水泥工业烟气脱硫脱硝技术研究进展

水泥工业是SO2和NOx的主要排放源之一,导致严重的雾霾、酸雨等自然灾害。随着社会环保意识的增强,国家及各省市提出了更加严格的排放限制,特别是在煤电工业已经实现超低排放情况下,大幅度减少水泥工业SO2和NOx的排放非常迫切,是水泥工业实现可持续发展和促进构建和谐社会的必然要求。本文介绍了水泥工业SO2和NOx的产生、富集及排放特点,综述了典型脱硫与脱硝技术的工艺过程及其应用于水泥工业的优缺点。现有脱硫与脱硝技术与水泥生产工艺匹配度较差,脱硫脱硝效率较低,难以达到超低排放标准,为提高效率,不得不采用复杂系统,导致水电消耗大,投资与运行成本更高。因此,紧扣新型干法水泥生产工艺特点,采用催化、矿化、复合等措施挖掘水泥生产各环节脱硫潜力,提高干法及半干法脱硝效率,是低成本、高效烟气脱硫的发展方向。采用分级燃烧技术尽量源头减排NOx,通过SNCR和SCR组合式脱硝技术提高脱硝效率,降低运行成本,开发抗磨蚀、高效、高稳定性、长寿命催化剂是关键。水泥窑协同处置生物质或有机废弃物展现出较大脱硝潜力,若合理控制废弃物热裂解过程,产生更多还原组分高效还原NOx,可稳定或更大程度上实现NOx源头减排,减轻后续脱硝压力和成本,对推动废弃物协同处置、替代原燃料、节能减排和可持续发展具有极其重大的经济、社会和环境效益。

可控低强度材料(CLSM)性能评价方法分析

可控低强度材料(CLSM)是一种高流动性、可控低强的新型充填材料,被广泛应用于工程回填、道路基层、管道垫层等工程。目前,我国尚无CLSM性能测试标准,主要借鉴国外标准与混凝土、砂浆等材料相关评价方法,亟待制定合理、统一、系统的性能测试方法与标准,规范和促进CLSM大规模推广应用。本文综述了现有CLSM相关工作性能、力学性能、环境影响、耐久性等方面的测试方法,从测试原理、实验参数、优缺点等方面进行了对比分析,为CLSM性能测试提供依据,也为我国制定和完善CLSM标准体系提供参考。

水泥熟料与辅助性胶凝材料优化匹配的基础研究进展(Ⅱ)——化学效应

在分析水泥熟料与辅助性胶凝材料水化程度、填充能力和强度贡献率的基础上,提出了水泥熟料与辅助性胶凝材料优化匹配原则。利用该原则,可在降低水泥熟料用量、提高辅助性胶凝材料(特别是低活性辅助性胶凝材料)掺量的同时,显著改善复合水泥的强度、体积稳定性等性能,实现水泥熟料、矿渣等胶凝材料的高效利用。

水泥熟料与辅助性胶凝材料优化匹配的基础研究进展(Ⅰ)——物理效应

本文分析了复合水泥性能较差的本质原因,并指出优化水泥浆的初始堆积状态和水化进程是改善复合水泥性能的根本途径。在分析经典颗粒堆积模型和水泥颗粒级配模型优缺点的基础上,提出了复合水泥的颗粒级配模型,显著提高了新拌水泥浆体的初始堆积密度(最大固含量提高10%),以改善复合水泥的性能。

高密实多元复合水泥浆体组成设计与抗侵蚀性能研究

Cl^(-)与SO_(4)^(2-)侵蚀是造成海洋环境下水泥混凝土劣化的主要原因,掺入辅助胶凝材料(SCMs)是改善水泥浆体抗侵蚀性能的有效方法。引入细粒度、高活性胶凝材料能加速复合水泥力学性能的发展并改善其抗蚀性,但会造成浆体流变性差、收缩应力大、开裂风险高等问题。基于Dinger-Andersen颗粒级配模型,在硅酸盐水泥基础上引入细矿渣、粗粉煤灰以及偏高岭土活性组分,设计并制备了SCMs含量高达60%的高密实度多元级配复合水泥。研究结果表明:多元级配复合水泥强度接近硅酸盐水泥,抗Cl^(-)与SO_(4)^(2-)侵蚀性能显著提升,采用快速氯离子迁移系数法(RCM)测得氯离子扩散系数降低81%,30次干湿循环硫酸盐侵蚀后耐蚀系数仍有77%。高密实度多元级配复合水泥浆体初始堆积密实、持续水化,使得孔隙显著细化,同时水化产物对氯离子固化作用强,有效阻滞有害离子向内部迁移。此外,SCMs的高效水化大量消耗Ca(OH)_(2),抑制了二次钙钒石等侵蚀产物的生成。通过颗粒级配调控与组成设计,可充分发挥胶凝材料的水化特性,显著提升浆体的密实性与抗蚀性。

