基于热力学分析与响应曲面法研究磷尾矿中钙镁浸出率

在回收磷尾矿中钙镁资源时,通常先将尾矿进行煅烧,然后利用浸取工艺浸取尾矿中的钙镁,用于后续资源回收。在煅烧过程中需要让磷尾矿中的白云石尽量分解,而氟磷灰石得到保留。研究利用HSC Chemistry软件进行磷尾矿煅烧热力学分析优化煅烧条件,在尾矿煅烧物浸取钙镁过程中,基于响应曲面法,分析铵钙物质的量比(7∶1~11∶1)、液固质量比(7∶1~9∶1)、反应温度(60~80℃)、反应时间(50~70 min)的交互作用对钙镁浸出率的影响,对钙镁浸出条件进行优化。结果表明,白云石完全分解为CaO、MgO且氟磷灰石不分解的煅烧温度范围为(900~1200℃)。优化钙镁浸出条件:铵钙比物质的量比为10∶1、液固质量比为8∶1、反应温度为71℃、反应时间66 min时获得最佳钙镁的浸出率,分别为92.25%和86.19%。依据优化后的浸出条件,进行多次实验,实验结果为钙浸出率为91.95%、镁浸出率为85.85%。实验结果与优化结果较为接近,证明优化结果较为准确,且通过模拟优化及实验验证,可以看出铵钙比对浸出率的影响较大。

高海拔地质复杂地区喷射混凝土超早强材料应用研究

将纳米早强功能材料、增强型无碱速凝剂及混凝土稳态保塑剂进行有机结合,开发了高海拔地质复杂地区喷射混凝土超早强材料,以解决高海拔地质复杂地区喷射混凝土的超早强性能与工作性能保持、长龄期强度增长的矛盾。研究水胶比、减水剂掺量、纳米早强功能材料、增强型无碱速凝剂及混凝土稳态保塑剂对喷射混凝土的工作性能及抗压强度的影响,通过水化热和水化产物形貌测试探究了其超早强性能和工作性能保持的作用机制,并在某工程进行了工程应用评价。结果表明,8h, 24h和28d的抗压强度分别达到11.9,25.6,53.3MPa。

多种固体废弃物基土壤固化剂的固化效果及机理研究

为了减少水泥的使用,提高固体废弃物的利用率,研究了3种固废基无机固化剂[SSC固化剂(75%矿粉+20%石膏+5%水泥)、SDG固化剂(60%矿粉+30%电石渣+10%石膏)、CDF固化剂(40%电石渣+30%粉煤灰+30%水泥)]对工程渣土的固化效果及无侧限抗压强度、水稳系数、吸水率、干湿循环等性能的影响。结果表明:固化剂加入后,固化土的最佳含水率增大,最大干密度减小;3种固化剂中,SDG固化强度最高,7、28 d无侧限抗压强度分别达到了4.96、5.42 MPa;SSC固化效果最差,尤其在早期,7 d无侧限抗压强度仅为2.16 MPa,同时其水稳系数仅为0.727;微观分析表明,SDG固化土相较于SSC及CDF固化土内部水化反应更完全,颗粒间更密实,结构更稳定。

混凝土暴露试验的稳定时长与试验分析方法

混凝土自然暴露试验通常用于研究混凝土的氯离子扩散系数,但需要选择合适的分析方法,并确定稳定暴露时长。为此,首先系统研究混凝土的氯离子瞬时扩散和平均扩散理论,明确扩散方程中不同参数的时变特性,揭示了瞬时扩散解析解在分析混凝土中氯离子扩散过程和浓度分布时与平均扩散解析解等价。然后,引入随机数模拟混凝土取样误差,利用蒙特卡洛法分析氯盐环境下混凝土暴露时长、取样误差以及不同回归分析方法对扩散系数计算结果的影响,研究表明瞬时扩散解用于混凝土自然暴露试验分析时容易受到参数迭代初值的影响,导致初始扩散系数计算结果不稳定,而平均扩散解可以避免该问题,因而平均扩散解更适合于混凝土自然暴露试验数据的回归分析。在此基础上,研究确定了不同取样误差下的混凝土稳定暴露时长。最后,通过工程实例分析验证了回归分析方法以及稳定暴露时长在氯盐环境下混凝土自然暴露试验数据分析中的合理性和必要性。

