新型氟石膏基充填材料性能及水化机理研究

目的针对矿山充填材料成本高,工业固废堆积占地等问题,研制了一种含工业固废的新型矿山充填材料。方法用氟石膏和粉煤灰代替水泥作为胶凝材料,通过正交实验法探究氟石膏基充填材料的最优配比,并对其力学特性、水化产物、水化作用机理和微观结构进行研究。结果结果表明,最优配比材料充填体的1,7,28 d强度分别可以达到1.41,4.11,6.47 MPa,可满足矿山充填基本要求;膏体坍落度、扩散度、泌水率分别为22.7 cm,42.6 cm,2.58%,膏体流动性较好,便于运输。氟石膏含量、粉煤灰含量和浆料浓度为材料配比中的3个变量因素,其中对充填体1 d强度影响最大的因素为浆料浓度,对充填体7,28 d强度和泌水率影响最大的因素为粉煤灰含量,对膏体坍落度和扩散度影响最大的因素为氟石膏含量。充填体的单轴破坏形式为剪切破坏,破坏后内聚力和内摩擦角分别为2.02 MPa,32.6°。水化产物包含钙矾石、二水硫酸钙和水化硅酸钙凝胶,水化过程中氟石膏固结体由无水相转化为二水相,其中钙矾石和水化硅酸钙凝胶的增多会形成致密结构,有利于提升充填体抗压强度。结论用氟石膏和粉煤灰替代水泥制备的充填材料具备可行性,且成本较低,固废用量占比90%以上,有显著的经济效益,应用前景广阔。

氟石膏和熟石灰碳化养护力学性能的研究

氟石膏是干法氟化铝或湿法氢氟酸生产的过程中排放的废渣,其主要成分是CaSO_(4)。为综合利用氟石膏,研究利用熟石灰和快速碳化养护去增强氟石膏的抗压强度和软化系数。采用DTA-TG、XRD和SEM-EDS对比分析了在不同氟石膏和熟石灰比例、不同水料比时,复合材料体系硬化后的性状。研究结果表明,当水料比为0.1,随着熟石灰掺量的增加,复合材料抗压强度由原来(未掺加熟石灰)的2.4 MPa增大到22.4 MPa。XRD、DTA-TG和SEM-EDS的测试结果表明,复合材料反应产物为二水石膏和碳酸钙,当熟石灰掺量为50%和70%时,碳酸钙的含量相对较高。熟石灰激发及快速碳化养护的协同作用下,氟石膏的力学强度及耐水性均得到提高,这为石膏基建筑材料的生产和研究具有较好的指导意义。

氟石膏对高水充填材料性能的影响

充填开采是实现矿山绿色开发的重要途径,其中高水充填材料由于凝结时间短等优点,得到了广泛应用。该材料中40%的原料是天然硬石膏,主要组成是无水硫酸钙(CaSO4)。氟石膏是生产氢氟酸产生的工业固废,其主要组成是II型CaSO4,为探究氟石膏(F1,石灰掺量3%;F2,石灰掺量5%)对高水充填材料性能的影响,研究在不同试验水温下水胶比(质量比)为3∶1时,氟石膏掺量对高水充填材料凝结时间及1、7和28 d抗压强度的影响,同时通过XRD、SEM和TG-DTA研究其水化机理。结果表明在不同试验水温下,随着氟石膏掺量的增加,高水充填材料的凝结时间逐渐增加。随着F1掺量的增加,低掺量对高水充填材料不同龄期的抗压强度影响较小,其掺量高于20%时,高水充填材料1、7和28 d的抗压强度是逐渐减小的;随着F2掺量的增加,高水充填材料1、7和28 d的抗压强度是逐渐增加的,在不同龄期,与空白组相比,F2掺量80%,其抗压强度最大增长率为29.7%。微观分析得出高水充填材料的水化产物主要有AFt,Al(OH)3(gel)和CaSO4·2H2O,水化1 d后,F2组(F2掺量80%)的水化速率快、AFt生成量最大,空白组水化速率最小,AFt生成量最小;水化28 d后,3组的AFt生成量相当。同时,基于高水充填材料的水化动力学,分析了氟石膏对高水充填材料水化过程的影响,得出氟石膏可以取代高水充填材料体系中的天然硬石膏,应用于高水充填材料体系。

不同石膏基钙质膨胀剂对砂浆性能的影响及其作用机理分析

选用硬石膏(YG)、氟石膏(FG)和磷石膏(PG)与钙质膨胀熟料(AC)以不同比例复配,探究不同石膏基膨胀剂对砂浆膨胀性能及力学性能的影响,并分析其作用机理。结果表明:40%YG与50%AC复配时,胶砂试件限制膨胀率达到最大,为6.4×10^(-4);FG相较于YG具有更优的膨胀效果,40%FG与40%AC复配条件下,胶砂7 d限制膨胀率可达5.5×10^(-4);PG具有最好的膨胀效果,AC占比50%,PG占比30%、35%、40%对应的7 d限制膨胀率分别为6.5×10^(-4)、6.3×10^(-4)、7.3×10^(-4)。磷石膏基膨胀剂会使水泥水化更加充分,水泥浆体含有大量相互牵连交错的钙矾石,起到增大试件体积的作用,在提高砂浆限制膨胀率的同时不影响试件后期力学性能发展。

