矿冶固废制备混凝土配合比优化及耐久性研究

目的:为解决工业固废大量堆存、占用土地造成的环境污染问题,提高工业固废综合利用效率。方法:以钢渣、矿渣、脱硫石膏等工业固废为原材料制备的固废基胶凝材料,与水泥、粉煤灰按照不同比例混合,再以铁尾矿砂、铁尾矿碎石为骨料,制备C30强度等级的低碳混凝土,试验研究了水泥取代率、粉煤灰掺量对低碳混凝土抗压强度的影响,分析了全固废低碳混凝土的耐久性能,并通过XRD、TG-DSC、SEM的手段探究了固废基胶凝材料的水化产物及过程。结果:结果表明:在粉煤灰掺量80 kg/m^(3)的条件下,固废基胶凝材料对水泥的取代率可达50%~70%,固废基胶凝材料完全取代水泥时宜作为单一胶凝材料使用;全固废低碳混凝土具有良好的耐久性能,其抗氯离子渗透性能、抗冻性能均优于普通混凝土。结论:固废基胶凝材料的早期水化进程较慢,其强度发展依赖于AFt和C-S-H凝胶的大量生成,二者相互交织、穿插提高了胶凝体系的密实度和强度。意义与创新性:本文论证了工业固废制备低碳混凝土的可行性,对混凝土绿色低碳发展具有实际指导意义。

固废基胶凝材料的粒度分布与其性能的关联度

以矿渣、钢渣、脱硫石膏、粉煤灰为主要原材料制备了固废基胶凝材料,研究了粉磨时间(5、10、15 min)对固废基胶凝材料比表面积、粒度分布、标准稠度用水量和胶砂抗压强度的影响,并通过灰色关联分析方法探究了固废基胶凝材料的粒度分布与标准稠度用水量和抗压强度之间的关联度。结果表明:随着粉磨时间的增加,固废基胶凝材料的细度、比表面积、标准稠度用水量和胶砂抗压强度均增大;固废基胶凝材料的标准稠度用水量和胶砂的抗压强度均与粒度小于20μm的颗粒含量呈正相关,与粒度大于等于20μm的颗粒含量呈负相关;适当减少粒度10~20μm的颗粒含量或增加粒度20~32μm的颗粒含量,均可在一定程度上降低固废基胶凝材料的标准稠度用水量;增加粒度0~3μm、10~20μm的颗粒含量分别有助于提高胶砂的3 d、28 d抗压强度。

矽卡岩型尾矿机制砂对混凝土性能的影响

利用涞源地区矽卡岩尾矿废石制备机制砂,分析其母岩的岩相和矿物组成,测定机制砂石粉的主要成分。对比石灰岩机制砂,研究了机制砂片状颗粒含量、石粉含量对C30、C50混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。结果表明:片状颗粒和石粉含量的提高均会使机制砂混凝土的工作性能和强度降低;相比于石灰岩机制砂,当片状颗粒相同时,矽卡岩机制砂混凝土强度更高;石粉含量小于8%时,矽卡岩机制砂混凝土的强度较高;对于C30矽卡岩机制砂混凝土,片状颗粒含量的提高会使混凝土的耐久性变差,但一定量的石粉对抗渗、抗冻以及抗氯离子渗透性能具有一定的改善效果。

粘贴钢板或碳纤维布加固受损混凝土梁效果对比试验研究

我国有大量的混凝土结构,在其服役期间由于结构老化、使用功能改变、荷载增加等原因,不可避免地会出现各种损伤,造成安全隐患。拆除重建会造成巨大经济投入和环境污染,因此有必要进行加固处理以提高结构安全性。目前针对钢筋混凝土结构加固的研究大部分是在构件未损伤的情况下进行加固的试验和分析,对损伤混凝土梁的加固研究尚不完善。因此,制作了9根尺寸相同的钢筋混凝土试验梁,按初始荷载大小分为四种损伤程度,研究粘贴钢板或碳纤维布加固受损混凝土梁的效果。研究发现,粘贴钢板或碳纤维布能够提高受损混凝土梁的极限承载力和刚度,粘贴钢板加固的受损混凝土梁极限承载力相对粘贴前提高了37.69%~42.56%,粘贴碳纤维布加固的受损混凝土梁极限承载力相对粘贴前提高了21.96%~40.62%,在混凝土梁损伤严重情况下粘贴钢板加固更有效;不同损伤程度对粘贴钢板加固效果影响不大,对粘贴碳纤维加固效果影响显著。

