硫酸盐含量对全固废材料固化盐渍土抗压强度的影响

为探讨硫酸盐含量对全固废材料固化盐渍土抗压强度及微观结构的影响,采用击实试验和无侧限抗压强度试验,并结合扫描电镜、EDS、X射线衍射和热重分析等微观测试结果,从固化盐渍土的火山灰反应产物及其数量等角度分析含盐量对固化盐渍土抗压强度变化的影响。结果表明:硫酸盐含量低于2.7%时,固化盐渍土抗压强度随含盐量的增加呈先增大后减小,抗压强度峰值对应的含盐量为1.8%;固化盐渍土的火山灰反应产物主要为C-S-H和AFt,硫酸盐含量从0.3%增至1.8%时,反应产物明显增多,致使固化土抗压强度增大;但当硫酸盐含量从1.8%增至2.7%时,膨胀性AFt将试件内部孔隙完全填充并产生胀裂破坏,造成抗压强度降低。研究成果为全固废材料固化硫酸盐渍土的工程应用奠定了基础,对环境保护也有积极贡献。

基于PPR全固废胶凝砂砾石筑坝材料抗压强度计算模型

为实现全固废材料在胶凝砂砾石坝中的资源利用,选用电石渣、脱硫石膏和矿渣组成一种全固废胶凝砂砾石筑坝材料,对其28 d抗压强度进行试验研究。采用投影寻踪回归(PPR)对试验数据进行分析,建立28d抗压强度PPR计算模型,验证了模型的精度和稳定性,最后采用该模型进行仿真计算,探索各影响因素与抗压强度的关系。研究结果表明:该PPR计算模型具有较高精度和较好的稳定性;各影响因子对抗压强度贡献权重系数按大小排序为矿渣掺量、脱硫石膏掺量、电石渣掺量;仿真计算结果定量描述了各影响因素与全固废胶凝砂砾石筑坝材料抗压强度间的关系,可为全固废胶凝砂砾石筑坝材料的力学性能研究提供参考。

基于PPR建模的全固废材料固化盐渍土抗压强度计算模型

为了实现全固废材料在盐渍土固化中的资源利用,选用电石渣、粉煤灰和矿渣组成一种盐渍土固化剂,对其固化盐渍土的28 d抗压强度进行试验研究,采用投影寻踪回归(PPR)对试验高维数据进行分析,建立28 d抗压强度PPR计算模型,验证了模型的精度和稳定性,最后采用该模型进行仿真计算,探索各影响因素与固化盐渍土抗压强度的关系。研究结果表明:该PPR计算模型具有较高精度和较好的稳定性,各影响因子对抗压强度贡献权重系数顺序为火山灰质材料掺量>矿渣占比>硫酸盐含量>电石渣掺量;仿真计算结果定量描述了各影响因素与固化盐渍土抗压强度间的关系;PPR模型较深入地挖掘了固化盐渍土抗压强度高维数据的内在结构,为全固废材料固化盐渍土的力学性能研究提供参考。

基于均匀试验与智能算法的全固废充填胶凝材料制备

为了制备满足矿山要求的超细尾砂全固废充填胶凝材料,基于均匀设计方案,开展了全固废充填胶凝材料激发剂配比的胶结体强度试验,结果表明,矿渣粉配比量为全尾砂胶结充填体7 d及28 d抗压强度的主要影响因素,脱硫石膏配比量对充填体7 d抗压强度影响较大,而钢渣配比量影响28 d抗压强度。建立了胶凝材料配比优化模型,利用智能算法的全局寻优,获得低成本全固废充填胶凝材料最优配比为:脱硫石膏20%、钢渣微粉33%、粉煤灰25%、矿渣微粉22%,材料成本为34.92元/m^3;根据该配比进行了室内制备试验,结果显示,充填体7 d和28 d抗压强度分别达到1.38 MPa和3.56 MPa,并且随着反应龄期增加,该材料体系中C-S-H凝胶和钙矾石的质量损失从3.64%增加到8.7%,充填体强度呈增加趋势。采用该方法制备的胶凝材料能满足矿山要求。