粉煤灰-氟石膏-水泥复合胶凝材料性能的深入研究

研究得出了使粉煤灰-氟石膏-水泥复合胶凝材料(FFC胶凝材料)强度达到较大值的氟石膏、粉煤灰和水泥之间的较佳用量比例关系.结果表明:随氟石膏用量的增加,FFC胶凝材料的干缩变小;FFC胶凝材料具有良好的体积安定性;当水泥和粉煤灰用量相等时,FFC胶凝材料的强度大于粉煤灰-磷石膏-水泥复合胶凝材料(FPC胶凝材料)的强度.

粉煤灰-氟石膏-水泥复合胶凝材料性能的研究

用粉煤灰、氟石膏和水泥配制成了一种新型的水硬性胶凝材料——粉煤灰-氟石膏-水泥复合胶凝材料.其中,水泥掺量可以少于15%(质量分数,下同),而粉煤灰和氟石膏掺量可多于85%.试验结果表明:尽管氟石膏的掺量很大,但该胶凝材料具有良好的体积安定性;这种胶凝材料不仅成本低廉,而且是一种环保型材料,值得推广应用.

氟石膏-粉煤灰胶结材早期强度的改性研究

研究了水泥用量、水胶比及激发剂等因素对氟石膏-粉煤灰胶结材(FFC)早期及28d抗压强度的影响;结合SEM结果分析,讨论了激发剂的作用机理,并提出了改善FFC早期强度的有效措施。研究结果表明:增大FFC中的水泥用量,可以提高其3d抗压强度,但水泥用量超过一定值后,将降低FFC的28d抗压强度,且氟石膏含量越大,降低的幅度越大;降低水胶比可以提高FFC的密实度和抗压强度,但因为不增加早期时的水化产物,因此,对早期强度的提高作用较小;添加激发剂可以增加水化初期FFC浆体中Al3+和SO42-的浓度,利于钙矾石的生成、氟石膏的水化及二水石膏的析晶,显著增加水化产物,使FFC的1,3和7d抗压强度分别提高470%,81%和190%,且28d强度仍较对比组高22.6%。

水泥基大用量粉煤灰、氟石膏胶凝材料的研制

用水泥、粉煤灰和氟石膏配制出了水泥基大用量粉煤灰、氟石膏胶凝材料(简称CBFF胶凝材料),并对CBFF胶凝材料的最优配比、水化过程和产物、硬化条件、体积安定性、干缩进行了研究。CBFF胶凝材料是一种值得推广应用的低成本、环保型材料。

玉米秸秆增强氟石膏纸面石膏板研制

以氟石膏为原料、玉米秸秆纤维为增强材料,来生产纸面石膏板。研究了制品的性能与机械化生产流程。通过添加复合激发剂激发氟石膏活性,并利用SEM分析了改性后氟石膏结晶后的形貌,研究了纤维表面的处理及掺加工艺对制品性能的影响。结果表明,用先掺法加入1.5%处理后的玉米秸秆纤维,制品的抗折、抗压强度均有一定程度的提高。

氟石膏基材料胶凝性能和浸出毒性

利用矿渣和少量熟料对氟石膏进行改性,制备出一种高氟石膏掺量的氟石膏基水硬性胶凝材料,研究了氟石膏基水硬性胶凝材料胶凝性能和胶砂块浸出液毒性,并通过XRD、FT-IR和SEM对净浆试件进行微观分析。结果表明:氟石膏含量60%~70%、矿渣含量25%~35%和熟料含量5%并外掺1%K_2SO_4混合而成胶凝材料,性能好并具有低浸出毒性,其3 d和28 d胶砂抗折抗压强度均达到GB 175-2007中复合硅酸盐水泥32.5级水泥强度指标,软化系数始终保持在0.80以上,胶砂块浸出液氟离子浓度和pH值均较低,密实的微观结构体是胶砂块浸出毒性低主要原因。

改性氟石膏用于轻质泡沫混凝土墙体材料性能研究

通过掺不同改性剂来缩短氟石膏的凝结时间、激发强度,并将其应用于轻质泡沫混凝土墙体材料。研究表明:复合改性剂C相比改性剂A、B能更好地激发氟石膏的强度,缩短凝结时间。在掺量为0.9%时,其初凝时间为4.5 h,28 d抗压强度为19.51 MPa,无泛霜现象。制备的氟石膏基泡沫混凝土墙体材料密度为338~447 kg/m3,导热系数为0.037~0.054 W/(m·K),保温性能优异。XRD和SEM研究表明,墙体材料水化后产物以长条状二水石膏晶体为主。

