利用电石渣替代水泥开发固碳胶凝材料

本研究利用电石渣替代部分水泥,制备新型固碳胶凝材料,研究了不同电石渣含量的胶凝材料对600 kg/m³等级泡沫混凝土的基础性能及固碳性能的影响。研究表明：电石渣的掺入导致泡沫混凝土气孔变大,28 d抗压强度先升高后降低,保温性能提高;当电石渣取代10%水泥,制备出的泡沫混凝土干密度为595 kg/m³,28 d抗压强度比未掺加电石渣的提高4.2%,达5.0 MPa;当电石渣取代50%水泥,制备出的泡沫混凝土导热系数比未掺加电石渣的降低17.1%,为1.131 W·m^-1·K^-1。电石渣掺加有利于改善泡沫混凝土收缩,当电石渣掺量增加,泡沫混凝土先呈现收缩减小后出现膨胀。碳化养护不仅能够固化封存CO₂,还能提高泡沫混凝土的力学性能与保温性能。电石渣掺量越高,泡沫混凝土固碳能力越强,电石渣掺量为50%时,CO₂的捕获量达到46.02 wt%。     

发泡混凝土碱浸试块碳酸化增强固碳特性研究

发泡混凝土与CO_2碳酸化反应不仅可以改善混凝土性能而且可实现CO_2的矿化固定达到减排的效果。本实验分别考察了CO_2反应时间对未浸、水浸和电石渣饱和液浸泡后发泡混凝土试块抗压强度的影响,并采用XRD、TGA、SEM分析测试手段,分别对试块的矿物组成、热失重特性和微观形貌特性进行了表征。结果表明:发泡混凝土试块的抗压强度随碳酸化反应时间延长出现先增加后降低的变化趋势;碱浸碳酸化反应4 h试块强度最高为6.5 MPa,较未碳酸化反应试块强度上升80.6%。SEM分析结果显示,发泡混凝土试块孔壁结构随碳酸化反应时间延长发生较明显变化,整体上呈现"先片状致密后粒化疏松"的转化历程,这可能是导致试块抗压强度随碳酸化时间延长出现先增加后降低现象的内在原因。TGA曲线结果表明,试块达最高抗压强度时,每吨发泡混凝土可固定37 kg CO2,在不降低试块强度前提下,每吨发泡混凝土可固定61kg CO_2。     

碳化水泥-钢渣复合胶凝材料的强度和微观结构

研究了不同碳化方式、钢渣掺量和促进剂对水泥-钢渣微粉复合胶凝材料力学性能和微观结构的影响。结果表明:碳化对试样的早期强度提高有明显的促进作用,但对后期强度作用较小;碳化反应发生在试样早期水化完成之前,碳化越早,试样强度越高。采用促进剂的试样强度提高明显,碳化处理3d抗压强度较不加促进剂的空白样提高了12.0%,处理28d抗压强度提高了29.0%。促进剂对水泥-钢渣微粉复合胶凝材料碳化产物CaCO_3的形貌具有一定的影响。     

压蒸条件下钢渣的碳化过程

将钢渣压制成一定形状的试块,分别在60℃、90℃及120℃下采用CO_2对试块进行了碳化处理。对碳化后试块的质量、体积、抗压强度的变化进行了测试。采用X射线能谱仪(XRD)、热重-差热分析仪(TG-DSC)分析了碳化过程中的物相变化。用扫描电子显微镜(SEM)观察了碳化后产物的微观形貌。研究结果表明,在60℃、90℃、120℃碳化温度下碳化7d后,试块的质量分别增加15.30%、17.48%、23.84%;试块的体积分别增加5.9%、6.5%、11.44%;试块的抗压强度分别达到32.87 MPa、39.62 MPa、42.38 MPa。钢渣碳化后产物主要为CaCO_3。从碳化后试块的力学强度和节能两方面综合考虑,碳化的最佳温度为90℃。     