再生砖粉粒径对水泥水化动力学与微结构发展的影响

随着城镇化和旧城改造进程的推进,我国建筑废弃物的产生量与堆存量日益增长,废弃黏土砖占建筑废弃物总量的50%~70%。有研究发现:再生砖粉具有作为辅助性胶凝材料的潜力,但会导致水泥基材料的力学性能显著降低。为探究粒径对再生砖粉活性与水泥水化动力学的影响,文中采用高能球磨制备了不同粒径的再生砖粉,表征了再生砖粉的物理化学性质与水化活性,分析了再生砖粉粒径对再生砖粉-硅酸盐水泥体系水化过程、微观结构和力学性能的影响,并基于Krstulovic-Dabic模型获取体系的水化动力学参数,实现水化进程的量化评价。结果表明:随再生砖粉粒径的减小,硅铝矿物晶格畸变的程度变大、表面结合能降低,导致其水化活性提高;水化早期再生砖粉主要起物理填充作用,可加速再生砖粉-硅酸盐水泥体系的早期水化,提高结晶成核与晶体生长→相边界反应→扩散过程转变时的水化程度;随再生砖粉粒径的减小,火山灰反应的开始时间提前且程度增高,最终使掺入30%小粒径再生砖粉水泥的后期强度超过纯水泥的强度,为再生砖粉在水泥基材料中的高效应用奠定基础。

再生砖粉掺量对水泥水化特性及力学性能的影响

再生砖粉具有作为辅助性胶凝材料的潜力,但会导致水泥砂浆的力学性能显著降低,再生砖粉高效利用的关键在于其水化过程的调控。研究了不同掺量下再生砖粉-硅酸盐水泥浆体在25和60℃下的水化动力学特性,阐明了再生砖粉掺量对再生砖粉-硅酸盐水泥砂浆的力学性能和微结构的影响,揭示了再生砖粉-硅酸盐水泥的早期水化机理。结果表明:当水化温度为25℃时,再生砖粉-硅酸盐水泥的水化放热速率和水化放热量均随再生砖粉掺量增加而线性减小,60℃时降幅减小;25℃时再生砖粉-硅酸盐水泥的水化过程为成核结晶生长→相界面反应→扩散过程控制(NG→I→D),随着再生砖粉掺量增加,NG阶段与I阶段反应速率减小,D阶段反应速率增大,发生水化阶段转变的时间前移;60℃环境下水化加速,相界面反应速率提高,水化过程主要为NG→D;再生砖粉会导致浆体的孔隙率提高,有害孔数量增多,进而显著降低了砂浆强度,随再生砖粉掺量提高,砂浆强度降低幅度增大,而砂浆力学性能的降低幅度会随水化龄期增长而减小。

硅酸钙板-纤维增强泡沫混凝土复合墙板的受压性能

以硅酸钙板为面板、纤维增强泡沫混凝土为芯材制备了泡沫混凝土复合墙板,研究了聚丙烯纤维掺量和泡沫混凝土容重对复合墙板受压性能的影响;并通过对受压应力应变曲线回归分析,获得了应力应变曲线方程.结果表明:随芯材中纤维掺量的增大(0~2 kg/m^3),复合墙板受压破坏时芯材的裂缝减少,抗压强度提升了76.08%,受压韧性指数提高了30.03%;随芯材容重的增大(400~600 kg/m^3),复合墙板受压破坏时逐渐从单一破坏转变为整体破坏,抗压强度大幅提高,受压韧性指数增幅较小;复合墙板受压应力应变曲线可分为弹性应变、应力硬化、应变软化和破坏4个阶段,峰值应变随纤维掺量的增加而增加,芯材容重对峰值应变的影响较小;复合墙板在受压条件下会出现界面裂缝和分层现象.