建筑垃圾综合利用体系及现状

介绍国内外建筑垃圾治理的历史经验和为应对建筑垃圾颁布的法律、出台的政策及发布的标准;分析建筑垃圾资源化利用的研究现获和处理方法,通过在本土化成功应用的实例论证,指出适用于我国的建筑垃圾资源化综合利用的方向;探讨近些年建筑垃圾资源化利用的新理念,为建筑垃圾资源化利用的发展方向提供新思路。

精炼渣基胶结充填材料力学性能研究

为解决邯邢地区冶金渣固体废弃物大量堆存等问题,本文开展了以精炼渣、矿渣、脱硫石膏为主要成分的精炼渣基胶结料试验研究,考察了精炼渣掺量、胶砂比、浓度和温度对充填材料力学性能的影响,运用XRD和TG-DTG表征手段研究了精炼渣及其制备胶凝材料的水化产物。研究结果表明:精炼渣水化产物主要为C4AH_(13)、C_(3)AH_(6)、CH和凝胶类物质;在精炼渣掺量30%、矿渣46%、脱硫石膏24%时,充填试块28 d抗压强度为7.35 MPa,水化产物主要为钙矾石和C—S—H凝胶;调整浓度和胶砂比,精炼渣胶结尾矿充填材料28 d抗压强度可达1.09~8.73 MPa,抗压强度最高可达水泥充填材料的1.53倍,可以满足不同部位充填体的强度要求;养护温度由20℃升高至40℃,充填体3 d、7 d龄期抗压强度分别提高367%、170%。试验结果为精炼渣基胶结料制备全尾砂充填材料提供了数据支撑,降低了充填采矿成本,提高了精炼渣资源利用率。

钼尾矿粉对水泥基材料强度和微观结构影响研究

为减少钼尾矿堆积造成的土地占用、污染环境问题,提高其在建筑领域资源化利用的效率,制备了钼尾矿粉-水泥胶砂试样,从掺量、细度、养护时间、活性贡献率等方面分析了钼尾矿粉对水泥基材料抗压强度的影响,利用XRD和SEM分析了水泥基材料水化产物和微观结构。结果表明:标准养护下,钼尾矿粉掺量与强度呈线性递减关系,掺量不宜超过20%,此时90 d水化活性贡献率4.633%,掺量增加导致硬化浆体中存在大量孔隙,对强度增长不利;钼尾矿粉细度减小,能够提高试样抗压强度和早期活性贡献率,但对后期强度增长不利,适宜粉磨时间为20 min;水泥基材料前期强度增长速度较快,14 d抗压强度发展系数超过80%,后期强度增长逐渐趋于稳定;掺钼尾矿水泥基材料水化产物主要为Ca(OH)_(2)、水化硅酸钙、钙矾石及未反应的尾矿颗粒。

混凝土抗硫酸盐腐蚀剂制备与性能研究

制备了一种混凝土抗硫酸盐腐蚀剂,研究对比添加抗硫酸盐腐蚀剂的混凝土试块和未添加抗硫酸盐腐蚀剂的混凝土试块抗压强度和抗硫酸侵蚀性能。研究结果表明:抗硫酸盐腐蚀剂中含有活性物质,能够促进水化硅酸钙凝胶等水化产物的生成,促进晶体与胶体的联结,从而提高混凝土体系密实度。因此,添加抗硫酸盐腐蚀剂的混凝土抗压强度和抗硫酸侵蚀性高于未添加抗硫酸盐腐蚀剂的混凝土。

尾矿微粉-粉煤灰复合掺合料试验研究与机理分析

为使尾矿资源化利用更加高效、合理,本研究考察了尾矿微粉微粉掺量和细度对水泥胶砂强度的影响。在此基础上,引入粉煤灰与尾矿微粉形成复合掺合料,探究复合掺合料掺量,复合掺合料中尾矿微粉与粉煤灰的比例对水泥胶砂强度的影响。结果显示:在微粉单掺10%以内时,对胶砂强度影响不大,强度基本保持在对比胶砂的90%以上。当掺量大于10%后,强度明显降低,掺量达到30%以上时,试验胶砂各龄期强度降至对比胶砂的70%以下。将粉磨20min的尾矿微粉与粉煤灰按比例混合制成复合掺合料。经试验与微观分析发现,尾矿微粉与粉煤灰比例从1:0变为2:1过程中,强度出现了明显上升,28d龄期胶砂试块C-S-H和钙矾石含量明显增多,Ca(OH)2含量减少。因此,尾矿微粉与粉煤灰的比例应保持在2:1或以下为宜。