蒸养条件下锂渣复合水泥的水化产物与力学性能

利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜与能谱分析(SEM-EDS)及同步热分析(TG-DTG)等手段研究了掺20%锂渣复合水泥在80℃蒸养7 h、7 d和标养28 d条件下的水化产物与力学性能。结果表明:锂渣中SiO_2和Al_2O_3大部分存在于锂辉石中,而少量存在于玻璃体中,且锂渣中存在少量的碳酸盐。与纯水泥不同,锂渣复合水泥在以上三种养护条件下形成的C-S-H凝胶均主要为网状;此外,蒸养7 d时还有水化硫铝酸钙(AFt)和立方体CaCO_3生成,但无水化石榴石形成;蒸养28 d时,还有球形等大颗粒状C-S-H凝胶和立方体CaCO_3生成。蒸养可以促进锂渣和水泥的反应,尤其是锂辉石与水泥水化产物氢氧化钙的反应。在蒸养7 h和7 d条件下,锂渣复合水泥胶砂的抗折强度、抗压强度均明显高于纯水泥胶砂的抗折强度、抗压强度。     

磷渣粉颗粒分布对水泥胶凝体系力学性能的影响

采用激光粒度仪对比表面积分别为340m~2/kg、420m~2/kg、500m~2/kg的磷渣粉颗粒粒度分布特征进行了分析,在此基础上运用灰色关联理论研究了磷渣粉颗粒分布与水泥胶凝体系3d、28d、180d力学性能的内在关联。结果表明:不同比表面积的磷渣粉具有不同的颗粒群粒度分布特征,磷渣粉颗粒分布中粒径大于20μm颗粒与水泥胶凝体系3d、28d抗折强度负关联、与180d抗折强度正关联;粒径小于20μm的磷渣粉颗粒对水泥胶凝体体系各龄期抗压强度均有促进作用,其中1~3μm的颗粒对3d抗压强度促进作用最显著、10~20μm的颗粒对28d、180d抗压强度发展促进显著。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系的制备及性能研究

根据设计配比,制备了普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系。通过改变普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的质量比、水胶比和减水剂用量等参数,采用净浆流动度、凝胶时间、结石率、抗压强度和竖向膨胀率等实验,探究了普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系的性能影响因素。结果表明,当硫铝酸盐水泥的用量为70%(质量分数)、水胶比为0.5、减水剂用量为0.5‰(质量分数)时,复合胶凝体系的流动度最大,达320 mm,可注性好;其初凝和终凝时间分别为6和14 min,凝胶时间短;其结石率为100%,28 d竖向膨胀率约为0.14%,无需二次注浆;其28 d抗压强度为43 MPa,加固强度高。适量的硅灰和硅渣的掺杂可以提高复合胶凝体系后期的抗压强度、抗折强度和流动度,当硅灰掺量为10%(质量分数)时,复合胶凝体系3和28 d的抗压强度、抗折强度出现了峰值;当硅渣掺量为15%(质量分数)时,复合胶凝体系28 d的抗压强度和抗折强度达到最高;当硅渣掺量为10%(质量分数)时,复合胶凝体系流动度达到334 mm。     

碱激发锰渣胶凝材料的探索研究

以锰渣为主要研究对象,采用X射线衍射分析、差热分析等测定方法对原材料进行了物性分析,锰渣的主要矿物组成有SiO_2和CaO,属于碱性废渣,当温度低于550℃时其热稳定性较好.通过对复合碱激发剂的探索可知,当水玻璃模数为1.6时,25%水玻璃、2.5%NaOH和1%K_2CO_3复合激发锰渣后,其碱胶凝材料的凝结时间满足浆体的一般工作要求.在该复合激发剂作用下,以10%硅酸盐水泥熟料等量替代锰渣后,制成的碱激发锰渣胶凝材料的力学强度发展符合胶凝材料的一般规律;其水化过程分析表明,随水化龄期的延长,SiO_2被剥蚀解体量增多,生成较多的C-S-H凝胶及少量沸石类结构复杂的物质,强度逐渐提高.     

