Hydration and Slag-attack Resistance of Dense MgO-dolomite Refractory Grains in Relation to Their Phase Composition and Microfabric

This work aims at optimizing densification parameters as well as resistance to hydration and slag attack of MgO-Dolomite refractory grains, processed from Egyptian dolomitc-magnesite raw material up to firing for 1-4 h at 1400-1600 ℃, in relation to their phase composition and microfabric. Minor amount of natural ilmenite mineral (0-2 wt%), separated from Egyptian black sands was used in doping the dolomitc-magnesite.

掺珊瑚砂粉砂浆抗硫酸镁侵蚀性能研究

本文研究了硫酸镁作用下掺珊瑚砂粉(CSP)和辅助胶凝材料(SCMs)砂浆的抗硫酸镁侵蚀性能。在5和20℃硫酸镁溶液中侵蚀至365 d,通过外观、长度变化、抗压强度,结合X射线衍射谱和傅里叶变换红外光谱分析砂浆的抗硫酸镁侵蚀性能。发现在5℃的硫酸镁溶液中侵蚀至365 d时,掺CSP砂浆发生严重劣化。掺20%(质量分数)CSP的抗硫酸盐硅酸盐水泥比掺20%(质量分数)CSP的普通硅酸盐水泥表现出更好的抗硫酸镁侵蚀性能。在5℃下粉煤灰和矿渣有助于改善掺CSP砂浆的抗硫酸镁侵蚀性能,然而在20℃下硅灰降低其抗硫酸镁侵蚀性能。在5℃下掺CSP砂浆主要发生镁盐和碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀并伴随少量石膏生成,在20℃下主要发生镁盐和石膏型硫酸盐侵蚀。

Dry Mix Slag—High-Calcium Fly Ash Binder. Part Two: Durability

This work investigates durability of cement-free mortars with a binder comprised of ground granulated blast furnace slag (GGBFS) activated by high-calcium fly ash (HCFA) and sodium carbonate (Na2CO3): the soundness, sulfate resistance, alkali-silica reactivity and efflorescence factors are considered. Results of tests show that such mortars are resistant to alkali-silica expansion. Mortars are also sulfate-resistant when the amount of HCFA in the complex binder is within a limit of 10 wt%. The fineness of fly ash determines its’ ability to activate GGBFS hydration, and influence soundness of the binder, early strength development, sulfate resistance and efflorescence behavior. The present article is a continuation of authors’ work, previously published in MSA, Vol. 14, 240-254.

矿渣-高贝利特硫铝酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀机理的研究

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要影响因素,为进一步提高高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)基混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,在HB-CSA中掺入粒化高炉矿渣(GBFS)以提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀性能。采用抗蚀系数来评价矿渣对HB-CSA砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并结合X射线衍射分析法、热重分析法、压汞法、扫描电子显微镜等测试方法,从微观层次对抗硫酸盐侵蚀机理进行了研究。结果表明,矿渣可以提高HB-CSA的抗硫酸盐侵蚀性能,HB-CSA的抗蚀系数可提高至1.51。GBFS-HB-CSA体系在抗硫酸盐侵蚀过程中,矿渣颗粒对HB-CSA孔结构的填充细化起主要作用,SO_(4)^(2-)和Ca(OH)_(2)共同激发矿渣中Al_(2)O_(3)与SiO_(2)水化生成凝胶和钙矾石(AFt),凝胶和AFt填充在浆体孔隙中,细化了浆体孔径,使浆体结构密实,降低了离子渗透性,从而提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀的能力。

盐耦合侵蚀下碱矿渣水泥相演变的热力学模拟

推导了分别含氯离子和硫酸根的水滑石热力学参数,并采用热力学模拟研究了单一氯化钠或单一硫酸镁侵蚀,以及二者耦合侵蚀下碱矿渣水泥的相演变过程.结果表明:碱矿渣水泥在单一氯化钠侵蚀下生成Friedel盐,在单一硫酸镁侵蚀下生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)、钙矾石(AFt)、石膏、水化硅酸镁和含硫酸根水滑石;氯化钠与硫酸镁耦合侵蚀不仅具有单一氯化钠或单一硫酸镁侵蚀的特点,还显示出耦合效应,促使含氯离子水滑石生成,抑制Friedel盐和水化硅酸镁的生成;提高硫酸镁耦合比例会降低碱矿渣水泥固化氯离子的能力.