超细粉煤灰-氟石膏在道路修补工程中的综合利用研究

针对我国现有水泥混凝土路面的破坏问题,研究开发了以工业废料———超细粉煤灰和氟石膏为主要组分的水泥基道路修补材料,利用氟石膏与超细粉煤灰在水泥水化过程中的相互激发作用,通过试验优选出超细粉煤灰-氟石膏高性能道路修补材料,并应用于道路修补混凝土的配制,同时测试了其力学性能及部分长期性能,试验表明其性能优良,在此基础上对其水化硬化机理作了初步的探讨。

低能耗石膏复合胶凝材料的制备及性能研究

以脱硫石膏和氟石膏为主要原料,开发高强度低能耗石膏复合胶凝材料;通过对脱硫石膏、氟石膏、矿渣粉及外掺激发剂配合比的试验研究,确定石膏复合胶凝材料配比及养护条件。结果表明,按照脱硫石膏40%、氟石膏40%、矿渣粉20%、生石灰2%(外掺)配比制备的石膏复合胶凝材料在标准养护条件下,其28 d抗压强度可达到35.3 MPa。

氟石膏的改性及其综合利用

氟石膏是氢氟酸生产过程中的副产品,主要用于水泥和建筑材料行业。采用外加添加剂,辅以适宜的工艺条件对氟石膏进行改性改善其胶凝性能、增强其机械强度,拓宽氟石膏综合利用的新途径,已成为近年来研究的热点。对氟石膏的化学组成与相态变体、水化硬化机理与表面改性作用进行了讨论,对氟石膏的主要改性措施与改性材料、生产工艺和主要应用领域进行了综述,并就改性氟石膏综合应用中存在的关键问题进行了展望。

氟石膏基胶结材固化淤泥质软土性能研究

采用氟石膏基胶结材(FB)、生石灰(LM)及水泥(PC)固化淤泥质软土,并开展了不同养护龄期下固化淤泥p H值、无侧限抗压强度和含水率等性能测试。结果表明,掺FB、LM和PC固化淤泥含水率随着龄期延长呈现幂函数下降趋势,掺FB后固化淤泥含水率降低程度更突出。同一龄期,FB固化淤泥无侧限抗压强度远高于LM和PC,而其p H值也低,环境污染风险相对较低。SEM分析表明,原状淤泥颗粒呈现大块状,FB固化淤泥中细小颗粒最多,大块颗粒少,结构更稳定。

氟石膏粉煤灰胶结充填材料试验研究

采用水泥作为矿山充填胶结材料 ,充填成本高。本项研究以氟石膏为粉煤灰的胶溶剂和激发剂 ,解决了长期以来粉煤灰固化速度慢的问题 ,并以此为基础 ,试验成功了一种新型充填胶结料。它具有粉煤灰用量大、成本低。

水泥基大掺量粉煤灰、氟石膏干粉抹面砂浆的研制

用水泥、粉煤灰和氟石膏配制的胶凝材料(CBFF),干粉抹面砂浆具有体积安定性好、水硬性和干缩小的特点。随甲基纤维素醚掺量的增加,该砂浆的沉入量先增加后减小,保水性不断变好。在该砂浆中单独加入木质纤维素,随掺量的增加,砂浆和易性不受影响,但砂浆的强度缓慢减小。

粉煤灰-氟石膏-水泥砌筑砂浆的研制

用粉煤灰、氟石膏、水泥和砂配制出了一种新型砂浆—粉煤灰—氟石膏—水泥砌筑砂浆(简称FFC砂浆)。FFC砂浆在不加外加剂情况下,其和易性能满足施工要求。同时FFC砂浆具有水泥用量少,废渣用量大,干缩小,成本低廉,体积安定性好和水硬性等特点。当粉煤灰-氟石膏-水泥胶凝材料(简称FFC胶凝材料)中水泥用量为5%、10%、15%和20%时,砂浆强度等级分别达到了M10、M15、M20和M25。在FFC胶凝材料中,粉煤灰、氟石膏和水泥之间存在使胶凝材料强度达到最大的最佳的比例关系。

氟石膏直接制备石膏板技术的研究

氟石膏是生产氢氟酸过程中的副产品,其水化反应缓慢、凝结时间长、且污染环境。通过实验研究掺加3种不同激发剂(Na2SO4、K2SO4和KAl(SO4)2)对氟石膏水化活性的影响,并在此基础上采用流浆法成型工艺来制备石膏板,该板主要由氟石膏、硅酸盐水泥、锯末、玻璃纤维和激发剂组成。该产品主要性能指标达到国家标准。

糖钙型防冻泵送剂对氟（磷）石膏水泥的速凝机理及解决途径

研究了糖钙及其糖钙型防冻泵送剂对以氟（磷）石膏作为调凝剂的水泥产生速凝作用的原因，并提出了解决速凝现象的有效措施。