“双碳”战略目标下煤基固废材料的高质化利用与矿山生态修复的战略思考

呼伦贝尔地区具有丰富的煤炭资源,煤矿在开采过程中产生了大量煤基固废材料,不仅造成资源浪费,还对矿区土地资源和生态环境等造成不良影响。因地域和技术等问题,该地区固废物的综合利用率不足10%,未能达到国家生态环境保护标准。本研究在对雁南矿的煤基固废物进行成分分析的基础上,探讨利用煤基固废物进行有价元素回收、生产建材和矿区生态修复等资源化利用技术。

基于PPR建模的固废材料固化戈壁土抗压强度计算模型

为实现固废材料在戈壁土固化中的资源利用,选用工业矿渣粉和粉煤灰组成一种戈壁土固化掺合料,加入碱激发剂激发活性,对其固化戈壁土的抗压强度进行试验研究,采用投影寻踪回归对试验高维数据进行分析,建立固化戈壁土抗压强度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,分析各影响因素与固化戈壁土抗压强度的关系。研究结果表明:该PPR计算模型具有可靠性,各影响因子对抗压强度贡献权重系数顺序为:固化剂掺量>龄期>粉煤灰掺量>碱掺量;仿真计算结果定量描述了各影响因素与固化戈壁土抗压强度的关系;PPR模型较深入地挖掘了固化戈壁土抗压强度高维数据的内在结构,为固废材料固化戈壁土的力学性能研究提供参考。

复合固废材料制备高性能水泥基陶瓷砖胶粘剂性能研究

本研究复合石灰石尾矿、铜矿尾砂两种固废材料替代天然骨料,由废树脂粉替代重钙粉作为填料,加入纤维素纳米晶须等外加剂来辅助改性,同时在制备工艺上改变投料顺序,使其更均匀地混合。试验得出水泥用量为40%~45%,铜矿尾砂在骨料中的比例不超过60%,且加入6%的废树脂粉,再搭配适量的纤维素纳米晶须等外加剂,可以制备出符合《陶瓷砖胶粘剂》JC/T 547-2017中C2T等级的陶瓷砖胶粘剂。

固废材料在国省公路大中修项目中的应用

在科学技术不断发展的过程中,一些固废材料的回收利用问题受到了广泛关注。我国的交通运输事业不断发展,在一些国省公路大修项目中,如果能够采取有效措施,合理利用废物材料,有助于减少天然材料的使用量,也能够进一步节约经济成本。同时废物材料的使用也能够避免,对于周边自然环境产生较为严重的危害,对于提升工程环保水平起到至关重要的作用。以某公路工程的实际情况为具体事例,深入分析在国省公路大修项目中废旧材料的使用情况,指出了废旧材料的具体应用策略,在减少土地资源浪费的同时,极大地提高了国省公路大中修项目的实施质量和效益。

多元固废材料对透水混凝土性能的协同效应

为制备高强绿色生态透水混凝土,分析了非连续粒级粗骨料粒径、水胶比等因素对透水混凝土抗压强度和透水系数的影响,研究了硅灰、粉煤灰、铁尾矿砂等多元固废材料对透水混凝土抗压强度的协同效应及对透水系数的影响。试验得到的最优配合比为:石子1450 kg/m^3、水泥360 kg/m^3、粉煤灰20 kg/m^3、硅灰20 kg/m^3、铁尾矿砂8 kg/m^3、水120 kg/m^3,制得的透水混凝土抗压强度为36.5 MPa,透水系数为10 mm/s。

多元固废材料对混凝土材料性能的协同效应

文章通过制备高强绿色生态透水混凝土试验,分析了非连续粒级粗骨料粒径、水胶比等因素对透水混凝土抗压强度和透水系数的影响,研究了硅灰、粉煤灰、铁尾矿砂等多元固废材料对透水混凝土抗压强度的协同效应及对透水系数的影响。