高镁镍渣-磷石膏基胶凝材料固化和改良盐渍土的性能

本工作以高镁镍渣(HMNS)和磷石膏(PG)等工业固体废弃物为主要胶凝材料,针对盐渍淤泥的处理难点,同时固化和改良处理盐渍淤泥。评价了高镁镍渣-磷石膏基胶凝材料固化和改良盐渍土的工程性能和理化性能,并对固化作用机制进行了分析。通过现场试验进一步验证高镁镍渣-磷石膏基胶凝材料固化和改良盐渍土的可行性。结果表明:HMNS-PG基胶凝材料固化盐渍土路用性能优于传统水泥固化土。掺20%HMNS-PG基胶凝材料固化土饱水1 d、3 d、5 d、7 d后的水稳系数分别为0.84、0.81、0.8、0.79。冻融循环15次后固化体抗压强度损失率和质量损失率分别为13.2%和2.9%,试件完整性良好。同时磷石膏改良盐渍土使得盐分析出,土壤颗粒团聚,减少了盐胀等病害。HMNS-PG基胶凝材料改良盐渍土后,盐渍土的pH值降低,浸出液电导率EC值提高,钠的吸附比(Sodium adsorption ratio, SAR)降低。现场固化试验中,试段取两组试样测得无侧限强度分别为3.4 MPa和2.8 MPa,压实度分别为94.7%和94.1%,240 d电导率提高了约118.1%,pH值下降了约6.13%,理化性能明显得到改善。     

高吸水树脂对混凝土水化及强度的影响

高吸水树脂(Super-absorbent polymer,SAP)作为混凝土内养护材料可有效抑制混凝土自收缩,提高混凝土抗裂性,但其对混凝土是否具有负面影响有待研究。利用XRD和DTA-TG研究了不同SAP掺量净浆在不同养护龄期的水化产物量,并测试其抗压强度,定量分析高吸水树脂对混凝土水化和强度的影响。实验结果表明:掺加SAP会延缓混凝土早期(0~7d)的水化反应,降低混凝土的抗压强度,但对混凝土中后期(7~28d)水化的进行及强度发展的影响不大。当高吸水树脂的掺量为1kg/m~3(占胶凝材料的质量分数为0.2%)和1.5kg/m~3(占胶凝材料的质量分数为0.3%)时,混凝土28d抗压强度可达基准组的100%和96%,56d抗压强度可达基准组的107%和96%。针对C50混凝土,推荐掺量为1kg/m~3。     

碱磷渣胶凝材料的减缩防裂研究

研究了粉煤灰、钙质膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和聚丙烯纤维对碱磷渣胶凝材料的物理力学性能的影响和减缩防裂作用.结果表明,用适量粉煤灰取代磷渣、添加用硬脂酸铝包覆的钙质膨胀剂都可以一定程度降低碱磷渣胶凝材料的收缩;用10%～15%(质量分数)的粉煤灰取代磷渣虽使碱磷渣胶凝材料的抗压强度有所降低,但其抗折强度提高;钙质膨胀剂会使碱磷渣胶凝材料的凝结时问略有缩短,强度稍有降低,而掺加硫铝酸钙膨胀荆会导致碱磷渣胶凝材料速凝,无法正常使用;添加聚丙烯纤维可大幅度提高碱磷渣胶凝材料的抗裂性.     

水泥乳化沥青复合材料粘弹性能的依时性研究

为研究水泥乳化沥青复合胶凝材料粘弹性能随时间的变化规律,采用动态剪切流变仪对不同配比复合胶凝材料在不同养护龄期时的60℃复数模量和相位角进行频率扫描试验。分析结果表明:水泥乳化沥青复合胶凝材料的粘弹性具有显著的依时性。沥青与水泥质量比(A/C)较低的复合胶凝材料强度发展过程明显快于高A/C比的复合胶凝材料,且以2d内的增长幅度最大。两种低A/C比的复合胶凝材料相位角随频率增大而显著增大,且养护龄期越长,这种增长趋势越明显。综合比较可知,低A/C比时,复合胶凝材料的复数模量和相位角均有显著的变化,增强了低频时的弹性特征和高频时的粘性特征,即材料在高、低温时具备更好的粘弹性表现。     

