率,这可为实际规模化生产α-半水石膏提供指导。

水淬锰渣-炉渣-石灰石复合微粉的活性试验

研究了经过物理激发的水淬锰渣微粉和炉渣微粉活性指数,进而确定水淬锰渣、炉渣适宜的比表面积;采用石膏、生石灰、水玻璃3种激发剂对水淬锰渣、炉渣、石灰石复合微粉进行了化学激发试验;探讨单一激发和复合激发对复合微粉的影响。结果表明:物理激发微粉时,水淬锰渣的适宜比表面积为470 m^(2)/kg,炉渣的适宜比表面积为410 m^(2)/kg;化学激发复合微粉时,使用4%的石膏和1%生石灰作为复合激发剂对复合微粉激发效果最佳,7、28 d活性指数达到最高,此时复合微粉7 d活性指数为55.7%,28 d活性指数为78.3%,均满足《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046—2017)中S75等级标准。

利用拜耳法赤泥制备高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥

利用赤泥、磷石膏、钡泥替代部分天然原料制备高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥,研究水泥熟料中不同C_(4)AF(4CaO·Al_2O_(3)·Fe_2O_(3))设计含量(赤泥掺量)对水泥矿物形成、工作性能、力学性能和水化产物的影响。借助XRD、 SEM-EDS、金相显微镜分析熟料的矿物形成情况及水泥水化产物形貌。结果表明:水泥熟料中C4AF设计含量为20%~35%时,熟料中C_(4)AF、 C_(3)A、C_(3.75)B_(0.25)A_(3)S、 C_(3)S和C_(2)S矿物均形成,且随着C_(4)AF设计含量的增加, C_(3)S的形成量减少、 C_(2)S的形成量增加, C_(3)S的结晶边沿逐渐被铁铝中间相溶蚀,水泥的凝结时间逐渐延长;当C_(4)AF设计含量小于30%时,水泥的28 d抗折、抗压强度趋于平稳;过多的C_(4)AF会抑制C_(2)S向C_(3)S的转变,高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥中C_(4)AF设计含量不宜超过30%,即配料时赤泥的掺量不超过16.4%;水化产物中钙矾石(AFt)和C-S-H的形成量是抗折、抗压强度变化的主要原因。

不同铁相水泥的抗氯离子侵蚀和抗硫酸盐侵蚀性能研究

为制备海洋工程基础设施用高抗蚀水泥材料,本试验系统研究了HIPC、MHC、OPC三种不同铁相水泥材料的抗氯离子渗透性、抗氯离子侵蚀性能以及抗硫酸盐侵蚀性能。结果表明,养护温度的升高均可以改善三种不同铁相水泥材料的抗氯离子渗透性,有利于改善其抗氯离子侵蚀能力。当养护温度由20℃升至40℃时,HIPC、MHC、OPC的抗氯离子渗透性分别提高了46.79%、39.12%、34.76%。与其他水泥相比,MHC水泥的C3S含量低,水化形成的Ca(OH)2物相少,减少了F盐的生成,具有较高的抗氯离子侵蚀性能。HIPC水泥的C3A含量低,使水化过程中有害膨胀性物质Aft和石膏的生成量少,导致浆体结构较为致密,赋予其具有优异抗硫酸盐侵蚀性能。

反应温度和固液质量比对磷石膏脱水转晶的影响

为提高磷石膏的利用率和附加值,利用磷石膏在20%NaCl溶液中脱水转晶制备α-半水石膏,研究了反应温度和固液质量比对磷石膏脱水行为、转晶效率、矿相组成和微观形貌的影响。结果表明,当反应温度为80~95℃时,随着温度的升高,磷石膏的转晶速率加快,α-半水石膏的诱导成核时间和晶体生长时间均逐渐减少,总转化时间缩短。过低或过高的固液质量比均会影响磷石膏在盐溶液中的分散程度,在一定程度上阻碍磷石膏的脱水转晶,导致α-半水磷石膏的转晶时间随着固液质量比的减小呈现先减小后增大的变化趋势。在反应温度为90℃和固液质量比为1∶4的20%NaCl溶液中,磷石膏仅需常压水热反应1.34 h即可完全脱水形成长棒状α-半水石膏。