固废材料磷石膏的工程特性研究

本文从探究磷石膏含水率在不同温度下的变化规律;参考《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)中的试验方法,研究磷石膏的物理力学性质,测定磷石膏的液塑限、最大干密度、最佳含水率、比重等物理参数,开展不同压实度下磷石膏的渗透试验、压缩试验、三轴剪切试验等,对磷石膏的工程特性进行分析评价。结果表明:磷石膏物理力学特性类似于土类,但磷石膏的结构和土不同,磷石膏是规则的板状晶体结构,主要成分是CaSO4·2HO2。总体分析磷石膏是一种良好的工程材料,工程应用中控制和掌握好磷石膏含水率,尽可能的提高磷石膏的压实度,压实度越大,磷石膏的工程性质越好。

CO_(2)养护固废材料体系协同增强机理及进展

本文综述了近年国内外关于CO_(2)养护固废材料体系协同增强机理的研究进展,CO_(2)矿化养护技术运用在各种固废胶凝材料和CO_(2)之间的碳酸化反应和产物沉积过程实现产品力学强度等特性的提升,本文主要从CO_(2)养护技术对固废胶凝材料的影响、CO_(2)养护的现状及进展展开叙述。重点描写了CO_(2)养护对固废胶凝材料的孔隙率、力学性能、耐久性的影响,并最终对CO_(2)养护固废材料体系作出前景和建议阐述。

矿化养护碱激发固废胶凝材料性能与环境影响的综合评价

CO_(2)矿化养护固废胶凝材料可实现固废的多样化、减量化消纳,同时固定封存CO_(2),具有双重减碳效益。为综合考虑材料的力学性能、固碳效果与环境影响,选取抗压强度、固碳率、固碳程度、碳化效率、碳排放和能源消耗为评价指标,设计11组配合比试件进行综合性能的量化分析和评分。结果表明,与标准养护相比,矿化养护碱激发固废胶凝材料的抗压强度和整体固碳效果有显著提升。固废具有优异的减排和降耗优势,但碱激发剂的使用对环境影响较大。当粉煤灰、赤泥和钢渣质量比为7∶2∶1,水固比、碱胶比和水玻璃模数分别为0.28、0.26、1.2时,矿化养护碱激发固废胶凝材料的综合性能最优。CO_(2)矿化养护技术与固废资源化利用相结合可释放巨大的固碳潜能,是推动减污、降碳协同增效的重要举措。

基层用固废基胶凝材料配合比优化设计

为探究采用固体废弃物全部代替水泥用作公路基层胶凝材料的可能性,对不同配合比三掺料(矿渣粉(SP)、粉煤灰(FA)、脱硫石膏(FGD))与四掺料(SP,FA,FGD和钢渣粉(SS))胶砂试件进行了28 d抗压强度(R_(28))试验,分析胶凝材料水化反应机理,构建R_(28)预测模型并求解最佳配合比,根据最佳配合比制作胶砂试件与净浆试件并进行试验。结果显示:三掺料体系中单因素显著性排序为FA>SP,FA与SP存在交互作用,最佳配合比为w(SP)∶w(FA)∶w(FGD)=35∶55∶10;四掺料体系中单因素显著性排序为SP>SS>FA,交互作用显著性排序为(SP+FA)>(FA+SS)>(SP+SS),最佳配合比为w(SP)∶w(FA)∶w(SS)∶w(FGD)=43.8∶24.1∶22.5∶9.6。根据最佳配合比制作的三掺料胶砂试件R_(28)不满足规范要求,四掺料试件所有指标均满足规范要求并优于P·S·A 32.5级水泥,四掺料胶凝材料可替代水泥用于公路基层。