粉煤灰和表面防护剂对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

提升混凝土耐久性能的关键在于提高其抗渗性能,涂抹表面防护材料和掺加粉煤灰是两种常用的技术手段,为研究两种技术对混凝土抗氯离子渗透性能的协同提升效果,设计了不同掺量粉煤灰混凝土,对部分试件进行了无机表面防护材料喷涂,研究其对立方体抗压强度和抗氯离子渗透性的影响。试验结果表明:混凝土的抗压强度受粉煤灰掺量的显著影响,而受表面防护剂的影响不大;涂抹防护剂对无掺加粉煤灰或掺加少量(9.5%)粉煤灰混凝土的抗氯离子渗透性能提升效果更为明显;对掺量较大(19%)的粉煤灰混凝土,测试其抗氯离子渗透性能时,建议以长龄期的结果为主为宜。

沱江大桥塔梁固结段大体积UHPC温控仿真分析

超高性能混凝土(UHPC)水胶比低,胶凝材料用量大,水化热高,大体积UHPC易形成较大的温度应力,导致结构开裂.基于ANSYS的仿真分析技术,采用ANSYS参数化设计语言(APDL)开发了一套大体积UHPC温度场及温度应力的计算程序,将其应用于沱江大桥塔梁固结段施工期温控分析.分析结果表明,采用分块分层浇筑方式并采取聚氨酯保温和通水措施后,浇筑块开裂风险较低,宜加强底板保温养护和优化实心区水管排布保证温控质量.

掺C-S-H纳米晶核混凝土的早期强度与收缩性能

C-S-H纳米晶核可促进水泥水化,提升混凝土早期强度发展,有利于预应力混凝土结构提前进行预应力张拉。采用C-S-H纳米晶核早强剂制备早强低收缩混凝土,探究了C-S-H纳米晶核对混凝土早期强度、收缩变形性能及其发展规律的影响。结果表明:养护温度的提升有利于纳米晶核早强性能的发挥;混凝土早期强度随纳米晶核掺量增加呈先增加后稳定的趋势,当掺量为4%时混凝土的早强效果最佳,且不影响后期强度发展。纳米晶核的早强效果优于其他传统早强剂,传统早强剂6 h强度提升幅度为10%~20%,纳米晶核强度提升幅度可达105.2%,早强效果明显。同时,掺纳米晶核混凝土的体积变形与强度发展同步,主要集中在早期,前3 d收缩率占28 d龄期时收缩率的67%,且掺入纳米晶核试件的28 d收缩率为空白组的75%,体积稳定性好,可实现预应力提前张拉。

大掺量掘进煤矸石道路基层和混凝土的制备及力学性能研究

掘进煤矸石是煤矿能源行业排放的一种工业固废,具有质地坚硬、性质稳定等特点,对掘进煤矸石道路基层及混凝土的制备及研究符合国家对推动建材行业碳达峰和加强大宗固废综合利用的愿景。将加工破碎后的掘进煤矸石替代道路基层和混凝土材料中的机制砂石,探讨了不同水泥掺量下的基层混合料、不同标号的掘进煤矸石砂混凝土材料、不同骨料类别及处理方式的C30混凝土材料力学性能的影响规律,论证了掘进煤矸石替代机制砂石骨料的技术可行性。研究结果表明:掘进煤矸石道路基层材料7 d无侧限抗压强度达3.4~6.5 MPa,满足中高等级公路基本要求;掘进煤矸石混凝土在中低标号下抗压强度基本满足要求,经水洗工艺的掘进煤矸石石料和改善级配的掘进煤矸石砂制备的C30混凝土强度有所提高。

改性磷石膏抹灰砂浆性能研究

为了解决磷石膏抹灰砂浆耐水性差的问题,促进磷石膏抹灰砂浆在建筑行业的应用,采用预处理的改性磷石膏,研究了水胶比和减水剂掺量对改性磷石基抹灰砂浆物理性能、力学性能和耐水性能的影响,并通过在体系中引入有机硅防水剂来进一步改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能。研究结果表明:减水剂掺量和水胶比是影响磷石膏抹灰砂浆性能的主要因素,低水胶比和低减水剂掺量有利于其力学性能和耐水性能的提升,且减水剂掺量不宜高于0.9%;有机硅防水剂虽然能有效改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能,但会对其强度造成不利影响,实际应用时其掺量不宜高于0.6%;水化产物中的凝胶和钙矾石可以填充二水硫酸钙晶体间空隙,有利于试件密实度、强度和软化系数的提高,且有机硅防水剂会在水化产物表面和间隙中形成防水膜,可以进一步改善试件耐水性能。

