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作者：余春雨太原理工大学

学位级别：硕士

高硫煤储量、堆积量大,利用率低,是资源化利用的重点和难点,在将其作为烧结砖利用时,会产生泛霜、爆裂及试件强度低等问题,大多被遗留堆积造成一系列环境问题。由于高硫煤中无机硫含量较高,在低温潮湿环境中,与氧气发生氧化反应并放出热... 详细信息

高硫煤储量、堆积量大,利用率低,是资源化利用的重点和难点,在将其作为烧结砖利用时,会产生泛霜、爆裂及试件强度低等问题,大多被遗留堆积造成一系列环境问题。由于高硫煤中无机硫含量较高,在低温潮湿环境中,与氧气发生氧化反应并放出热量,热量积累到一定程度,引起煤矸石中残留煤质的燃烧,进而导致整座矸石山燃烧;高硫煤矸石的露天堆储过程中,不仅存在坍塌、滑坡、泥石流等潜在危害,而且在受风化、降水淋溶以及水体浸泡等影响也会发生氧化反应,无机硫中的硫化物被氧化成硫酸形成酸性矿山废水;其次大量重金属元素在雨水冲刷和酸性矿山废水运移过程中被淋溶出来,形成有毒的重金属酸性水污染,同时也会释放大量的有毒有害气体,危害人体健康,也会对环境造成严重破坏,因此回收利用高硫煤矸石是推动经济发展的重要组成部分。目前,微生物制造建材的研发和性能研究逐渐趋于成熟,大量研究结果表明产脲酶菌矿化产物(沉积产物碳酸钙)是一种优秀的生物胶凝材料。本文通过借鉴自然界碳酸岩硫酸化的替代反应机理,利用微生物矿化沉积技术生成的碳酸钙替换黄铁矿氧化后生成的硫酸盐,降低骨料中无机硫含量,同时中和硫化物氧化产生的H,以避免酸性废水生成,另一方面利用生成的碳酸钙对骨料的表面和内部孔隙进行填充,降低煤矸石骨料的吸水率,固化重金属离子,达到对骨料改性和强化的目的;除此之外,考虑到传统水泥的生产利用与国家低碳环保的发展理念相违背,碱激发胶凝材料是目前可替代水泥的胶凝材料之一,选择使用粉煤灰、矿渣粉等固体废弃物充当胶凝材料来代替水泥,并使用氢氧化钙激发混合材的胶凝特性,制备微生物高硫煤矸石免烧结砖。主要取得了以下研究成果:(1)将高硫煤矸石进行破碎、筛分,并用产脲酶细菌KJ01进行微生物改性增强骨料品质,研究骨料改性过程中菌液浓度、营养液中尿素浓度及钙离子浓度对骨料力学性能的影响规律。实验结果表明:Ca浓度为1.0mol/L时,骨料的全硫量由7.99%降至4.4%,降幅为44.9%,吸水率由11.33%降至6.1%,吸水率降幅46.16%;菌液浓度为0.4时全硫量由7.99%降至3.76%,全硫量降幅为52.9%,吸水率由11.33%降至7.05%,吸水率降幅为37.77%;尿素浓度为1.0mol/L时,骨料的全硫量由7.99%降至3.5%,全硫量降幅为56.2%,吸水率由11.33%降至5.14%,吸水率降幅为54.63%。(2)使用改性后的高硫煤矸石骨料、粉煤灰、矿渣粉、石膏以及氢氧化钙制备高硫煤矸石免烧结砖试件,分析粉煤灰、矿渣粉、石膏及氢氧化钙掺量对微生物高硫煤矸石免烧结砖抗折强度和抗压强度的影响规律。基于前期研究高硫煤矸石骨料与粉煤灰质量比为3:7时试件力学性能较好,后续实验研究保持高硫煤矸石占比不变,采用不同矿物掺和料等量替换粉煤灰,改变其比例。在28d的养护龄期下,实验结果表明,试件的抗折强度和抗压强度较对照组都有所增加:添加20%矿粉试件的抗折强度较对照组增长86.7%,抗压强度增长38.9%;添加20%矿粉及10%熟石灰试件的抗折强度较对照组增长100%,抗压强度增长398.1%;同时添加20%矿粉、10%熟石灰和5%石膏试件的抗折强度较对照组增长193.3%,抗压强度增长463%,故高硫煤矸石免烧砖的最佳配合比为高硫煤矸石:粉煤灰:矿粉:熟石灰:石膏=6:7:4:2:1。(3)对高硫煤矸石免烧结砖中微生物优化抗折强度、抗压强度的效果展开研究,分析菌液浓度、营养液中钙离子浓度及尿素浓度对微生物高硫煤矸石免烧结砖强度的影响规律。研究表明:随着菌液浓度(0-1.20)和营养液中钙离子浓度(0mol/L-1.20mol/L)、尿素浓度(0mol/L-1.20mol/L)的提高,相比于对照组,高硫煤矸石免烧砖的抗折强度、抗压强度均呈先增后减的变化趋势。实验结果表明:菌水悬液OD为0.8时,高硫煤矸石免烧砖的抗折强度从3.1MPa增长到4.8MPa,增幅为54.8%,抗压强度从27.5MPa增长到42.1MPa,增幅为53.1%;Ca浓度为0.8mol/L时,高硫煤矸石免烧砖的抗折强度从3.9MPa增长到5.0MPa,增幅为28.2%,抗压强度从25.3MPa增长到34.6MPa,增幅为36.8%;尿素溶液浓度0.8mol/L时,高硫煤矸石免烧砖的抗折强度从4.2MPa增长到5.2MPa,抗折强度增幅为23.8%,抗压强度从24.9MPa增长到31.2MPa,增幅为25.3%。(4)利用SEM及XRD技术,分析改性前后高硫煤矸石骨料以及微生物高硫煤矸石免烧结砖中矿化沉积后组分的变化,结果表明:骨料表面及缺陷处生成大量碳酸钙;试件中的胶凝材料粉煤灰、矿渣粉在氢氧化钙碱激发作用下,发生水化反应生成钙矾石,提高了试件的强度。利用ICP技术,分析骨料中重金属离子的固化率,结果表明:MICP过程中产