基于固废源高活性粉体材料的3D打印混凝土

选用固废源高活性粉体材料和P·O 42.5级水泥,辅助石英砂骨料和缓凝型聚羧酸系减水剂、纤维素醚、可分散乳胶粉等辅料制备混凝土3D打印材料并进行性能研究。以3D打印材料凝结时间、胶砂流动度和抗压强度作为评价依据,分析各组分对材料性能的影响,结合极差分析确定最优配合比,采用SEM对3D打印材料1 d水化产物进行表征。优化后制备的3D打印材料凝结时间85 min,初始胶砂流动度190 mm,30 min胶砂流动度180 mm,材料1 d抗压强度28.8 MPa,3 d抗压强度49.6 MPa,28 d抗压强度70.2 MPa。所制备的材料其性能满足混凝土3D打印系统施工需求并能保证打印材料30 min左右仍具有较好的可打印性,该3D打印材料成本约为363.6~437元/t。

多元固废基胶凝材料的组成优化及强度形成机理

采用钢渣粉、S95矿粉、粉煤灰和脱硫石膏为原材料,通过单纯形重心方法优化设计制备多元固废胶凝材料,以胶砂抗压、抗折强度试验分析了组成成分对固废胶砂力学性能的影响,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)和热重(thermogravimetric,TG)方法探究了多元固废基胶凝材料强度形成机理。结果表明:多元固废基胶凝材料(SFMD)的最佳掺配比为钢渣粉∶S95矿粉∶粉煤灰∶脱硫石膏=31∶38∶27∶4。多元固废基胶砂试件的力学性能随钢渣粉掺量的增加呈先升高后降低的趋势,S95矿粉对胶砂试件早期强度贡献较大,过量的粉煤灰掺入则不利于胶砂强度的形成。SFMD的红外吸收峰在969 cm^(-1)处出现了C-S-H中Si—O的伸缩振动峰,且SFMD中C-S-H的失重最多,该体系的各组分之间的协同效应较好。此外,脱硫石膏可以促使钢渣粉-S95矿粉-粉煤灰体系的协同水化反应更加彻底,生成提供强度的钙矾石。

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。

低收缩固废基胶凝材料在大霍公路半刚性基层中的规模化推广应用

工业固废材料资源化利用是近年来公路建设绿色发展的热点,甘肃省多个公路建设项目实施了工业固废材料推广应用的试验段,取得了大量研究成果,但在公路工程中规模化推广应用案例较少,究其原因主要是未形成固废材料推广应用的全产业链和质量标准评价体系。G331线大红山至霍勒扎德盖段公路项目建设贯彻国家生态文明战略、践行绿色发展理念,在项目全线100 km沥青路面半刚性基层中应用工业固废材料循环利用技术,创建了低收缩固废基胶凝材料推广应用全产业链,创新拓展了交通建材生产供应多元化体系,达到了固废材料规模化利用与抑制基层早期开裂的双重目标。文章通过对固废胶凝材料在大霍公路推广应用的全产业链应用论述、性能优势对比、效益分析,为固废基胶凝材料在公路工程中的推广应用提供借鉴。

多尺度玄武岩固废混凝土弯曲疲劳寿命试验

通过静载和弯曲疲劳试验对比单掺、复掺不同尺寸玄武岩纤维的混凝土性能差异。基于疲劳试验测试结果,建立弯曲疲劳寿命拟合曲线,并计算混凝土疲劳强度。研究结果表明,多尺度纤维可在混凝土基体内发挥桥联作用,增韧后混凝土平均疲劳寿命提高一个数量级,但相较于无纤维样品流动性下降。