碱激发矿渣水泥基材料收缩性能研究

通过XRD、SEM、TGA等方法研究了膨胀剂掺量、碱当量、水玻璃模数对碱矿渣水泥砂浆干燥收缩、质量损失的影响。结果表明:氧化钙膨胀剂的加入会使矿渣产生膨胀现象,且随膨胀剂掺量(6%~10%)的增加,膨胀值增大;而氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂的加入对矿渣的收缩无改善效果。XRD及SEM测试结果表明,氢氧化钙是氧化钙膨胀剂在矿渣中的主要膨胀源;掺加氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂后未生成钙矾石相,是其未能改善矿渣收缩的主要原因。水玻璃模数及碱当量都会影响膨胀剂在矿渣中的作用效果。膨胀剂的加入会降低矿渣在干燥条件下的质量损失及体系游离水含量,其中氧化钙膨胀剂对两者的降低幅度更大。

超高性能混凝土工作性能及力学性能影响因素研究

该文研究了消泡剂的使用、细骨料颗粒级配、硅灰种类及砂胶比等因素对超高性能混凝土(UHPC)拌合物流动度、含气量以及硬化UHPC抗压强度和抗折强度的影响。研究结果表明,当水灰比较大时,消泡剂的使用可明显降低含气量,使得UHPC抗压强度和抗折强度明显增大。硅灰加密状态对制备的UHPC流动度和力学性能影响显著,未加密硅灰制备的UHPC力学性能最优,而半加密硅灰制备的UHPC流动度最大。砂胶比在0.8~1.2范围内增大会降低UHPC拌合物流动度,但抗折强度增长显著。

掺和料对磷石膏复合胶凝材料性能影响研究

研究主要掺和料矿粉及水泥单掺和复掺对磷石膏复合胶凝材料力学性能及耐水性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)、压汞法(MIP)探究影响机理。结果表明,水泥掺量为0~20%、矿粉掺量为0~40%时,水泥和矿粉的单掺对磷石膏抗压强度有负面影响,但可有效提升软化系数。水泥及矿粉复掺时,可显著提高磷石膏软化系数,使软化系数达到0.65以上;当水泥掺量为5.58%,矿粉掺量为20.00%时,磷石膏复合胶凝材料抗压强度达到最大值16.50 MPa;水胶比由0.6降低至0.3,可制备抗压强度为32.50 MPa,软化系数为0.87的高强耐水磷石膏复合胶凝材料。由SEM结果可知,水泥及矿粉的水化产物包覆在石膏晶体表面,可显著提升其耐水性;由MIP结果可知,矿粉与水泥复掺可增加小孔(3~50 nm)比例及孔弯曲度,大幅降低平均孔径,改善孔径分布,增加基体致密度,进而提升抗压强度。

不同比表面积煤气化渣掺合料活性及力学性能研究

煤气化渣是煤气化、煤间接液化工艺的副产物。本文对不同粉磨时间的煤气化渣理化性能、活性、力学性能等进行了研究,并和常用的S95矿粉和I级粉煤灰进行对比。研究表明,煤气化渣本身含有大量的非晶态胶凝活性物质,比表面积为503 m^2/kg的煤气化渣活性达到108%,高于I级粉煤灰。煤气化渣的掺加能够显著提升水泥砂浆的后期强度,最大可提高47.2%,提升作用优于S95矿粉和I级粉煤灰。煤气化渣对抗折强度的提高率大于抗压强度,在20%~30%(质量分数)掺量下能够提高水泥砂浆的柔韧性。

机制砂表面改性技术研究与应用

机制砂含泥引起的混凝土性能劣化问题是混凝土行业亟待解决的难题。采用硅基防水剂、黏土防膨剂作为双组分表面改性剂对机制砂进行表面预处理,降低机制砂中泥粉含量对混凝土工作性能的负面影响。探究改性剂的种类和用量对机制砂吸水率与亚甲蓝值(MB值)的影响以及与减水剂吸附量、黏土层间距之间的关系,还高效研究表面改性处理工艺对胶砂流变行为以及混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。研究结果表明:双组分改性剂中防水剂与防膨剂的最佳质量比为6∶4,最优用量为机制砂质量的1.5‰。表面处理后机制砂的吸水率降低42.3%,MB值从3.2下降至1.5,混凝土减水剂掺量可降低5.7%~14.3%,1.5 h扩展度增大70~120 mm,同时降低了泥粉对混凝土力学性能和耐久性能的负面影响,减小了机制砂含泥量变化和黏土杂质种类差异引起的工作性能波动。

养护温度对UHPC水化及力学性能影响研究

热养护能够提高超高性能混凝土(UHPC)的早期力学性能,促使UHPC水化,但对UHPC长期性能的发展尚未有系统深入的研究。通过力学性能测试、SEM和XRD研究了五种养护温度(20℃标养、90℃蒸汽养护、120℃干热养护、200℃干热养护和250℃干热养护)对UHPC长期力学性能发展以及水化的影响。结果表明,热养护能够促进UHPC早期水化,显著提升UHPC的早期抗压强度,特别是养护温度超过200℃时,能够生成明显的硬硅钙石提高UHPC的早期抗压强度。不同养护温度对于UHPC后期抗压强度的影响则不尽相同,90℃蒸养和120℃干热养护后UHPC试件的后期抗压强度仍然能持续增长,而200℃和250℃干热养护后试件的后期抗压强度则出现显著降低的趋势,后期抗压强度的变化主要取决于UHPC早期水化后内部剩余的未水化颗粒的含量。

