钢渣-矿渣基胶凝材料的协同水化机理

通过胶砂强度试验及X射线衍射仪(XRD)、热失重分析(TG-DTG)、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)等微观测试技术,对不同配合比钢渣-矿渣基胶凝材料的力学性能、水化产物及其水化硬化过程进行了研究.结果表明:当胶凝材料的n(CaO+MgO)/n(SiO2+Al2O3)=0.90时,其水化后期有较多的水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶生成,微观结构更加致密,力学性能表现最优,28 d抗压强度和抗折强度分别达到20.20、7.25 MPa;pH值的变化反映出协同水化效应的关键在于钢渣活性矿物的溶解和矿渣的二次火山灰反应,钢渣和矿渣的最佳配合比可以保证水化程度有较高的水平.

矿渣粉与超细铁尾矿粉在无熟料固结体中的协同水化机制

超细铁尾矿粉表面非晶态铝硅酸盐矿物成分具有水化活性,能够形成较高强度的无熟料固结体,但存在早期水化速率快、后期强度低的缺点。本工作考察了掺入矿渣粉对超细铁尾矿基无熟料固结体微观结构及强度的影响,分析了硬化浆体中水化产物的形貌、种类及含量的差异,并研究了二者在无熟料固结过程中的协同水化硬化机制。结果表明:磨细铁尾矿粉和矿渣粉质量比在1∶1时无熟料固结体28 d可以获得78 MPa以上的强度,XRD、TG-DSC分析结果及SEM微观形貌显示铁尾矿粉和矿渣粉的水化产物一致,均为铝掺杂水化硅酸钙(C-(A)-S-H)和钙矾石(AFt),固结体中AFt的生成量早期与矿渣粉的比例呈正相关关系,后期受体系中SO_(3)含量的控制,固结体的线性膨胀率与AFt含量呈正相关关系,矿渣粉和铁尾矿粉复配可以明显改善试样硬化体的孔结构,二者比例在1∶1时孔径分布最优。本研究证实了矿渣粉与超细铁尾矿粉在无熟料固结过程中有明显的水化协同效应,超细铁尾矿粉表面非晶态成分的早期水化产物对硬化浆体早期起到固结和填充效应,矿渣粉的持续水化补充了后期新的水化产物,二者在水化过程中的协同机制增加了体系中水化产物的生成量,改善了浆体的孔结构,提高了密实度,使固结体获得较高的力学性能和体积稳定性。

协同水化制备水硬性材料及其水化产物的研究

按钢渣、矿渣和粉煤灰以5∶3∶2的比例组成复合废渣,在改性水玻璃等激发剂的协同作用下,制备得到的浆体28 d抗压强度高达53.56 MPa,凝结时间及安定性均合格。通过X射线衍射(XRD)分析、电子扫描电镜(SEM)形貌观察等对浆体中的水化产物进行分析,结果表明,在协同水化作用下,水化产物中存在网络状的水化硅酸钙(C-S-H)。

熟料-硅锰渣-石灰石复合胶凝材料水化特性研究

发展低熟料高标号胶凝材料是水泥工业碳达峰目标达成的有效途径之一,但对水泥混合材特性利用及多种混合材协同作用也提出了更高要求。本文以四川地区工业固废硅锰渣和地域资源丰富的石灰石为主要混合材,配制了熟料-硅锰渣-石灰石复合胶凝材料,研究了复合胶凝材料性能及水化特性。研究结果表明,熟料-硅锰渣-石灰石复合胶凝材料工作性良好,后期力学性能增强,且石灰石粉的成核诱导水化效应可有效改善单独使用硅锰渣胶凝材料体系凝结时间延长和早期强度过低问题。复合胶凝材料体系中,石灰石粉的早期成核诱导水化效应和硅锰渣后期水化活性均能得到充分发挥。此外,硅锰渣和石灰石粉能够协同参与胶凝材料体系水化,消耗铝相生成水化碳铝酸盐相,增加水化产物总量,同时也能阻止AFt向AFm转变,有利于体系力学性能稳定提升。

免蒸养混凝土用胶凝材料的性能研究

将促强减缩剂与普通硅酸盐水泥组成复合胶凝体系,表征复合胶凝材料的凝结时间和其在不同水灰比时的强度变化,通过XRD、压汞法、SEM和水化热等测试方法研究复合胶凝体系的水化机理。结果表明:促强减缩剂的掺入可以促进硅酸盐水泥的凝结硬化,提高复合体系的水化速率,促进C_(3)S的水化程度,增加水化产物中AFt的生成,使结构更加紧密。在水灰比为0.3条件下,当促强减缩剂掺量为25%时,混凝土的8 h强度最高,为23.3 MPa;当促强减缩剂掺量为10%时,混凝土的28 d强度最高,为87.3 MPa。

硅酸盐-硫铝酸盐水泥基钻孔护壁堵漏材料的研制

针对复杂地层钻探护壁堵漏技术难题,研制了一种硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料。首先,分别对掺加外加剂的硅酸盐复合水泥、硫铝酸盐水泥的主要技术指标进行试验研究;在此基础上,按不同比例对两种不同系列的水泥进行复合,对复合浆液的流动度、可泵期、凝结时间以及强度等主要技术指标开展试验研究;并结合水化热与扫描电镜分析对其水化硬化过程进行探讨,揭示硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥的水化协同效应。研究成果表明,利用硅酸盐-硫铝酸盐水泥水化协同效应可为解决松散破碎、陡倾宽缝以及动水冲蚀等复杂地层的护壁堵漏技术难题提供新的思路和解决方案。

利用工业废渣制备绿色胶凝材料的研究

钢渣、矿渣和粉煤灰按特定的比例组成复合废渣,和改性水玻璃等激发剂发生协同水化作用,通过砂浆实验制备得到的浆体抗压强度和抗折强度均较好,凝结时间及安定性均合格,具有较好的抗硫酸盐腐蚀性能,对环境无危害性。

低密度复合水泥基煤层气井固井材料研究

采用理论分析与试验研究相结合的方法,系统地开展了低密度复合水泥基固井材料研究。首先,分析了煤层气井固井的特点以及常用的低密度固井水泥浆体系,提出了基于油井水泥与硫铝酸盐复合的“水化协同效应”,采用空心玻璃微珠为减轻剂、葡萄糖酸钠为缓凝剂,进而研发低密度复合水泥基固井材料的新思路;然后,按不同比例对油井水泥与硫铝酸盐水泥进行复合,研究复合浆液的流动性、凝结时间、可泵期、抗压强度等基本性能,确定复合水泥浆液基础配方。在此基础上,分析不同加量的空心玻璃微珠及葡萄糖酸钠对基础配方性能的影响,进而研制获得适于煤层气固井的低密度复合水泥基固井材料优化配方。最后,对优化配方的主要性能进行评价。结果表明,所研究的低密度复合水泥基固井材料具有浆液密度较低、流动性好、凝结时间可控、快硬早强、绿色环保等特点。