电石渣-粉煤灰新型环保免烧砖的配比及力学性能研究

采用电石渣、粉煤灰、水泥为主要原料,配以化学激发剂,研制一种新型环保墙体材料—免烧砖.以力学性能和耐久性能为指标设计基本配比.采用常温常压下自然养护,分别研究了该免烧砖的抗压、抗折强度.实验结果表明,免烧砖最佳配比为:电石渣33％、粉煤灰42％、水泥25％.采用最佳配比,振动成型免烧砖,单块砖的最小抗压强度大于10MP...     

物理激发再生微粉对再生混凝土力学性能的影响

为了响应碳中和的号召，利用辅助胶凝材料取代水泥来减少水泥生产所带来的碳排放。采用物理活化再生微粉(Recycled concrete powder, RCP)作为辅助胶凝材料制备再生骨料混凝土(Recycled aggregate concrete, RAC),分别以10%、20%、30%取代率取代水泥制备再生混凝土和胶砂试块并测试其3 d、7 d和8 d抗压强度。通过控制研磨时间对RCP进行物理激发再根据其组成、粒径、火山灰活性来探讨再生微粉对抗压强度的影响。实验表明，随着水泥中再生微粉替代率的增加，再生混凝土和水泥胶砂抗压强度有降低趋势。物理激发可以增加RCP细度、优化其粒度分布进而提升RCP的火山灰活性，增加砂浆密实度，进而提高砂浆强度，但并不是研磨时间越长其活性越高，其中研磨30 min提升效果最佳。     

基于响应曲面法的脱硫石膏基胶凝材料体系配比优化

为了改善脱硫石膏基胶凝材料强度低的缺点，实现脱硫石膏高值化利用，基于响应曲面法进行改性脱硫石膏复合体系优化设计。以生石灰粉煤灰水泥为改性剂，部分取代脱硫建筑石膏，制备改性脱硫石膏胶凝体系，研究不同改性剂及交互作用对复合胶凝材料1、 28 d抗压强度的影响，建立响应面预测模型，并进行试验验证。结果表明：不同改性剂质量分数分别为生石灰5.53%、粉煤灰9.17%、水泥15.32%时，复合材料性能最优。该配比下，复合材料1、 28 d抗压强度分别为5.50、 20.30 MPa,较纯脱硫石膏体系分别提高48.65%和67.77%。实测值与预测值偏差仅为0.90%和0.74%,表明响应曲面法预测精度高，方法可行。     

全尾砂-棒磨砂新型胶凝充填材料的制备

将某镍矿选矿全尾砂代替部分棒磨砂作为骨料,采用正交试验和神经网络预测模型,制备以铁矿渣粉为活性材料、以脱硫灰、生石灰为主要激发剂的全尾砂-棒磨砂新型胶凝充填材料,分析了该材料的微观结构及其水化产物。结果表明:全尾砂添加质量分数为30%时,新型胶凝充填材料3 d、7 d和28 d的抗压强度分别达到1.73 MPa、4.22 MPa和6.93MPa,比水泥分别提高了8.13%、51.8%和34.0%,满足镍矿的充填强度指标。新型胶凝充填材料的主要水化产物为C-S-H凝胶,团絮状C-S-H凝胶形成结构密实的胶凝体,将骨料紧密粘结在一起形成较高的力学强度。用这种新型胶凝充填材料可实现30%的全尾砂利用率。     