重构钢渣复合硅酸盐水泥的水化性能及抗硫酸盐侵蚀性能研究

针对钢渣的成分特点,以石灰和铝矾土作为调质组分对钢渣进行物相重构,制备以C_(2)S、C_(4)AF为主要矿物的重构钢渣,将其按不同比例(10%、20%、30%、40%)与硅酸盐水泥复合制备高铁低钙硅酸盐水泥,重点研究重构钢渣掺量对水泥力学性能、水化活性及抗硫酸盐性能的影响。研究结果表明:重构钢渣的掺入降低了水泥标准稠度用水量,延长了凝结时间;重构钢渣复合水泥具有后期强度增长快的特点,掺量小于30%时28 d活性指数均超过100%;掺入重构钢渣能显著降低水泥的早期水化热,掺量为30%的水泥放热总量为254 J/g,比纯水泥低了18.3%;铁相在水化过程中,部分Fe取代水化产物中的Al,与SO_(4)^(2-)形成膨胀性小的富铁钙矾石,填充孔隙结构,提升其抗硫酸盐侵蚀性能。

基于熵权法和灰色理论的钢渣粗骨料混凝土耐久性评估及寿命预测

为探究钢渣粗骨料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,对不同钢渣粗骨料替代率(0%、30%、60%、90%,质量分数)混凝土在不同浓度(5%、10%、15%,质量分数)硫酸钠(Na_(2)SO_(4))溶液中进行了侵蚀试验。基于熵权法建立了以混凝土质量、抗压强度和相对动弹性模量三个典型耐久性指标为参数的钢渣粗骨料混凝土耐久性综合评价指标D。通过D值反映钢渣粗骨料替代率和Na_(2)SO_(4)溶液浓度对混凝土耐久性的影响,并通过灰色理论的GM(1,1)模型对不同侵蚀条件下钢渣粗骨料混凝土的使用寿命进行预测。结果表明,整个侵蚀过程中,钢渣替代率低于60%的钢渣粗骨料混凝土的D值均高于普通混凝土,钢渣替代天然骨料配制混凝土可以提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。GM(1,1)模型预测结果与试验结果基本一致,60%钢渣粗骨料替代率下混凝土的使用寿命均优于其他组。

矿渣基地质聚合物材料暴露在硫酸溶液(pH=1.0)中的劣化机理

制备了不同组成的矿渣-偏高岭土基地质聚合物,并进行了硫酸(p H=1.0)浸泡腐蚀实验。通过X射线衍射(XRD)、微观结构(SEM-EDX)、孔结构、质量损失以及力学性能的变化,分析了试样的耐腐蚀性能。力学性能测试结果表明,在硫酸侵蚀过程中,所有样品的抗压强度都明显降低。碱度为5%时,纯矿渣基地质聚合物表现出最好的强度特性,其90d的抗压强度保留率为92.95%。XRD和微观结构分析结果表明,被硫酸侵蚀后,样品表面生成了一层石膏产物。在孔结构方面,相比未被硫酸侵蚀的层,硫酸侵蚀导致样品表面层(0~5mm)的空隙率增大。偏高岭土的加入增加了矿渣基地质聚合物的空隙率,使得其耐酸性有所降低,表明致密的地质聚合物在耐酸腐蚀方面是有利的。

集料对含矿粉混凝土抗硫酸镁侵蚀性能的影响

对大掺量矿粉(质量分数70%)和不同体积分数集料混凝土试件在浓度为42.4g/L的MgSO_4溶液侵蚀作用下表观损伤、线膨胀率、质量和相对动弹模量变化情况进行监测,并结合背散射电子图像、能谱扫描和压汞等微观结构分析结果,研究了大掺量矿粉和集料对混凝土抗硫酸镁溶液侵蚀性能的影响机理.结果表明:尽管矿粉有助于细化硬化浆体孔结构并提高混凝土的抗渗性能,但大掺量矿粉会降低Ca(OH)_2含量,加快体系中C-S-H的分解和M-S-H生成,不利于提高其抗硫酸镁溶液侵蚀的能力.在高浓度硫酸镁溶液环境中,膨胀性产物石膏易于临近集料区域沉积,使混凝土的损伤破坏程度随集料体积分数的增加而有所增大.在针对抗硫酸镁溶液侵蚀混凝土组成设计时,需综合考虑胶凝材料及水化产物组成、硬化浆体孔结构的共同影响.

