硅灰改性水泥-矿渣复合材料的疏水性及耐久性研究

采用硅酸盐水泥和高炉矿渣为原料,PDMS为疏水剂,硅灰为增强材料,研究硅灰掺量对改性水泥-矿渣复合材料的疏水性和耐久性的影响。实验结果表明,当硅灰掺量为4%时,试样的抗压强度明显提高,28 d抗压强度可达18.33 MPa,比空白组提高24.0%,同时试样具有较强的抗冻性和抗硫酸盐侵蚀性能。防水性能实验结果表明,试样表面的静态接触角达到114°,断裂面的接触角达到134°,接触角未因硅灰的掺入而受到影响,试样的吸水率则随着硅灰掺量增加而不断减小。SEM分析显示,掺加硅灰的试样微观结构更为致密。

铅银渣熔化-烟化过程中银物相演化规律的研究

针对铅银渣中银元素在熔化-烟化过程中物相演化规律开展研究。通过热力学计算分析,研究铅银渣中银物相挥发的热力学机制,并基于热力学理论,开展单因素实验,研究反应温度、配碳比和保温时间对银回收率的影响,得出最佳工艺参数。接着通过观察微观组织形貌,结合理论计算与实验结果,明确铅银渣中银物相在熔化-烟化过程中的演化规律。热力学分析结果表明,铅银渣中的Ag_(2)O会优先挥发到烟尘中;渣中的AgCl不发生氧化反应、还原反应和分解反应,会挥发到烟尘中;渣中的Ag_(2)S不挥发也不发生还原反应,会被氧化成Ag_(2)SO_(4);在低温时渣中的Ag_(2)SO_(4)会被还原为单质银,单质银与铅、锌形成合金被携带进入烟尘;在高温时,Ag_(2)SO_(4)的蒸气压急剧增大,会挥发到烟尘中。银扩大配渣实验结果表明,烟尘中物相为Ag_(2)O、AgCl、Ag_(2)SO_(4)和单质银,这与热力学分析结果一致。单因素实验表明,回收铅银渣中银的最佳工艺参数为反应温度1 300℃、配碳比16.30%、保温时间150 min;在此条件下,银回收率为80.26%。

水泥硅灰稳定未陈化钢渣-碎石基层材料试验研究

为研究水泥硅灰稳定未陈化钢渣-碎石材料用于基层铺筑的可行性,采用硅灰控制钢渣的体积膨胀性,试验得出抑制钢渣膨胀率最小硅灰掺量为2%,并以此为前提采用正交试验设计方法探讨了水泥硅灰稳定未陈化钢渣-碎石基层材料力学性能和抗冻性能,试验结果表明:水泥硅灰稳定未陈化钢渣-碎石基层材料的7 d无侧限抗压强度和劈裂强度主要影响因素为水泥掺量,28 d无侧限抗压强度、抗压回弹模量与抗冻性能的主要影响因素为钢渣掺量。

碱激发矿渣粉煤灰地质聚合物力学性能改性及其混凝土性能

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。碱激发矿渣粉煤灰地质聚合物(ASFG)具有早期强度高、耐酸碱等优异性能,但脆性大、韧性差等缺陷影响其推广应用。为改善ASFG的性能且拓宽可应用于ASFG改性的矿物掺合料种类,以偏高岭土、沸石粉、膨润土、硅灰石粉、轻质碳酸钙和硅灰六种矿物掺合料作为改性材料,研究了其对ASFG力学性能的改性效果,并确定了硅灰为较佳改性材料。为深入探索硅灰对ASFG力学性能的改善作用,研究了硅灰掺量对ASFG力学性能的影响,并确定了硅灰的较佳掺量。最后,制备了碱激发矿渣-粉煤灰-硅灰地质聚合物混凝土(ASFSGC),并研究了其工作性、准静态力学性能和抗渗性。结果表明:膨润土、硅灰石粉、轻质碳酸钙、硅灰四种矿物掺合料对ASFG的抗折强度具有明显增强效果。硅灰石粉、硅灰两种矿物掺合料对ASFG的抗压强度具有明显增强效果。对ASFG而言,硅灰是一种优质矿物掺合料。随着硅灰掺量的增大,ASFG的力学性能先增大后减小,硅灰的较佳掺量为4%。ASFSGC具有良好的工作性、优异的抗渗性能,且ASFSGC的延性较普通硅酸盐水泥混凝土提高了14.1%。