氢氧化钙对碱矿渣材料硫酸盐结晶破坏的抑制机理

通过外观变化和质量损失的发展研究了Ca(OH)_(2)对碱矿渣材料硫酸盐结晶破坏的抑制效率,结合抗压强度、毛细孔隙率、X射线衍射、综合热分析和扫描电子显微镜,揭示了Ca(OH)_(2)对碱矿渣材料硫酸盐结晶破坏的抑制机理.结果表明:质量分数为5%的Ca(OH)_(2)使碱矿渣水泥石的微结构变得致密,降低其毛细孔隙率和毛细吸水系数,显著减小碱矿渣材料的硫酸盐结晶破坏;质量分数为10%的Ca(OH)_(2)使碱矿渣水泥石内部的微裂纹增多,毛细孔隙率和毛细吸水系数增大,对抑制硫酸盐结晶破坏不利.

钢渣-赤泥-水泥基复合砂浆的水化硬化特性

为探明二元固废间的协同胶凝作用,本文研究了不同配合比条件下钢渣-赤泥-水泥基复合砂浆的力学性能,并采用水化热、XRD、TG-DTG、SEM等手段来表征复合砂浆的水化特征及微观形貌。研究结果表明:与纯水泥组相比,单掺30%(以下均为质量分数)钢渣会抑制浆体的水化反应,从而降低砂浆的力学性能,而在单掺30%钢渣的基础上复掺适量的赤泥可以有效降低钢渣对砂浆力学性能的负面影响。其中,当钢渣掺量为15%、赤泥掺量为15%时,复合砂浆的28 d抗折强度和28 d抗压强度均最高,分别为6.8和39.8 MPa,与单掺30%钢渣组相比,复合砂浆的28 d抗折强度和28 d抗压强度分别提高了11.5%和20.6%,这主要是因为掺入的赤泥不仅起到物理填充作用,而且为钢渣的水化反应提供了良好的碱性环境,促进钢渣参与水化反应,生成更多的钙矾石和水化硅酸钙凝胶,改善砂浆的微观结构。

硅灰-粉煤灰-废石粉对透水混凝土性能的影响

采用硅灰、粉煤灰、废石粉单掺及三元复合等质量代替部分水泥,研究其对透水混凝土力学性能、透水系数及砂浆流动性的影响。结果表明:随着硅灰掺量增加,砂浆流动度先增加后减小,透水混凝土强度逐渐增大,透水系数先减小后增大,当硅灰掺量超过6%时,强度不再增加,透水系数增大,砂浆流动度下降;随着粉煤灰掺量的增加,砂浆流动度不断增加,透水混凝土强度与透水系数不断降低,单掺粉煤灰时,掺量不宜超过10%;随着废石粉掺量的增加,透水混凝土的抗压强度先增加后减少,透水系数一直减小,在掺量为15%时强度最高。硅灰-粉煤灰-废石粉三元复合体系中,掺6%硅灰、10%粉煤灰、10%废石粉的透水混凝土,砂浆流动度为162 mm,28 d强度达到38.4 MPa,透水系数达到4.4 mm/s。SEM分析发现,三元复合体系主要水化产物有水化硅酸钙凝胶和板状氢氧化钙,还有少量针状钙矾石,各水化产物之间连接较好,浆体密实,水化产物发育较好,浆体水化较完全。

减水剂和缓凝剂对石膏基自流平砂浆性能的影响

为深入研究石膏基自流平材料与外加剂的匹配适应性,系统分析了聚羧酸系减水剂和CH—C型缓凝剂掺入量对石膏基自流平砂浆的工作性能和力学强度的影响。结果表明,随着减水剂掺量增加,石膏基自流平砂浆的流动度先快速增加而后逐渐趋于稳定,抗折强度和抗压强度先升高后降低;随着缓凝剂掺量增加,石膏基自流平砂浆的初凝时间和终凝时间逐渐延长,抗折强度和抗压强度逐渐降低。当掺入0.2 wt%减水剂和0.1 wt%缓凝剂时,所制砂浆的流动度为196 mm,初凝时间为55 min,终凝时间为75 min,14 d抗折强度和抗压强度分别为9.2 MPa和25.3 MPa,达到了相关要求。

