Ashes of Biogenic Wastes—Pozzolanicity, Prospects for Use, and Effects on Some Engineering Properties of Concrete

The growing concern for the environment all over the world, as well as the high cost of Portland cement has placed limitation on its use as the sole binding material in concrete. This work has shown that ashes from some agricultural or other biogenic wastes when mixed with appropriate amounts of ordinary Portland cement (OPC) can be used as low-cost, environmentally, more friendly binders for concrete production, than using OPC alone. Experimental determination of requisite properties of the ashes of rice husk, coconut husk, palm leaf, bamboo leaf and peanut shell revealed that they satisfy the essential requirements for pozzolans. Further experimental work was carried out on OPC/rice husk ash (RHA) and OPC/coconut husk ash (CHA) concretes to determine their essential properties in fresh and hardened states. Although the initial and final setting times of OPC/RHA and OPC/CHA pastes were longer than the setting times of 100% OPC paste, they are all within the limits specified by relevant standards. The workability of fresh concrete produced by partially replacing OPC with either of RHA and CHA was found to be better than with 100% OPC. It was also shown that the porosity of OPC/RHA and OPC/CHA concretes was less than the porosity of OPC concrete. Strength tests using very finely ground RHA and CHA to partially replace Portland cement in concrete production showed that at up to 15% replacement the strength activity index of each of them is greater than 100%, which indicating that they are excellent pozzolans.

Determination of the Compressive Strength of Concrete from Binary Cement and Ternary Aggregates

One of the most active fields of research embraced by many disciplines, including civil engineering, is material reuse. It is known that ceramics wastes from various construction and demolition sites and manufacturing processes are dumped away into the environment, resulting in the pollution that threatens both agriculture and public health. Therefore, the utilization of ceramic waste in construction industries would help to protect the environment from such pollutions. This paper presents the results of an experimental analysis of the effects of partial replacement of coarse aggregates, fine aggregates, and ordinary Portland cement with the ceramic waste, at percentage levels of 0%, 5%, 10%, and 20%;and the assessment of the strength property of the concrete produced with optimum combination of the constituents. Compressive strengths of this concrete were determined at 7, 28, and 56 days of curing using 150 × 150 × 150 mm cube specimens. Test results showed that the compressive strength of the concrete decreased as the content of ceramic waste present in the concrete increased. Thus, concrete produced from the partial replacement of ordinary Portland cement with ground ceramics gave compressive strengths of 16.6 N/mm2 and 13.4 N/mm2 at 5% and 20% replacement levels respectively. Similarly, the compressive strengths of concrete from the partial replacement of sand with fine ceramics were 13.8 N/mm2 and 10.9 N/mm2 for 5% and 20% replacements respectively. For 5% and 20% replacement levels of granite with crushed ceramics in concrete gave a compressive strength of 11.6 N/mm2 and 9.7 N/mm2, respectively. For concrete derived from the partial replacement of stone dust with fine ceramics, the compressive strengths were 19.6 N/mm2 and 18.10 N/mm2 respectively for 5% and 20%. For concrete produced from the partial replacement of bush gravel with crushed ceramics, the compressive strengths obtained were 10.9 N/mm2 and 8.98 N/mm2 respectively for 5% and 20% replacements. Finally, the concrete derived from the optimal combination of binary cement, ternary fine, and coarse aggregate had a compressive strength of 22.20 N/mm2 which is higher than the compressive strength of the control mixture at 18.10 N/mm2. The result of the ANOVA carried out showed that the compressive strength obtained for each partial replacement of different components is statistically significant at 5%, i.e. the change in the compressive strength of the concrete produced is due to the presence of ceramic waste.

矿粉改善OPC基修补材料耐污水腐蚀性能的研究

针对混凝土表面缺陷修补材料存在耐久性不良的问题,研究普通硅酸盐水泥基(OPC)和普通硅酸盐水泥基-矿粉基(OPC-GGBS)修补材料在污水环境下外观形貌、质量、抗压强度及与老混凝土粘结强度的变化。结果表明:25%的矿渣粉取代率可显著减轻OPC修补材料的外观劣化程度,降低了质量、抗压强度及与老混凝土粘结强度的损失率,明显改善了OPC基修补材料的耐污水腐蚀性能。