基于正交试验的全固废复合胶凝材料固化盐渍土的力学性能

为研究全固废复合胶凝材料在固化硫酸盐渍土中的应用,采用正交试验方法对全固废复合胶凝材料固化盐渍土的无侧限抗压强度进行试验,探讨各影响因素对全固废复合胶凝材料固化盐渍土力学性能的影响,并运用扫描电子显微镜scanning electron microscope、热重分析等微观分析方法,对不同矿渣占比的固化盐渍土微观形貌和水化产物进行分析。结果表明:全固废复合胶凝材料固化盐渍土的力学强度较天然盐渍土有显著提高;对养护28 d龄期的正交试验无侧限抗压强度结果进行极差、方差和二阶混合料规范多项式分析可知,固化盐渍土无侧限抗压强度与火山灰质材料掺量、矿渣占比呈正相关性,与电石渣掺量呈负相关性,无侧限抗压强度计算模型与实测值具有较好的一致性;由微观分析可知随着矿渣占比的增加,养护28 d龄期的固化盐渍土试件内水化产物逐渐增多,试件内大孔隙含量逐渐减少,进而使得固化盐渍土无侧限抗压强度随矿渣掺量的增加而增大。

钒钛矿渣制备全固废胶凝材料的初步研究

为大宗利用钒钛冶金渣,减少废弃物堆存及资源浪费。现利用承德钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏制备全固废胶凝材料,研究不同钒钛矿渣掺量、不同养护温度对胶砂试块抗压强度的影响,阐述钒钛矿渣-钢渣基胶凝材料的水化机理。结果表明:当水胶比为0.38,钒钛矿渣、钢渣、脱硫石膏分别占胶凝材料的58%、30%、12%时,制备的胶砂试块抗压强度最高。养护温度对胶砂试块早期抗压强度有明显影响,养护温度30℃时胶砂试块3 d抗压强度为养护温度45℃时3 d抗压强度的1.85倍。XRD、SEM、IR等分析表明:水化产物主要为钙矾石(AFt)和C-S-H凝胶;随着水化反应的进行,水化产物不断增多,C-S-H凝胶与AFt交错生长,结构致密,从而保证了胶砂试块抗压强度的增长。

全固废充填材料在高海拔寒区矿山应用研究

为了解决高寒高海拔地区矿山尾矿处置成本高、处置率低带来的安全和环境问题,研究了“钢渣—矿渣—脱硫石膏—精炼渣”四元固废充填材料在高海拔寒区矿山的适用性。以西藏某铜矿充填采矿为案例,通过实验研究全固废充填材料低温下固结的技术可行性,通过分析原料成本、运输成本、环境收益和充填工艺成本等估算经济可行性。研究结果表明,全固废充填材料5℃条件下养护28 d的单轴抗压强度可达1.22~1.46 MPa,塌落度达到192~225 mm,满足高寒高海拔地区矿山充填需求;全固废胶凝材料成本为193元/t,运输成本210元/t,环境效益106元/t。在胶砂比18情况下,采用全固废胶凝材料进行尾砂处置的成本可达50元/t,是水泥处置尾砂成本的1/3。首次研究了“钢渣-矿渣-脱硫石膏-精炼渣”四元固废基胶凝体系在高寒地区矿山充填的应用,研究成果可为降低高海拔寒区尾砂处置成本提供指导。

海水浸泡下全固废胶凝材料的试验研究

为了促进钢铁冶金渣与化工废渣的高值化利用,以钢渣、矿渣、碱渣、脱硫石膏为原材料,通过活性激发剂与全固废材料间的组合协同作用制备海洋牧场人工鱼礁胶凝材料。胶凝材料中钢渣掺量为16%(质量分数,下同),矿渣为64%,碱渣为8%,脱硫石膏为12%,胶砂试块28 d抗压强度为52.6 MPa,在某些场合具有取代硅酸盐水泥的潜力。研究了东海海水条件下净浆试块浸泡15个月龄期内,钢渣与矿渣掺比对净浆试块抗压强度发展的影响,通过XRD、SEM、MIP等表征方法研究了全固废胶凝材料体系的水化产物。结果表明:钢渣和矿渣之间具有协同水化作用,其水化产物主要为钙矾石(AFt)、C-S-H凝胶和Friedel盐(FS),非晶态的C-S-H凝胶将针棒状的AFt与FS紧密结合在一起,这是整个体系强度的主要来源。本研究为大宗固废的妥善安置提供了科学依据。

全固废胶凝材料固化铅的试验研究

以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了胶凝材料组成和铅离子质量浓度对胶凝材料固铅效果的影响,并利用XRD、TG-DSC和SEM对固铅胶凝材料的水化产物进行分析。结果表明,在钢渣掺量不超过30%,铅离子质量分数不高于0.5%时,胶凝材料固铅试样28 d龄期铅浸出质量浓度低于地下水环境质量标准(GB/T 14848-93)Ⅲ类水0.05 mg/L的限值。XRD、TG-DSC和SEM分析结果表明,全固废胶凝材料试样中不仅钙矾石含量较高,硅氧四面体链接也较为复杂,存在类沸石相结构,这是其固铅性能好的原因。