CaF2掺量对阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物形成及力学性能的影响

以石灰石、拜耳法赤泥、钡泥等为主要原料制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥,研究CaF2掺量对水泥矿物形成情况、工作性能、力学性能的影响。借助X射线粉末衍射仪(XRD)、金相显微镜分析熟料的矿物形成及分布情况。结果表明:适量CaF2的引入能使C3S、C3.75B0.25A3S珔低温共存,掺量不足或过多均会影响矿物的形成及力学性能;当掺量为0.7%(质量分数)时,矿物的形成情况最好,1、3、28 d时抗折/抗压强度分别为6.1 MPa/34.5 MPa、7.3 MPa/39.2 MPa、9.2 MPa/59.0 MPa。

热活化温度对拜耳法赤泥-水泥基复合砂浆的影响研究

为提高拜耳法赤泥在水泥基材料中的利用率,通过高温热活化改性了拜耳法赤泥的相组成和溶出碱能力,研究了不同温度热活化改性赤泥的掺入对赤泥-水泥复合砂浆力学强度、矿相组成和微观形貌的影响规律。研究结果表明:经500~800℃热活化处理后拜耳法赤泥中的钙霞石、方解石等矿物相分解,有助于促进游离碱Na+的溶出,提高了浸出液pH至11.13~11.59。当掺入20%拜耳法赤泥的掺入量,随着拜耳法赤泥热活化温度的升高,复合砂浆的工作性能有所降低,28 d的抗压强度呈现先升高后降低的变化趋势。其中,掺入700℃热活化赤泥的复合砂浆试件的28 d抗压强度最高,可达46.5 MPa,与掺入未经热活化赤泥的复合砂浆相比提高了15.38%。这主要是因为赤泥中硬水铝石经高温热活化分解成了活性更高的无定型氧化铝,而且赤泥中碱性离子含量增加可以更好地激发浆体中活性矿物的水化反应,反应生成更多的AFt和C-S-H凝胶,使试件的微结构更加致密,更有利于后期力学强度的发展。

钢渣粉-矿粉-磷渣粉三元复掺对混凝土电通量的影响

为了提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,通过钢渣粉-矿粉-磷渣粉三元复掺的方式制备了强度等级C40的混凝土。采用XRD、SEM和压汞法等手段研究了钢渣粉-矿粉-磷渣粉三元复掺对混凝土水化产物、微观结构和孔隙率的影响。结果表明:在等质量替代60%水泥时,当钢渣粉、矿粉、磷渣粉掺量比为1∶1∶1和1∶3∶2时(G20k20和G10k30组),其28 d强度分别为空白组的108%、117%,电通量为1575、840 C,低于空白组的1659 C;56 d强度分别为空白组的106%、104%,电通量分别为537、358 C,远低于空白组的1387 C。该复掺方式充分利用了钢渣、磷渣等固体废渣,解决了混凝土中掺入钢渣粉而导致电通量高的问题,从而提高了混凝土的抗氯离子侵蚀能力,为码头、人工鱼礁、海岛工程等建设提供优质高抗蚀掺合料。