凝灰岩型隧道洞砟机制砂混凝土和易性与力学性能研究

利用杭绍台高速公路隧道洞砟,制备凝灰岩型机制砂,分析了机制砂及石粉特性,研究其对砂浆、混凝土流动性与强度的影响,利用条形筛检测机制砂中片状颗粒,探究不同片状颗粒含量对砂浆与混凝土和易性的影响规律,并研究不同砂率对C30与C35混凝土性能的影响。试验结果表明:凝灰岩型机制砂为硅质机制砂,表面的断键导致石粉易团聚,对亚甲蓝值不敏感,需水量大。随着石粉与片状颗粒含量的增加,砂浆与混凝土的流动性与强度不断降低。凝灰岩片状颗粒含量大于石灰岩片状颗粒含量对强度的影响程度,片状颗粒含量对低水胶比砂浆流动性及强度影响幅度大于高水胶比影响幅度。考虑混凝土的工作性和抗压强度,机制砂中石粉含量宜小于8%,片状颗粒含量宜小于10%,选定C30的砂率为43%,C35的砂率为41%。

高性能混凝土早期抗裂性能及力学性能研究

本研究在考察混凝土中不同的含气量、纤维掺量和粉煤灰掺量对其早期抗裂性能的影响的前提下,同时探究了以这三种变量对强度的影响大小,结果显示:在所考察的水平范围内,三种因素均对混凝土早期抗裂性能具有不同程度的提升作用。随着含气量的增加,体系抗压强度只出现略微降低;纤维的掺入对混凝土早期抗裂性能具有显著提升作用,当纤维掺量达到0.1%时,C30和C60混凝土平均开裂面积均为6.6mm^(2),而对抗压强度并未造成明显影响;掺入粉煤灰后,C45混凝土平均开裂面积明显降低,且粉煤灰掺量与平均开裂面积的关系符合一次函数,与裂缝最大宽度的关系符合二次函数。当掺量为30%时,平均开裂面积降至7.0mm^(2),强度经养护28d后与不掺粉煤灰的混凝土基本持平。因此,以上三种因素对于混凝土体系综合性能的提升具有显著的效果。

石英岩型铁尾矿机制砂中石粉的吸附特性及机理

本工作分析了石英岩型铁尾矿机制砂中石粉的特性,考察其对砂浆与混凝土流动度的影响,建立了石粉吸附动力学方程与吸附模型,利用Zeta电位与红外测试方法,揭示了减水剂在石粉表面的吸附方式,并阐述了石粉吸附减水剂的过程与机理。结果表明,石粉中存在链状、层状、架状硅酸盐矿物成分,减水剂在矿物中存在三种吸附方式:离子键作用吸附、石粉表面的钙离子起到桥接作用吸附、表面氢键作用吸附。长石与减水剂的表面吸附最为明显。在低浓度减水剂溶液中,吸附速率满足准二级反应动力学方程,吸附速率排序为:水泥与蒸馏水>石粉与蒸馏水>石粉与水泥过滤液。石粉对减水剂的吸附为单分子吸附,符合Langmuir吸附模型,减水剂在粉体颗粒表面的最大及饱和吸附量顺序与吸附速率相反,石粉对减水剂的吸附强于水泥对减水剂的吸附,在碱性溶液中石粉吸附点活性与数量变大,导致石粉对减水剂的吸附数量增加,吸附作用力增大。