冶金渣全固废胶材在混凝土中的性能研究

文中通过调整胶凝材料配比中的钢渣掺量,配制不同强度等级的固废基高性能混凝土(C30、C40、C50),研究不同钢渣掺量对混凝土性能的影响。试验结果证明,固废基混凝土钢渣掺量在10%~15%时,混凝土的工作性能及力学性能较好;钢渣掺量15%时,抗碳化性能最佳达到T-IV等级;钢渣掺量10%时,抗氯离子渗透和抗冻性能最佳,分别达到Q-V和F275等级。

全固废多孔吸声材料的制备及性能研究

以粉煤灰、电石渣、脱硫石膏等大宗工业固废为主要原料,以铝粉为发泡剂,采用化学发泡耦合机械造孔法制备了全固废多孔吸声材料,研究了铝粉掺量、机械造孔深度、造孔孔径、空腔对多孔材料吸声性能的影响效果及机制。结果表明,通过机械造孔、设置空腔等方式明显增强了全固废多孔吸声材料的吸声性能,当铝粉掺量为0.4%、机械造孔深度为4.0 cm、造孔孔径为3 mm、造孔率为5%、空腔为1 cm时,全固废多孔吸声材料的降噪系数达到0.532。全固废多孔吸声材料中不仅具有丰富的孔结构,而且材料内壁上丰富的叶片状水化产物增加了孔壁与孔内空气的摩擦,加快了声能到热能的转化速率,增强了材料的吸声性能。

激发剂对复合胶凝材料微观结构和性能的影响

比较NaOH、NaOH+Na_(2)SiO_(3)溶液、NaOH+纳米二氧化硅溶液3种碱激发剂对碱活化磷渣基复合胶凝材料(AAPGF)性能的影响规律。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和红外光谱测试(FTIR)等手段,研究了AAPGF的流动性、凝结时间、力学性能、水化产物形貌等变化。结果表明,不同的激发剂对胶凝材料的性能产生不同的影响。NaOH溶液作为激发剂,胶凝材料凝结时间最长。NaOH+Na_(2)SO_(3)溶液作为激发剂时,胶凝材料能够获得较高的强度,28 d抗压强度达到72.7 MPa。NaOH+纳米二氧化硅溶液作激发剂时,抗折强度最高,28 d抗折强度可达12.11 MPa。在3种激发剂激发下的水化产物均以水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)为主。NaOH+纳米二氧化硅(NS)溶液中NS不仅能够提供活性物质,而且能够产生微填充效应。

首钢水钢固废基胶凝材料的生产及应用实践

使用高炉水渣;转炉钢渣和脱硫石膏混合粉磨生产的全固废基胶凝材料可替代硅酸盐水泥应用于混凝土道路。不仅为水钢冶金渣固废的消纳提供有效的途径,而且契合国家双碳政策的发展目标,为全固废基胶凝材料的应用拓展奠定了良好的生产基础。生产实践表明:高炉水渣60%;转炉钢渣30%;脱磷石膏10%,全固废凝胶材料的28d抗压强度最高达到37.3 MPa;制备C20级全固废基胶材混凝土,水胶比为0.42,28d强度达到20.2 MPa;全固废基胶材混凝土应用在厂区道路改善方面取得良好的实践成效。

全固废碱激发胶凝材料在止水帷幕中的应用研究

为减缓生产水泥带来的资源和能源的高消耗和环境污染等问题,采用电石渣、矿渣制备全固废碱激发胶凝材料全替代水泥,开展旋喷桩止水帷幕施工试验,研究不同配比的全固废胶凝材料的施工性、透水性以及强度特性,并与水泥对比。结果表明:相比于水泥的施工,全固废碱激发胶凝材料在施工中须加大喷嘴直径、保持原状电石渣含水率以防止堵管的发生;施工后通过开挖基坑察验均无渗漏情况,符合设计要求,且使用全固废碱激发胶凝材料施工的旋喷桩止水帷幕渗透系数略小于水泥止水帷幕;电石渣与矿渣按照2∶1配比等量替代水泥施工的止水帷幕其强度小于水泥止水帷幕,但当电石渣与矿渣为1∶1时,全固废碱激发胶凝材料旋喷桩止水帷幕的早期强度略高于水泥止水帷幕,后期强度则远高于水泥止水帷幕。