胶砂比对低钙固碳胶凝材料砂浆碳化硬化性能的影响

为了降低生产高性能预制建材制品过程中二氧化碳的排放,用工业原料石灰石和砂岩在1 275℃煅烧制备了一种低钙固碳胶凝材料,研究了胶砂比(1∶0、1∶1、1∶2、1∶3)对低钙固碳胶凝材料碳化程度及砂浆早期碳化硬化性能的影响规律,并通过XRD、TG-DTA、FT-IR、SEM、纳米压痕、压汞仪等研究了碳化低钙固碳胶凝材料浆体与硅质河砂骨料的界面矿物组成、孔隙率及微观力学性能演变规律。结果表明,随着胶砂比的降低,固碳胶凝材料的碳化程度显著提高;而胶砂比为1∶1时砂浆的抗压强度最高,碳化养护24 h抗压强度达到46.9 MPa;继续降低胶砂比,砂浆的碳化硬化性能下降,可能与碳酸钙晶体在界面过渡区的富集有关。     

电石渣改性固体废弃物胶固粉的制备及性能研究

以32.5级普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰和芒硝为原料,工业废弃物电石渣为添加材料,制备了不同电石渣掺杂量(0,0.5%,1.0%和1.5%(质量分数))的改性胶固粉,分析了电石渣掺杂量对改性胶固粉晶体结构、微观形貌、力学性能、凝结时间和结合水量的影响。结果表明,电石渣的掺杂没有生成新的产物,但加速了C₂S和C₃S的消耗,提高了水化反应的速率,当电石渣的掺杂量为1.0%(质量分数)时,水化产物结合最为紧密;随着电石渣掺杂量的增加,改性胶固粉的凝结时间逐渐减小,28 d的抗压强度和化学结合水量均先增大后减小。当电石渣的掺杂量为1.0%(质量分数)时,28 d的抗压强度和化学结合水量达到了最大值,分别为2.98 MPa和6.8%。这是因为适量电石渣的掺入加速了胶固粉的水化反应,增加了其结构致密性,从而提高了胶固粉的力学性能。由此可知,电石渣的最佳掺杂量为1.0%(质量分数)。     

电石渣制备纳米碳酸钙时预处理方式对产品的影响

以电石渣为原料,采用联钙法制备纳米碳酸钙,具体考察了氯化铵铵化和盐酸氨水铵化两种预处理方式对产品的影响,结果表明,电石渣分别经过氯化铵铵化和盐酸氨水铵化预处理后,碳化均能制备出符合国家标准的纳米碳酸钙。氯化铵预处理时,氯化铵与电石渣最佳质量比为1.5：1。盐酸氨水铵化预处理最佳条件为盐酸调节电石渣溶液pH值至8,氨水与电石渣最佳质量比为2：1（以28%氨水计）。电石渣分别在两种预处理方式最佳条件下处理碳化制备纳米碳酸钙的收率、纯度和白度差异较小。氯化铵氨化预处理电石渣处理制备纳米碳酸钙更经济实用。     

铜渣基铁系磷酸盐化学键合材料的制备及其固化Pb2+的研究

利用富含铁氧化物的铜渣和磷酸二氢钾反应制备铁系磷酸盐化学键合材料,并将其作为基体材料固化重金属离子Pb~(2+)。研究了原料配比、缓凝剂及硝酸铅掺量对胶凝材料初凝时间和抗压强度的影响。结果表明,当m(P)/m(CS)为1/4及硼砂掺量为2%时,材料性能最好,自然养护28d和常压蒸汽养护24h抗压强度分别可达44.78 MPa和30.48 MPa。随着重金属铅掺量的增加,固化体抗压强度逐渐降低,铝掺量为4.5%时,自然养护28d和蒸汽养护24h固化块抗压强度均大于10 MPa。对固化体的重金属毒性浸出试验表明:铁系磷酸盐化学键合材料对重金属离子Pb~(2+)具有很好的固化效果,固化体毒性浸出质量浓度远低于国家浸出毒性鉴别标准限值(5mg/L)。通过XRD、SEM和FTIR对重金属固化体进行表征分析,发现固化体中形成了PbHPO_4和Pb_3(PO_4)_2等重金属磷酸盐产物,并被铁系磷酸盐胶凝相物质紧密包裹,从而通过化学键合和物理包裹等双重作用实现重金属Pb的稳定固化。