粉煤灰和硅灰取代率对碱矿渣混凝土力学性能影响分析

为研究粉煤灰和硅灰取代率对碱矿渣混凝土(AASC)性能的影响,通过凝结时间和基本力学性能试验,探究AASC凝结时间、立方体抗压强度、立方体劈拉强度、抗折强度和弹性模量的变化规律,基于试验结果,采用回归分析的方法,建立立方体劈裂抗拉强度、抗折强度以及弹性模量与立方体抗压强度的转换关系方程,并结合AASC的微观形貌和物相组成,揭示粉煤灰和硅灰对AASC性能的影响机理.结果表明:粉煤灰和硅灰的取代可延长AASC的凝结时间;AASC力学性能指标随粉煤灰和硅灰取代率的增大而呈现出先增强后减弱的趋势,粉煤灰和硅灰最优取代率分别为20%和10%;提出的AASC立方体劈拉强度、抗折强度以及弹性模量的经验公式拟合精度高;粉煤灰(取代率≤20%)和硅灰(取代率≤10%)的取代促进了AASC的水化反应,使微观形貌更为密实.

提高烟化炉处理铅锌冶炼渣能力的实践

某铅锌冶炼厂通过烟化炉处理铅锌冶炼渣回收有价金属,由于烟化炉采用的钢制冷却水套使用寿命短,导致作业率偏低。同时,由于烟化炉冶炼渣的SiO 2含量高,烟化炉经常出现炉渣流动性恶化而影响作业率。随着该冶炼厂渣物料产量的增加,烟化炉能力不足的问题逐渐凸显,急需提升作业率和炉床能力。通过系统研究,对烟化炉的工艺和设备进行优化改造,烟化炉的实际作业率从改造前的85.01%提高到96.48%,床能力提高3.9 t(m^(2)·d),达到21~22 t(m^(2)·d)。

矿渣微粉-粉煤灰-硅灰基惰性同步注浆材料的制备及其性能优化

以典型固体废弃物矿渣微粉、粉煤灰、硅灰为原料,采用碱激发技术制备新型惰性同步注浆材料,以稠度、泌水率、凝结时间和抗压强度为主要性能指标,开展了25组配合比条件下的惰性同步注浆材料基本性能影响试验,通过对试验结果进行极差分析和综合平衡分析,确定了盾构惰性同步注浆材料的优选配合比,并测试了其各项性能。结果表明:水胶比、膨水比以及减水剂掺量对惰性浆液的稠度、泌水率、凝结时间影响较明显,激发剂模数和掺量对惰性浆液凝结时间有一定影响,而对立方体抗压强度影响很大;优选配合比为水胶比1、胶砂比0.45、膨水比0.35、减水剂掺量1.5%、碱激发剂模数1.6、碱激发剂掺量20%,以此配合比制备的惰性同步注浆材料各项性能指标均达到或优于T/CECS 563—2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》的相关要求,具有广阔的工程应用前景。

钢渣粉与硅灰复掺水泥基材料的流变、早期水化热与强度

为缓解大量存在且利用率很低的钢渣处理难题,将其研磨成微粉置换水泥,并掺入硅灰形成一种兼顾力学性能、绿色低碳水泥基材料。基于不同配比的复掺水泥基材料体系的流变行为、早期水化热、强度与吸水率试验研究,主要结果如下:钢渣粉颗粒微形貌棱角与片状较少,替代15%水泥时可有效改善基体稠度,略微降低强度,并显著降低早期水化放热(降幅8.8%),有利于控制早期温度裂缝。复掺硅灰可有效降低材料塑性黏度与泵送压力,对需要长距离泵送的大体积混凝土或高性能混凝土,硅灰掺量可控制在5%以内。且硅灰空间填充效应与火山灰反应会增强材料密实性,显著提高强度。综上,复掺15%钢渣粉和5%硅灰的水泥基材料,不仅可以改善泵送性能,提升强度和耐久性,还能降低早期水化放热量,具有良好的工程应用前景。