低品位硫铁矿烧渣生产复合硅酸盐水泥工艺优化

这是一篇矿物材料领域的论文。为因地制宜寻求低品位硫铁矿烧渣的综合利用途径,解决硫铁矿烧渣大量堆存的问题,并缓解土壤及水质污染,进行了低品位硫铁矿烧渣生产复合硅酸盐水泥工艺优化研究。利用硫铁矿烧渣具有铁含量高的特点,作为外加剂,将其掺入水泥熟料、脱硫石膏、粉煤灰等,混合磨细,制备复合硅酸盐水泥,以强度为指标,确定适宜的硫铁矿烧渣掺量。通过对不同硫铁矿烧渣掺量制备的水泥试块进行物理性能检测,利用正交实验对工艺条件进行优化。结果表明,较佳工艺条件为,水泥熟料掺量为55%,钙硅比为2.5,灰渣比为1,水灰比为0.4,在此条件下,实验制得的水泥28 d抗压强度为43.9 MPa,强度等级为42.5。

不同类型持载混凝土碳化性能研究

为探讨外加荷载对不同环境湿度、不同类型混凝土碳化性能的影响,本文提出了自然条件下服役钢筋混凝土构件碳化深度预测模型。基于100 mm混凝土立方体试块和持载钢筋混凝土梁的加速碳化试验结果,分别采用硅酸盐水泥、硅酸水泥掺30%粉煤灰和硅酸水泥掺50%磨细高炉矿渣浇筑混凝土试块和梁试件。结果表明:对不同类型混凝土的服役钢筋混凝土构件,在50 a和100 a的设计使用年限内,其碳化深度预测值随相对湿度的增加先增大后减小,最大碳化深度预测值均在50%~70%的相对湿度范围内。对持载钢筋混凝土构件,仅硅酸盐水泥混凝土和掺50%磨细高炉矿渣的较小水胶比混凝土满足要求。水胶比较大的掺粉煤灰和掺粒状高炉矿渣的持载混凝土,不能满足不同暴露环境在50%~70%相对湿度范围内的耐久性要求。本文对不同类型持载钢筋混凝土构件的抗碳化耐久性设计有一定的参考价值。

改性磷石膏在普通硅酸盐水泥中的应用

通过小磨试验研究了改性磷石膏对普通硅酸盐水泥凝结时间及强度的影响,确定了冬夏两季应用改性磷石膏生产水泥的配比。生产实际表明,应用pH值为7~13的磷石膏生产的水泥产品完全满足国家标准要求,凝结时间可调控范围宽;应用改性磷石膏既消化了工业生产废渣,又降低了生产成本,带来了较好的社会效益与经济效益。

硅铝质结合料稳定磷石膏路面基层材料力学性能研究

通过使用10%、30%和50%的矿渣粉替代无机结合料中的一部分水泥作为硅铝质结合料,分析使用水泥矿渣粉协同稳定磷石膏基层材料的力学性能,其无侧限抗压强度随着养护龄期的延长持续增长。这说明矿渣粉很大程度上改善了水泥稳定磷石膏基层材料的长期耐久性能。通过对磷石膏基层材料的XRD物相分析和SEM微观形貌观察其强度形成机理,除了物理压实作用,磷石膏路面基层材料的强度来源主要由水化产物C-S-H凝胶和钙矾石所提供。

不同种类胶凝材料对砂与煤矸石集料的干燥收缩性能研究

选择了普通硅酸盐水泥(P·O 42.5)、矿渣硅酸盐水泥(P·S·A 32.5)、生态水泥(E·C)以及地聚合物水泥(G·C)等4种不同种类的胶凝材料,分别对标准砂与煤矸石集料进行稳定,并测试其干缩性能。试验结果表明:不同种类胶凝材料稳定作用下,标准砂试件与煤矸石试件的干燥收缩率、质量损失均在7 d左右由快速增长转变为缓慢增长;标准砂试件的干燥收缩率从小到大分别为P·S·A32.5、P·O 42.5、G·C、E·C。煤矸石试件的干燥收缩率从小到大分别为P·S·A 32.5、E·C、G·C。考虑试件的失水过程,计算标准砂与煤矸石试件的总干系数,标准砂试件的总干缩系数从小到大,分别为P·S·A 32.5、P·O 42.5、E·C、G·C;煤矸石试件的总干缩系数从小到大,分别为E·C、P·S·A 32.5、G·C。煤矸石试件的干燥收缩率、质量变化、失水率、总干缩系数等均大于标准砂试件。