低pH值硫酸盐侵蚀下矿渣水泥基材料的性能

按照我国低pH值硫酸盐的特征，配制pH=4．0的模拟溶液；通过室内干湿循环加速腐蚀试验，研究低pH值下矿渣粉等量取代水泥为15％-85％时浆体的抗硫酸盐侵蚀性能。研究结果表明：浆体的破坏主要是H^＋和SO4^2-共同作用的结果，其破坏过程是从外至内被逐层溶蚀，导致膨胀破坏；H^＋导致浆体水化产物脱钙，促使试件溶解，SO4^2-与Ca^2＋反应生成膨胀产物石膏，加速试件破坏过程；掺入矿渣粉对水泥浆体抗低pH值硫酸盐侵蚀是有利的，而且随着矿渣粉掺量的增加，其外观保持能力逐步提高。综合考虑掺有矿渣粉净浆试件的各项性能，矿渣粉适宜掺量取45％左右。

掺有超细矿渣粉的水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能

硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素之一,对于海港或地下构筑物水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力尤其受到关注。在试验室条件下研究了超细矿渣粉取代量为0(即参比样)、15%、25%水泥制成的水泥砂浆在不同浓度硫酸盐介质环境下的力学性能变化,同时,借助于XRD对侵蚀试样的成分进行了分析。试验结果表明,15%和25%的超细矿渣粉的引入不仅可以增加水泥砂浆的强度,而且可以提高其抗硫酸盐侵蚀性能;与参比样相比,掺有超细矿渣粉的水泥砂浆试样内部Ca(OH)2的量和钙矾石的量明显减少,暗示超细矿渣粉与水泥水化放出的Ca(OH)2发生了化学反应。

大掺量磨细矿粉胶凝体系抗硫酸盐侵蚀的研究

为考察大掺量磨细矿粉胶凝体系对抗硫酸盐侵蚀性能的影响,研究了不同品种、掺量及经体积稳定剂改性处理后磨细矿粉对抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明,不同厂家的S95级磨细矿粉对抗硫酸盐侵蚀作用的影响相近;磨细矿粉掺至50%及以上其抗蚀系数高于抗硫酸盐水泥,70%掺量的磨细矿粉胶凝体系硫酸盐侵蚀膨胀率较空白组下降81%;经体积稳定剂改性处理后磨细矿粉抗硫酸盐侵蚀性能进一步提高。

电弧炉泡沫渣分析探讨

随着电弧炉超高功率化的发展,电弧炉内衬受到电弧的辐射侵蚀随之增加,而适时地造泡沫渣,埋弧操作,可有效地保护炉衬。对泡沫渣的形成机理、影响泡沫渣的因素从理论上进行了分析探讨。

高碱金属钒钛渣对高炉炉衬材料的侵蚀研究

通过高碱含量的钒钛渣对不同耐火材料的侵蚀实验,分析了碱侵蚀后耐火材料结构及附渣组成的变化。研究结果表明:铝炭砖抗碱侵蚀性最强;粘土砖与高铝砖的侵蚀速率较使用普通钒钛渣大;刚玉莫来石砖抵抗碱金属的侵蚀能力差,对碱容易渗透、且与基质成分反应性强的耐火材料,结构致密化是以后改进的一个方向。

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%.