石膏矿渣水泥混凝土抗硫酸钠侵蚀性能研究

石膏矿渣水泥具有低水化热、良好抗化学侵蚀性能等优点,是一种低碳绿色胶凝材料。为了明确原材料对石膏矿渣水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,对比研究了不同化学组成及活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的强度发展及抗硫酸钠侵蚀性能。结果表明:提高矿粉中Al_(2)O_(3)含量可以有效提高石膏矿渣水泥混凝土早期3 d强度;石膏矿渣水泥混凝土在硫酸钠环境下表现出强度软化型劣化;提高水泥用量、降低水灰比可以有效提高低活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的抗硫酸钠侵蚀性能,但不利于高活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的抗硫酸钠侵蚀性能。研究为低活性矿粉制备石膏矿渣水泥混凝土及其寿命预测提供试验数据支撑。

堆石混凝土层面渗透性能影响因素试验研究

堆石混凝土层面情况直接关系到层间施工缝的渗透性能,进而影响工程质量。设计了12组不同层面特性及层面处理工艺的堆石混凝土和1组不含层面堆石混凝土试件,开展了13组试件的室内渗透试验,研究层面不同堆石高度、堆石面积、凿毛工艺、石粉含量对层间渗透性能的影响,并与不含层面试件进行对比分析。试验结果表明:含层面施工缝的堆石混凝土试件渗透呈端面未渗水和端面渗水2种渗水形式,其中层面堆石高度、堆石面积会不同程度影响层面施工缝的相对渗透性系数及渗水形式;而层面石粉含量、凿毛工艺对其渗透性能有着显著影响。为提高层面防渗性能,堆石混凝土施工应尽可能将层面凿毛至露石,石粉含量控制在440 g/m^(2)以下。

城市污泥对固废陶粒的强度影响研究

以城市污泥、建筑弃土等固废烧制陶粒,利用XRD、MIP孔结构和SEM等测试手段研究城市污泥对陶粒强度影响。结果表明:通过正交试验获得较优的烧结制度,烧制出污泥掺量为20%的轻质高强陶粒;污泥掺量及对应陶粒氧化物含量(SiO_(2)及Al_(2)O_(3))均影响陶粒强度;陶粒内部结构随着污泥掺量的增加而变得疏松,污泥掺量为20%的陶粒较掺量为5%的陶粒孔隙率大3.9%以上,陶粒孔径也随着污泥掺量的增加而增大,进而影响陶粒强度;对于氧化物,Al_(2)O_(3)含量是影响陶粒强度的主要因素,当其含量超过20.5%以后,陶粒主晶相由石英相逐渐转变为蓝晶石,对陶粒强度提升明显。

煅烧-细磨高/低钙煤矸石特性及其活性研究

煤矸石作为大宗工业固废的一种,其大量堆积造成了土地资源的浪费和环境污染,目前煤矸石作为建筑材料使用是解决煤矸石大量堆存的方法之一.对四川省宜宾地区的煤矸石活性进行了研究,选用两种氧化钙含量差异较大的煤矸石,采用先粉磨再煅烧的方式进行热-物理活化,并对其活性、物相转变、对砂浆流动度和强度影响等进行了研究.研究发现煅烧使煤矸石中高岭石转化为偏高岭石,煤矸石粉作为掺合料显著降低了水泥砂浆的流动性,其中未煅烧的煤矸石粉对流动性影响最大.高钙煤矸石由于经历自燃,且本身氧化钙含量较高,具有较高活性,28 d达到101.5%.低钙煤矸石粉磨-煅烧得到的不同比表面积的煤矸石粉活性在28 d均能达到75.0%以上.同时发现提高煤矸石中氧化钙含量可以显著提高其活性。

PVA纤维增韧工程水泥基复合材料在屋面防水工程中的应用研究

制备了PVA纤维增韧工程水泥基复合材料(PVA-ECC),并研究了PVA-ECC在屋面防水中的应用。结果表明:PVA-ECC在28 d龄期时,渗透压力为3.0 MPa,渗透高度为13 mm,电通量为78 C;在防水层厚度为4.5~6.4 mm范围内,与既有屋面的粘结强度≥0.8 MPa。PVA-ECC工作性能优良,施工效果好,可作为屋面防水层用材料。