大掺量工业废渣普通硅酸盐水泥

利用工业 废渣煤 矸石、液态 渣、磷渣 、锰渣、磷 石膏生产 ４２５ Ｒ 型普 通硅 酸盐 水泥。 水泥 中工业废 渣的掺 量 达 ３５ ％ 以 上， 其 ３ ｄ 平 均 抗 压 强 度 达 到 了 ２ ６５ Ｍ Ｐａ ，２８ｄ 平 均 抗 压 强 度 达 到 了５２４ Ｍ Ｐａ 。该项技 术值得推

普通硅酸盐水泥及碱激发水泥固定铬渣的毒性浸出比较

为了比较普通硅酸盐水泥、掺加矿渣的硅酸盐水泥和碱激发水泥3种胶凝材料对铬渣的稳定固定化效果,采用硫酸硝酸法、TCLP毒性浸出法以及半动态浸出法对固定化试件总铬和六价铬的浸出规律进行实验研究.结果表明,铬渣的掺入对普通硅酸盐水泥水化反应产生负面影响,当铬渣掺量从20%增加到45%时,试件抗压强度由50.4 MPa下降到25.8 MPa;浸出液中总铬和六价铬的浓度随着铬渣掺量的增加而增加.用矿渣代替部分普通硅酸盐水泥,能够提高对铬渣中铬的固定效果,当矿渣掺量为45%时,固定效果最佳.碱矿渣水泥对低掺量的铬渣有较好的固定效果,但当铬渣掺量超过35%时,浸出液中铬的浓度大幅度增加.

硅灰改性水泥固化含U(Ⅵ)模拟有机废液试验

以铝酸盐水泥(Aluminate Cement,AC)和普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,OPC)为基材,活性炭为吸附剂,硅灰、聚合物外加剂为水泥改性剂,研究了水泥种类、改性剂掺量、水胶比等因素对模拟混合浆体流动度、固化体的有机废液最大包容量的影响,测定了优化配方条件下固化体的力学性能及U(Ⅵ)浸出性能。结果表明:硅灰(Silicon Fume,SF)和聚合物外加剂协同作用下,可以显著提高有机废液的最大包容量。当硅灰掺量为15%,聚合物外加剂掺量为2%,水胶比为0.45,OPC及AC固化体有机废液的包容量分别可达21%和24%;优化配方条件下,固化体28 d抗压强度均大于20 MPa,抗冲击性合格,U(Ⅵ)42 d浸出率均为2×10-6cm/d,符合GB 14569.1-93的要求。

粗细钢渣替代天然骨料对混凝土力学性能的影响

在原有普通混凝土配合比基础上,采用钢渣粗、细骨料对混凝土中的天然骨料进行部分替代,进行钢渣混凝土配合比试验,分别用普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥作为胶凝材料进行配合比试验,比较了两种水泥钢渣混凝土的抗折、抗压强度及后期强度发展变化,并进行了不同水泥品种下,不同粒径钢渣混凝土的基本力学性能研究。

钛石膏-粉煤灰-矿渣复合胶凝材料的改性研究

介绍用化工废石膏等工业废渣研制新型复合胶凝材料的实验情况 ,研究减水剂、明矾石和煅烧废石膏对这种新型复合胶凝材料的改性作用。研究结果表明 ,将钛石膏、粉煤灰、矿渣和少量硅酸盐水泥或熟料 ,选择合适的激发剂和适宜的工艺措施 ,可以配制生产高性能新型复合胶凝材料 ,其强度甚至可以达到 5 2 5

粉煤灰矿渣复合水泥强度协同效应的研究

研究了由粉煤灰、矿渣、钢渣与一定量熟料组成的粉煤灰矿渣复合水泥中各组分对水泥的强度协同效应以及影响协同效应的主要因素。并利用SEM和MIP等技术研究了粉煤灰矿渣复合水泥的水化硬化过程、水化产物相组成及硬化浆体结构,以此来论证各组分间协同效应的作用机理。研究结果表明:当各组分比例适当时,通过石膏和添加剂的有效作用,采取合理的粉磨工艺和制度,粉煤灰矿渣复合水泥各组分可以产生强度协同效应。