泡沫混凝土气孔结构数学表征及其分析

为分析泡沫混凝土孔结构表征参数之间的关系和气孔结构特点,建立了紧密堆积模型和非紧密堆积模型,基于不同的理论模型推导了孔结构主要参数包括孔隙率、气孔内表面积、气孔壁厚度的计算公式,分析各参数之间的关系;通过实测泡沫混凝土的孔结构参数,验证了计算公式的可行性,并将计算公式应用于泡沫混凝土孔结构特征分析.研究结果表明:当容重等级小于1 000 kg/m3时,泡沫混凝土形成的气孔结构为紧密堆积型结构,气孔壁厚计算结果与统计结果偏差在12%以内,验证了紧密堆积型结构计算公式的可行性;当容重等级大于或等于1 000 kg/m3时,泡沫混凝土形成的气孔结构为非紧密堆积型结构,气孔壁厚计算结果与统计结果偏差在3%以内,验证了非紧密堆积型结构计算公式的可行性;在相同容重下,气孔壁厚度随气孔直径的增大而增大,随孔隙率的增大而减小;1 m3泡沫混凝土的气孔内表面积可达到3 000 m2以上,气孔壁厚可低至60μm以下,泡沫混凝土具有多孔薄壁、小体积物料与大体积的气孔空气共存于一体、小体积物料以巨大的面积暴露在气孔的气体之中的结构特征.

稻草纤维增强加气混凝土制备工艺研究

研究了利用稻草纤维制备加气混凝土的工艺参数。结果表明：稻草纤维掺量低于3％时，对加气混凝土浆体起到增强增韧效果；随着稻草纤维掺量的增加，浆体的流动度降低，料浆的发气高度也逐渐降低，料浆初始流动度为155～160mm，发气速度与稠化速度匹配，制备的加气混凝土强度较高，密度较小；预养护温度过低和过高都不利于发气，45qC为最佳预养护温度。

陶粒的FeCl3负载改性及对重金属的吸附行为

为提高多孔陶粒在高重金属离子含量环境中的吸附容量和稳定性,采用焙烧法对多孔陶粒负载改性,研究了陶粒在FeCl3溶液中的浸渍次数、FeCl3溶液浓度及焙烧温度对陶粒表面形貌和重金属离子去除率的影响,确定了负载制备改性陶粒的最优工艺参数:FeCl3溶液浸渍3次、FeCl3溶液浓度为1.5mol/L、焙烧温度为650℃.在高重金属离子含量条件下,改性前后陶粒对Cu2+的吸附量由0.188mg/g增加至0.897mg/g,Cu2+浸出率由3.52%降低至0.96%;改性陶粒对Pb^2+、Cu^2+、Cd^2+的去除率分别为15.0%、22.4%、50.1%,较未改性时分别提高了6.7倍、7.9倍和8.7倍.

基于抗氯离子渗透性的复合胶凝材料组成设计与性能

通常采用大量掺加辅助性胶凝材料的方式提高胶凝材料的抗Cl^(–)渗透性能,进而提升混凝土结构的耐久性和服役寿命,但会显著降低早期力学性能.为提高早期强度和抗Cl^(–)渗透性能,基于初始浆体密堆积与水化过程孔隙有效填充,设计细、中、粗粒度区间胶凝材料的种类和掺量,提高浆体的初始堆积密度和水化产物固氯能力,从而细化孔径并增大孔隙曲折度,采用59%的水泥熟料(粒径范围4~55μm),成功制备了3 d抗压强度27.3 MPa、28 d Cl^(–)扩散系数低至0.36×10^(–12)m^(2)/s的高抗渗透复合胶凝材料,为水泥基材料微结构调控和抗渗性能提升奠定基础.

水化硅酸钙晶种对CaO-SiO_2-H_2O蒸压体系强度的影响及其机理分析

选取石灰与无定形二氧化硅为原料,利用水热合成法在不同热工条件下制备了水化硅酸钙晶种,研究水化硅酸钙晶种对硅酸盐蒸压制品强度的影响。通过化学分析法探讨了不同蒸压时间下水化硅酸钙晶种对粉煤灰反应程度的影响;利用X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM-EDS)和压汞法(MIP)分析了晶种对不同蒸压时间下CaO-SiO_2-H_2O体系水化产物种类及形貌的影响。研究结果表明:采用钙硅物质的量比为1.0、水热合成温度低于150℃时制备的水化硅酸钙晶种提高CaO-SiO_2-H_2O蒸压体系强度最明显,水化硅酸钙晶种的掺入促进了粉煤灰中SiO_2快速溶出以及水石榴石的分解,提高了水化产物含量;水化硅酸钙晶种的加入可以细化孔结构,使孔结构分布均匀,增加50nm以下的无害孔及少害孔数量,减少大于200nm的多害孔数量。

透水混凝土组成结构设计研究进展

作为海绵城市建设用关键材料,透水混凝土因其良好的环境相容性备受关注。通过概述透水混凝土组成及结构特征,探讨了"绝对体积"法、"比表面积"法等透水混凝土配合比设计方法,阐述了影响透水混凝土工作性能、力学性能与透水性能的诸因素,并针对透水混凝土在研究与应用过程中存在的问题进行了展望。