改性固废基多孔颗粒吸附CO_(2)及其解吸抑制煤自燃特性研究

煤矿采空区遗煤自燃灾害频发,严重危害矿井安全生产。为了防治采空区遗煤自燃,本文研究了一种胺改性固废多孔材料,并研究了胺改性固废多孔材料的CO_(2)吸附性能及抑制煤自燃特性。研究结果表明,有机胺改性剂能够成功负载在固废多孔颗粒上,并且在不同有机胺(乙醇胺(MEA)、二乙烯三胺(DETA)、四乙烯五胺(TEPA)、聚乙烯亚胺(PEI))改性多孔颗粒中,四乙烯五胺(TEPA)改性多孔颗粒CO_(2)吸附性能最好。CO_(2)吸附实验结果表明,随着改性剂负载量的增大,CO_(2)吸附量先升高后降低,25℃、1bar条件下,有机胺负载量为20wt%时,吸附量最大达到119.24mg/g;改性剂负载量相同时,CO_(2)吸附量随着温度的升高先增加后降低,70℃时吸附量最高,为128.97 mg/g。程序升温测试结果显示,相较于添加未吸附CO_(2)的改性颗粒,添加吸附CO_(2)的改性颗粒后,煤样的交叉点温度升高了29.2℃,有效降低了煤自燃危险性,温度升高过程中改性颗粒吸附的CO_(2)能够解吸,降低煤颗粒周围的氧浓度,从而抑制采空区遗煤自燃。本文研究对促进工业固废的高效利用、推动采空区煤自燃灾害高效防控技术的发展具有重要意义。

固废基胶凝材料混凝土增强剂的试验研究

针对固废基胶凝材料水化慢,导致混凝土凝结时间长、早期强度低影响施工的问题,研制了固废基胶凝材料混凝土增强剂ZS-10Z,并与市售的早强剂进行了混凝土性能对比试验。结果表明:掺入占胶凝材料质量1.0%的ZS-10Z能显著提高混凝土的3、7、28 d抗压强度,改善混凝土的施工性能,缩短混凝土的凝结时间,同时混凝土的抗碳化性能、抗水渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能明显提高;电通量测试和SEM分析表明,混凝土中掺入ZS-10Z能有效促进固废基胶凝材料的水化进程,生成更多的水化产物,进而提高混凝土结构的密实性。

轻烧MgO对多元固废胶凝材料强度影响研究

为提高矿渣、碱渣、钢渣和脱硫石膏四元固废胶凝材料的强度稳定性,利用设计的试验,分析3%、6%和9%三种轻烧MgO掺量对四元固废基胶凝材料3 d、7 d、14 d和28 d抗压强度和抗折强度的影响,采用X射线衍射(XRD)仪分析生成物的化学组成,采用扫描电镜(SEM)分析内部微观结构。结果表明,胶凝材料中矿渣和钢渣的质量比不同,轻烧MgO掺量对强度影响也不同;钢渣与矿渣比例2∶3,轻烧MgO掺量6%的胶砂试件28 d抗压强度最大。

工业固废胶凝材料对路床稳定土的施工质量影响

为明确工业固废胶凝材料对高速公路路床的影响,将其与水泥对路床土的固定改良作用进行对比研究.结果表明,工业固废早期水化活性低,凝结时间长,掺量为3%时,1 d抗压强度仅0.34 MPa,延迟成型24 h时强度未出现降低,允许施工时间长达24 h,远高于水泥,对路床特别是作为顶层的96-4有充足时间实现精细化施工.28 d无侧限抗压强度可达到2.36 MPa,CBR为156%,保证公路运行过程中具有优于水泥的强度性能.结合实际工程,工业固废胶凝材料用作固化剂时,路床96-4的压实度为97.4%,平整度为10.4 mm,弯沉为84.7(0.01 mm),各项指标满足设计要求,均优于水泥稳定土,为工业固废应用于道路路床施工提供了一定的借鉴意义.

固废基胶凝材料在干旱地区公路基层中的路用性能研究

针对水泥稳定材料引起的基层开裂及缓凝时间短的问题,采用粉煤灰、矿渣粉、脱硫石膏、电石渣为主要原料,配制道路水稳层路用胶凝材料,代替缓凝硅酸盐水泥。结果表明,固废基胶凝材料凝结时间相较水泥延迟了2h,其7d和28d抗折、抗压强度均满足规范要求;固废基稳定混合料14d及28d无侧限抗压强度与水泥稳定混合料7d及28d基本相等,同时28d冻融循环残留强度与30次抗硫酸盐耐腐蚀系数均大于85%,高于水泥稳定材料;固废基稳定混合料90d时试验段贯通裂缝数量4~5条,小于水泥稳定混合料数量的1/7。