低水灰比条件下水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性研究的重要组成部分,被认为是引起混凝土材料失效破坏的主要因素之一。研究了低水灰比条件下掺有超细矿渣粉的水泥砂浆在不同种类和浓度的硫酸盐溶液中浸泡后的力学性能变化,同时,对侵蚀试样的孔结构进行了分析。试验结果表明:与普通水灰比相比,低水灰比条件下水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能改善更加显著;超细矿渣粉的引入不仅可以增加水泥砂浆的强度,而且可以改善其抗硫酸盐侵蚀性能;同时,矿渣粉掺加改变了水泥硬化体的孔隙率,水泥硬化体趋于致密化。

钢铁渣粉在蒸养混凝土中的应用

在水胶比相同的条件下,制备了纯水泥混凝土、分别掺加30%和40%钢铁渣粉A(矿渣∶钢渣=7∶3)的混凝土、分别掺加30%和40%钢铁渣粉B(矿渣∶钢渣=6∶4)的混凝土,并经蒸汽养护后,测定了不同蒸养混凝土的抗压强度、抗氯离子渗透性、抗碳化性和抗硫酸盐侵蚀性。结果表明,掺加钢铁渣粉能提高混凝土后期的抗压强度;掺加钢铁渣粉A的混凝土的抗压强度高于掺加钢铁渣粉B的混凝土的抗压强度;掺加钢铁渣粉能提高混凝土28d的抗氯离子渗透性,其中掺加40%钢铁渣粉A能明显提高混凝土90d的抗氯离子渗透性;掺加钢铁渣粉对混凝土的抗碳化性能影响很小;掺加钢铁渣粉能明显提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性。

复合矿物掺合料对砂浆抗酸雨侵蚀性能的影响

研究了粉煤灰、矿渣微粉双掺对水泥砂浆的强度以及抗模拟酸雨侵蚀性能的影响。试验发现:随着粉煤灰、矿渣微粉总掺量的增加,砂浆强度逐渐下降;粉煤灰、矿渣微粉双掺对水泥砂浆试件在模拟酸雨条件下的强度发展有改善作用。

硫酸盐侵蚀作用下纤维锂渣混凝土裂缝的分形特征

为探究新型混凝土受硫酸盐侵蚀后的力学性能,采用质量分数为5%的硫酸盐溶液全浸泡加速侵蚀法,对11组聚丙烯纤维混凝土(PC)试块、11组聚丙烯纤维锂渣混凝土(PLiC)试块、8根PC大偏心受压柱和8根PLiC大偏心受压柱进行侵蚀试验,得到了不同侵蚀时间下混凝土的力学性能.基于分形理论分析了试块及构件破坏时表面裂缝分布的分形特征,详细讨论了试块及构件表面裂缝分形维数与其侵蚀时间、抗压强度、极限承载力之间的关系.研究表明,PC和PLiC立方体抗压强度随侵蚀天数先增加后降低,在120 d达到最大;试块及构件破坏时表面裂缝分布具有分形特征,试块表面裂缝分形维数随侵蚀天数的增加呈现先增加后减少再增加的规律,随试块抗压强度的提高而减少;PC及PLiC混凝土大偏心柱极限承载力随侵蚀天数的增加先增加后减少,锂渣的掺入可以提高聚丙烯纤维混凝土柱的抗硫酸盐侵蚀能力,构件破坏时表面裂缝分形维数随硫酸盐侵蚀天数呈现震荡上升的趋势;因此混凝土表面裂缝的分形特征可作为判定构件损伤程度的指标之一,可为今后对在役混凝土结构承载力和寿命预测提供参考.

改性赤泥对复合胶凝材料的性能影响

以工业固废拜耳法赤泥、电解锰渣、钢渣为主要原料制备复合胶凝材料,研究各组分的最佳配比,在此基础上对拜耳法赤泥进行高温煅烧改性,确定最佳煅烧制度。采用DWS-51钠离子测试仪分析煅烧后拜耳法赤泥的碱溶出情况,借助X射线衍射(XRD)仪和扫描电镜(SEM)研究煅烧后拜耳法赤泥的矿物组成、复合胶凝材料水化产物的成分及形貌。结果表明,拜耳法赤泥、电解锰渣、钢渣质量比为1∶3∶2时,活性指数达到93.2%;拜耳法赤泥的煅烧温度为700℃时,可溶性碱的质量分数最大,为2.58%,改性拜耳法赤泥-电解锰渣-钢渣复合胶凝材料的活性指数达到108.1%,抗硫酸盐侵蚀系数为1.18;水化产物结构致密、Ca(OH)_(2)生成量少是复合胶凝材料抗蚀性较好的主要原因。