钢渣基三元混凝土的制备及性能研究

为了促进钢渣的资源化利用,解决钢渣因活性低而导致实际应用受阻的问题,本文以钢渣、偏高岭土和硅灰为掺合料,设计L_(9)(3^(3))正交表并制备胶砂试件,研究掺合料配比、总掺量和钢渣细度三个因素对胶砂试件力学性能的影响,筛选出最优的水平因素组合,并在此基础上制备钢渣基三元混凝土,对最优水平因素组合进行优化验证。结果表明:胶砂试件受掺合料总掺量的影响最大,最优水平因素组合为掺合料配合比1∶2∶2(硅灰∶钢渣∶偏高岭土),总掺量20%,钢渣细度D_(90)为147μm;同时,以最优水平因素组合设计的钢渣基三元混凝土,与钢渣单掺混凝土相比,3 d抗压强度提升了31.71%,7 d抗压强度提升了54.21%,28 d抗压强度提升了9.84%;与标准水泥混凝土相比,3 d抗压强度提升了4.68%,7 d抗压强度提升了15.88%,28 d抗压强度提升了5.71%,满足钢渣作为掺合料实际应用到混凝土中对强度的要求。

铅银渣侧吹熔化-烟化脱硫影响

湿法炼锌产出的有害渣铅银渣长期堆存对环境造成污染,对铅银渣中的有价金属进行综合回收很有必要,在综合回收热酸浸出-黄钾铁矾法过程中产出的铅银渣采用侧吹炉熔化+烟化炉烟化工艺处理,该工艺的主要过程是锌浸出渣的熔化以及铅锌的还原挥发2个阶段,在熔化过程中铅银渣的物相结构会发生改变,被包裹的重金属离子得以释放,有价金属品位得以提高,降低熔化残渣含硫量,有利于金属挥发,因此对铅银渣进行脱硫预处理。本文通过Me-S-O体系优势区图确定了铅银渣脱硫试验研究的方向,考察脱硫过程中氮氧体积比、熔化脱硫时间、熔化脱硫温度三个因素对铅银渣脱硫率的影响。主要得到以下结论:熔化脱硫的最佳工艺条件是氮气气氛下、熔化脱硫时间为40 min、熔化脱硫温度为1250℃,该条件下的脱硫率为98.17%。该研究对综合回收铅银渣脱硫预处理过程具有现实意义。

铁矾渣熔化-烟化过程中锌元素的物相演化规律

湿法炼锌热酸浸出-黄钾铁矾法炼锌工艺过程中产生的有害废渣铁矾渣,对人类的健康和生态环境造成极大的危害,且会导致有价金属的浪费,因此铁矾渣处理回收势在必行。本文通过对铁矾渣原渣的成分、物相等的分析,在热力学计算的理论指导下,讨论了基于碳热还原法的熔化-烟化回收铁矾渣中Zn元素最佳的工艺条件及其物相变化规律。通过计算得到铁矾渣中锌物相最终以氧化锌(ZnO)的形式富集于烟尘中;根据正交试验分析的结果验证了理论计算的合理性。基于降低能耗的考虑,最终确定试验研究结果:铁矾渣熔化-烟化过程中回收锌元素最佳条件为反应温度1200℃、保温时间100min空气流量600mL/min、配碳百分比30%,该条件下锌的回收率为99.70%。该研究为铁矾渣中锌元素的回收利用提供了现实的参考价值。

铅银渣侧吹熔化-烟化过程中锑物相演化研究

我国铅锌矿产资源比较丰富,在湿法炼锌过程产生了大量的铅银渣,铅银渣中含有铅、银、锌、铜、锑等多种有价金属,铅银渣中有价金属的回收处理一直制约行业发展。目前,铅银渣在侧吹熔化-烟化过程中锑物相的演化规律尚缺乏系统的研究,因此本文通过热力学理论计算确定铅银渣中锑的存在形式,考察了反应温度、配碳比、保温时间对锑回收率的影响,并通过响应曲面法得出最优工艺条件。试验结果表明,铅银渣侧吹熔化-烟化过程中锑回收率的最优工艺:反应温度为1290℃,配碳比为17.60%,保温时间为125 min,在此条件下锑的回收率可达到82.54%。该研究为回收铅银渣中的锑以及实现铅银渣资源化利用提供了参考依据。

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。

硅灰对高炉镍铁渣粉水泥土性能影响机制研究

高炉镍铁渣粉是一种前期火山灰活性较低的绿色可持续新型建筑材料。本文探讨了外掺硅灰对高炉镍铁渣粉水泥土无侧限抗压强度的影响规律,分析高炉镍铁渣粉和硅灰替代率对其无侧限抗压强度和破坏模式的影响。结合扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)和X-射线衍射仪(X-ray Diffractometer, XRD)揭示硅灰对高炉镍铁渣粉水泥土性能影响机制。研究结果表明:在一定范围内,高炉镍铁渣粉水泥土的强度随硅灰掺量的增加而提升,归因于硅灰促进水泥水化反应以及硅灰发生二次火山灰反应生成C-S-H凝胶包裹土颗粒表面,未发生水化反应的颗粒减少,凝胶将土壤颗粒、高炉镍铁渣粉颗粒和小硅球等共同构建“网络状”空间骨架填充在大土壤颗粒之间,进一步提升了水泥土的密实性与强度,硅灰的最佳掺量为10%。硅灰掺量高会消耗大量Ca(OH)_(2),影响硅灰发生二次火山灰反应,特别是掺量增加至30%时,水泥土强度降低3.6%。