多离子在混凝土中传输及其对SO4^2-迁移的影响研究

试验研究了混凝土试样在Na2SO4、MgSO4、MgSO4/NaCl 3种溶液体系中的腐蚀行为,测定了不同离子在混凝土内部的分布,并采用灰色关联法分析Mg^2+、Na^+、Cl^-与SO4^2-扩散系数之间的关联度,揭示了混凝土内部多离子传输过程中Mg^2+、Na^+和Cl^-对SO4^2-迁移的影响规律SO4^2-研究表明:(1)Mg^2+能够降低SO4^2-在混凝土中的表面离子浓度,但提高了SO4^2-在混凝土中的扩散系数;(2)在Mg^2+存在的条件下,同时含有的Cl^-能够提高Mg^2+的表面离子浓度和在混凝土中的含量,间接地降低了SO4^2-的表面离子浓度,提高了其在混凝土中的扩散系数。

基于骨料球形度的透水混凝土配合比设计方法

为提高设计精度并制备具有目标性能的透水混凝土,选择实际工程中的2种典型骨料,用Image Pro-Plus图像表征了骨料球形度,同时测试并计算了透水混凝土骨架结构参数;基于骨料球形度对透水混凝土配合比设计方法进行了修正.结果表明,基于骨料球形度的透水混凝土配合比设计方法可适用于粒形较差的宽级配骨料,能显著提升透水混凝土配合比设计方法的精确性和可靠性,对透水混凝土实际工程应用具有重要指导意义.

Al掺量对CaO-SiO_2-H_2O蒸压体系抗压强度的影响及机理分析

CaO-SiO2-H2O蒸压体系产物是加气混凝土抗压强度的主要来源,本文利用XRD和综合热分析研究了不同Al掺量下CaO-SiO2-H2O蒸压体系产物组成与抗压强度的关系。结果表明:Al掺量较小时对CaO-SiO2-H2O蒸压体系的抗压强度和产物组成几乎无影响,而Al/(Al+Si)摩尔比>0.06时,随Al掺量的增大,体系抗压强度逐渐降低,产物中托勃莫来石的量减少,生成的水榴石的量逐渐增加,且Al的掺入对钙硅反应产生抑制。

干燥环境下混凝土内部损伤的量化

采用数字图像相关法(DIC)测试了C50混凝土在73%,55%和40%相对湿度环境下干燥1d至60d的非均匀变形。结合混凝土材料细观损伤模型,计算了混凝土内部的等效拉应变(e),用于获得混凝土内部损伤的分布特征,发现包裹粗骨料的砂浆拉应变较大,容易造成损伤,产生微裂缝。根据e的大小和分布计算了混凝土内部损伤因子(D_(e)),用于量化混凝土内部损伤,发现混凝土在55%和40%相对湿度环境下干燥60 d的D_(e)分别增加至101μm/m和135μm/m,相对较高,说明55%及以下相对湿度环境容易对混凝土内部造成损伤,产生微裂缝。

固化海水离子裂缝自修复剂制备及其在硬化水泥浆体中的作用机理

设计了可固化海水腐蚀性离子并加速裂缝愈合的新型自修复剂,并用于制备自修复功能骨料,同时对其对混凝土中裂缝的修复机制进行探讨。结果表明:自修复剂对400μm宽裂缝24h的表面愈合率>80%,愈合速度提高3倍;在裂缝口处快速形成并使裂缝愈合的沉淀物主要为水镁石和方解石,在破裂功能骨料内部的自修复产物则为羟钙石、方解石、Friedel盐的扩散速度和沉淀物热力学平衡常数共同决定了自修复产物矿相的空间分布和矿相演变。

混凝土模拟孔溶液中外加电流阴极保护对阳极体系的酸化侵蚀效应

测定了外加电流阴极保护技术作用下混凝土模拟孔溶液的p H值变化,建立了通电量Q与混凝土模拟孔溶液中氢氧根浓度cOH-的定量关系,量化表征了钛网阳极表面的腐蚀产物。结果表明,相同极化时间条件下,电流密度越高,阳极区模拟孔溶液中cOH-越低,钛网表面腐蚀产物越多;相同极化电流密度条件下,含Cl-模拟孔溶液中OH-消耗速率要大于无Cl-模拟孔溶液中OH-消耗速率;外加电流阴极保护过程中混凝土模拟孔溶液cOH-与Q之间的关系符合Logistic回归方程,基于该方程可预测外加电流阴极保护技术中外部阳极处的p H下降程度,进而评估其对阳极体系的酸化侵蚀作用。