聚合物改性结构修补材料设计及性能研究

利用实验室新开发的聚合物乳液,通过正交试验对比不同水胶比、乳液及乳液掺量对修补砂浆工作、力学性能的影响。并通过空白对照、XRD和SEM试验,分析了乳液对修补砂浆的改性效果及增韧的作用机理。研究结果表明,改性丙烯酸树脂乳液较聚丙烯酸酯乳液及环氧树脂乳液对修补砂浆工作及力学性能更有利。正交试验得到的乳液改性修补砂浆初始流动度达335mm, 28min可初凝,4h抗压强度达到43.8MPa、抗折强度达到6.3MPa,后期强度稳定增长,28d抗压强度达到83.5MPa、抗折强度达到23MPa。同时正交试验得到的修补砂浆较不加乳液时抗冲击和耐磨性能分别提高16.5倍和29.3%,且早期收缩更小。XRD和SEM试验分析结果表明,聚合物乳液失水凝聚在砂浆内部形成了区域连续的空间网状结构,这种结构有效分散了砂浆内部的应力集中,增强了砂浆的韧性,提高了砂浆的力学性能。

尾矿砂高性能混凝土力学性能的研究

为研究不同岩质机制砂片状颗粒、水胶比、石粉含量对混凝土力学性能的影响,文中以凝灰岩和石灰岩作为研究对象,采用室内试验方法,对比分析不同水胶比、片状含量、石粉含量对混凝土抗压、抗折强度、流动度、坍落度的影响。研究结果表明,片状颗粒使拌合物粘滞力增大,流变性能变差,坍落度降低;随着片状颗粒的增加,砂浆的抗折与抗压强度不断下降;0.45与0.5两种不同的水胶比相比,水胶比为0.45具有更高的强度;在石粉掺量为10%与12%时对混凝土3d、7d、28d强度的影响最大,混凝土强度值达到最大。因此,适当的配合比对机制砂的应用起到关键作用。研究成果可为铁尾矿资源的推广应用提供一定理论支撑。

不同岩性尾矿砂混凝土性能的研究

分析超贫钒钛磁铁矿、片麻岩、矽卡岩的尾矿砂成分,研究分析不同岩性尾矿砂混凝土的抗压强度、抗渗性能、抗冻性能、碳化性能。试验结果表明:不同岩性尾矿石粉在体系中可能充当胶结的作用,可提高混凝土抗压强度;试验对比了抗氯离子试验,得出超贫钒钛磁铁矿砂混凝土的抗氯离子渗透性能最优;C30强度等级的各组混凝土可满足F150抗冻等级的要求,C50强度等级的各组混凝抗冻等级可达到F300的要求;不同岩性尾矿砂混凝土试件的碳化深度主要受微孔结构密实程度的影响,只要配制的混凝土级配合理、密实度良好,一般细集料对混凝土碳化性能没有影响。研究成果可为不同岩性尾矿砂混凝土的深入研究和实际工程应用提供参考。

再生轻骨料混凝土的单轴力学性能测试方法分析

随着社会经济的快速发展,能源短缺和环境恶化已成为当今人类面临的两大难题。生态环境是人类生存和发展的根基,保护生态环境是全球面临的共同挑战和共同责任。而水泥、砂子、水、钢材作为建筑行业的主要原材料,每年消耗量非常巨大。中国住房和城乡建设部的统计数据显示,在全球范围内,有超过40%的能源消耗和21%的温室气体排放来源于建筑业。探索并建立节能、生态、低碳、可持续发展、以人为本的发展模式具有较大意义。本文分析了再生轻骨料研究现状,研究了其单轴力学性能测试方法,以期指导实践,促进再生轻骨料混凝土应用推广。

含钢渣的低熟料混凝土耐久性及水化机理研究

研究了不同钢渣掺量对C40低熟料胶凝材料混凝土的碳化、电通量、抗冻等耐久性的影响,结果表明,钢渣掺量为15%时,混凝土碳化深度最小,抗碳化等级为T-Ⅳ;抗氯离子渗透和抗冻性能在钢渣掺量为10%时最佳,分别达到Q-Ⅴ和F275等级。采用XRD、IR和SEM等手段分析了10%钢渣掺量的低熟料胶凝材料水化机理,结果表明,胶凝体系主要水化产物是水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt);水泥熟料和钢渣先后水化,产生的OH-维持体系的碱性环境,使矿渣中的硅(铝)氧四面体逐渐解离,在SO42-的共同作用下形成C-S-H凝胶和AFt;矿渣和钢渣的水化相互促进,使胶凝体系在后期仍然产生大量水化产物,为混凝土后期强度和密实度的提高起到了重要作用。