超细高活性矿物掺合料对UHPC水化和收缩性能的影响

本试验研究了超细高活性矿物掺合料(超细掺合料)与硅灰以单掺、复掺的方式制备超高性能混凝土(UHPC),分析了复掺不同掺量超细掺合料对UHPC的工作性、力学性能、水化热和收缩性能的影响。结果表明:UHPC流动性随超细掺合料掺量的增加而增加,跳桌流动度最高为275 mm^(2)将超细掺合料与质量分数为10%的硅灰以复掺的方式制备UHPC时,随超细掺合料掺量的增加,UHPC抗折强度先增加后降低,抗压强度先增加后趋于平稳,最大抗折强度和抗压强度分别为25.9 MPa和150.0 MPa;超细掺合料与质量分数为10%的硅灰复掺制备的UHPC水化热随超细掺合料掺量增加,先增大后减小;复掺质量分数为10%的超细掺合料与质量分数为10%的硅灰制备的UHPC早期收缩量最小,比单掺质量分数为20%的硅灰制备的UHPC低50.92%。

转晶剂与蒸压参数对磷石膏制备α半水石膏的影响

以经盐溶液预处理的磷石膏为原料,以乙二胺四乙酸(EDTA)和顺丁烯二酸酐为复合转晶剂,采用蒸压法制备α半水石膏。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析研究了复合转晶剂掺量、pH、蒸压温度对生成α半水石膏的晶体形貌、物相组成的影响。研究结果表明,复合转晶剂中EDTA的最佳掺量(质量分数)为0.4%、顺丁烯二酸酐的最佳掺量(质量分数)为0.3%,溶液最佳pH为7.5,最佳蒸压温度为140℃。在此条件下制得的α半水石膏结晶形态最好,呈短柱状,长径比接近1∶1。

聚合物包覆改性锰渣应用于复合保温砂浆试验

采用聚合物对水淬锰渣包覆改性,将包覆改性后水淬锰渣与玻化微珠组成复合骨料制备复合保温砂浆。研究了包覆改性溶液对水淬锰渣吸水率的影响,改性锰渣掺量、胶凝材料配合比以及发泡剂掺量对保温砂浆性能的影响;利用SEM分析改性前后锰渣表面形貌的变化和胶凝材料水化产物的形貌。试验结果表明:使用质量比为1∶3的苯丙乳液与有机硅母液作为复合改性溶液时,改性锰渣的吸水率为5.34%,憎水效果最好;复合保温砂浆中,改性锰渣最佳外掺量为75%,锰渣微粉与粉煤灰的最佳比例为4∶1,发泡剂最佳掺量为0.1%,制备的复合保温砂浆28 d抗压强度为1.1 MPa、干密度为436 kg/m^(3)、导热系数为0.079 W/(m·K),符合《无机轻集料砂浆保温系统技术规程》(JGJ 253—2011)中Ⅱ型砂浆的要求。

BaO掺杂对重构钢渣矿物形成及水化活性的影响

针对重构钢渣中C_(2)S矿物早期水化活性不高,在以石灰和铝矾土作为调质组分对钢渣进行物相重构的基础上,选用BaO对重构钢渣的矿物相进一步活化。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)等研究Ba^(2+)的引入对重构钢渣矿物组成和形貌的影响,及其水化放热行为和水化活性。结果表明:引入Ba^(2+)促使重构钢渣矿物中C2S相和铁铝酸盐相的衍射峰增强,晶体发育良好、晶粒排列紧密,同时Ba^(2+)对β-C2S具有稳定作用;胶凝性矿物可固溶部分MgO随着BaO掺量的提高固溶能力增强,重构钢渣中游离氧化镁含量降低;当BaO掺量为4%时,重构钢渣的水化活性最好,28 d的活性指数从91.3%提高到106.8%,此时的抗压强度为50.2 MPa。

聚合物内养护材料对高石粉含量砂浆体积稳定性影响

研究了高吸水高保水可控释水的聚合物内养护材料对高石粉含量机制砂砂浆性能的影响。通过单因素实验,分析了高保水聚合物掺量、吸水程度和石粉含量对砂浆稠度及环式限制收缩等性能的影响规律,并对内养护作用后的样品进行了微观形貌分析。结果表明:当高保水聚合物掺量为15%、吸水程度为100%、石粉含量为14%、稠化粉掺量在0.04%时,砂浆的各项性能较好,砂浆1、3、7 d收缩应变值最小,分别为-28、-41、-84με。