碱矿渣水泥固结铬渣废弃物效果初探

通过等量取代碱矿渣水泥中矿渣组分与普通硅酸盐水泥中的水泥对比试验研究,探讨了采用碱矿渣水泥固结铬渣废弃物的技术优势。试验表明,当取代量为30%时,碱矿渣水泥28d固结铬渣后的Cr6+表面浸出率为0,普通硅酸盐水泥28d固结铬渣后的Cr6+表面浸出率为3.00×10-5g/cm2·d,说明碱矿渣水泥水化28d后对铬渣的固结效率远大于普通硅酸盐水泥固结效率,且用碱矿渣水泥固结铬渣废弃物的临界取代掺量可达50%。

不同水泥的钢渣混凝土基本力学性能试验研究

在原有混凝土配合比的基础下,利用钢渣粗骨料对混凝土中的天然骨料进行部分替换,进行钢渣混凝土配合比试验,分别用普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥作为胶凝材料,进行配合比试验,比较用两种水泥分别拌制下,钢渣混凝土的早期抗折、抗压强度及后期强度发展变化,进行不同水泥品种下钢渣混凝土基本力学性能研究。

石灰石矿渣水泥抗硫酸盐性能的研究

对于长期浸泡在3%(质量分数,下同)硫酸钠溶液中的石灰石矿渣水泥抗硫酸盐腐蚀性能进行了初步研究,并与普通硅酸盐水泥砂浆进行了比较.结果表明:石灰石矿渣水泥显示出良好的长期强度发展和优异的抗硫酸盐性能.在硫酸钠溶液中浸泡360,730d后,石灰石粉掺量为60%,50%,40%的石灰石矿渣水泥砂浆试样的抗蚀系数(SRC)分别高达1.10,1.08,1.18和1.06,1.10,1.11,高于同期的普通硅酸盐水泥砂浆试样42.9%和55.9%以上;以标准养护28d试样的抗压强度为基准,石灰石粉掺量为60%,50%,40%的石灰石矿渣水泥抗压强度增加率分别达到36.9%,43.7%,48.3%和40.2%,55.3%,57.7%,普通硅酸盐水泥的抗压强度下降率则为5.2%和30.3%.

高掺量矿渣水泥与普硅水泥的水化进程对比研究

针对高掺量矿渣水泥与普硅水泥不同龄期时强度及水化机理的差异,测试分析了普硅水泥浆体(编号PC)和掺60%矿渣粉的水泥浆体(编号SC)各龄期强度及强度发展系数,并对比了两组试样早期水化放热速率,各龄期水化产物相及孔结构的变化。结果表明:SC试样3 d、7 d强度仅为25.6 MPa、39.5 MPa,分别低于同龄期PC试样13.3MPa及8.3 MPa;28 d、90 d强度分别为55.7 MPa、59.6 MPa,高于同龄期PC试样3.5 MPa及2.2 MPa。两种水泥浆体早期强度主要受早期水化放热速率、孔结构分布特征的影响,后期高掺量矿渣水泥强度发展的优势在于:矿粉颗粒的填充效应以及二次火山灰活性,使其浆体形成了更多的水化产物,孔结构更加致密,有利于浆体强度的提高。

热处理水滑石对普通硅酸盐水泥和碱矿渣水泥抗碳化性能的影响

热处理水滑石(CLDH)由水滑石(LDH)在一定温度制度下焙烧得到。采用X射线衍射(XRD)分析方法,分别研究了普通硅酸盐水泥(OPC)和碱矿渣水泥(ASC)的模拟孔溶液掺入的CLDH在碳化环境中的结构重建现象。分析结果表明:在上述两种溶液中,CLDH可以吸附大量的CO 2,均具有较强的结构重建能力。证明了CLDH通过离子交换原理改善OPC及ASC抗碳化性能的可行性。将CLDH分别掺入普通硅酸盐水泥胶砂(OPCM)和碱矿渣水泥胶砂(ASCM),研究了CLDH对所制备胶砂的碳化深度以及碳化前后的抗折、抗压强度。试验结果表明:CLDH显著改善OPC的抗碳化性能,且最适宜掺量为2%;但对ASC的抗碳化性能改善作用有限,且对抗折强度不利。