抗海水腐蚀混凝土在吴川市低水闸闸门重建工程中的应用

简介了笔者近年来在抗海水腐蚀混凝土领域的最新研究成果,指出在海洋环境下,采用大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土的钢筋混凝土建筑物的使用寿命至少为采用普通混凝土时的3～4倍;并重点介绍了第一个采用大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土的海工工程———广东省吴川市低水闸闸门重建工程的情况.

复合矿物掺合料高性能混凝土的试验研究

通过对复合矿物磨细矿渣、硅粉矿物掺合料高性能混凝土的试验,研究了最大限度降低水泥用量,优化高性能混凝土胶凝材料用量的问题.试验结果表明水胶比仍是影响矿渣高性能混凝土强度的主要因素;磨细矿渣、硅粉等量取代水泥,取代值存在一个最佳值,分别是磨细矿渣掺量最佳值为凝胶材料总量的30 % ,硅粉的掺量为凝胶材料总量的15 % ,高效减水剂为凝胶材料总量的2 .0 % .

粉煤灰、矿渣及硅灰对水泥胶砂流动性及早期强度的影响

本文在试验的基础上研究了矿物掺合料单掺和复掺时对水泥胶砂流动性及1d早期强度的影响。试验结果表明,与不掺掺合料的基准胶砂相比,矿物掺合料的使用可以提高胶砂的流动度,但同时极大地降低了胶砂的早期强度;与单掺粉煤灰的胶砂相比,多种矿物掺合料复掺可以提高胶砂的1d强度,但会降低胶砂的流动性。

矿物掺合料、纳米SiO_2和纳米CaCO_3对胶凝材料需水量的影响

通过粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3和纳米SiO2以不同掺量等量取代的方法掺入胶凝材料,通过标准稠度用水量的方法研究了胶凝材料需水量的变化。结果表明:掺入粉煤灰、硅灰、纳米CaCO3和纳米SiO2使胶凝材料的需水量增大,并随掺量的增加而增大,矿粉则相反。掺量小于8%的硅灰对胶凝材料的需水量影响不大。掺入纳米材料,掺量小于2%时,胶凝材料的需水量变化不大,掺量大于5%后,会产生急剧增大的现象。

矿物掺合料对水泥浆体氯离子结合性能的影响

通过计算净浆对外渗氯离子的总结合能力、化学结合能力和物理吸附能力,研究了粉煤灰、矿粉、硅灰三种矿物掺合料的掺量和养护龄期对水泥浆体氯离子结合能力的影响。结果表明:随着矿物掺合料掺量的增大,粉煤灰净浆的氯离子结合能力呈上升趋势,矿粉净浆的氯离子结合能力则是先上升后下降,在掺量达到40%时,其结合氯离子的能力最强;而硅灰净浆的氯离子结合能力则降低。随着养护龄期的延长,净浆的总结合能力和化学结合能力均下降,物理吸附能力则增强。

脱硫铅银渣烟化法挥发有价金属的研究

铅银渣是湿法炼锌热酸浸出工序产出的一种危险废物,其中有价金属高效富集和回收对促进湿法炼锌行业绿色循环发展具有重要意义。本文采用烟化挥发法从脱硫处理后的铅银渣中回收有价金属,用FactSage8.1热力学软件研究了烟化法挥发锌、铅、铟、镉的可行性,并分析了烟化挥发过程影响金属挥发率的主要因素。研究表明:烟化挥发过程Zn、In、Cd先还原后氧化,最终以氧化物富集在烟尘中;在烟化挥发温度1250℃、烟化挥发时间60 min、配碳比25%的最佳条件下,Zn、Pb、In、Cd的挥发率分别为99.69%、82.26%、99.09%、99.90%,实现了有价金属的高效富集。SEM研究表明,烟化渣含有金属Fe、铝硅酸钙等,可通过磁选回收铁资源,具有再利用价值。该研究为火法冶金处理铅银渣的工业化应用提供理论和数据支撑。