关键词：高硫煤矸石微生物矿化沉积煤矸石砖(或砌块) 物理力学性能水化机制

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基于RSM-DF的矿渣胶凝材料复合激发剂配比优化

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岩石力学与工程学报 2020年第S1期39卷 3103-3113页

作者：温震江高谦王忠红杨晓炳北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 鞍钢集团矿山设计研究院辽宁鞍山114002

针对较细全尾砂胶结充填采用水泥胶凝材料不仅充填效果差,而且成本较高的问题,利用矿渣微粉开发低成本矿山充填胶凝材料,为了有效激发矿渣微粉活性,在前期大量探索性试验的基础上,利用响应面–满意度多目标优化法(RSM-DF),开展复合激发... 详细信息

针对较细全尾砂胶结充填采用水泥胶凝材料不仅充填效果差,而且成本较高的问题,利用矿渣微粉开发低成本矿山充填胶凝材料,为了有效激发矿渣微粉活性,在前期大量探索性试验的基础上,利用响应面–满意度多目标优化法(RSM-DF),开展复合激发剂配比优化试验。首先对试验材料进行物化分析;其次基于前期试验确定的影响因素及相应水平,采用Design-Expert软件中的Box-Behnken响应面法设计并进行13组试验;接着根据结果建立响应面回归模型来研究3个因素及其交互作用对28 d强度、料浆坍落度及泌水率的影响;然后在此基础上采用满意度多目标优化法对复合激发剂配比进行优化。结果表明:2 8 d强度、坍落度和泌水率3个响应量不仅受单一因素的影响,而且受因素之间交互作用的影响;复合胶凝材料优化配比为:熟料含量4%,脱硫灰渣19%,芒硝含量0.5%,矿渣微粉76.5%,并以此配比进行验证试验,得到28 d强度、料浆坍落度和泌水率分别为3.42 MPa、18.6 cm和6.1%,均满足高浓度自流输送的要求。最后利用XRD和SEM等分析方法,探究了新型充填胶凝材料的水化机制,为新型胶凝材料在矿山的利用提供理论依据。

关键词：采矿工程充填采矿法胶凝材料矿渣微粉响应面–满意度函数多目标优化水化机制

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固井水泥浆的水化规律

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中国石油大学学报（自然科学版） 2010年第3期34卷 57-60,66页

作者：王斌斌王瑞和中国石油大学石油工程学院山东青岛266555

油气井固井过程就是水泥浆不断水化的过程,采用直接测试的方法考察固井水泥浆在不同温度、水灰比、掺料和外加剂条件下的水化规律。结果表明：随着温度升高,水化进程加快,水化温升峰值增大;水灰比的增大使温升峰值降低,水灰比为0.4-0.5... 详细信息

油气井固井过程就是水泥浆不断水化的过程,采用直接测试的方法考察固井水泥浆在不同温度、水灰比、掺料和外加剂条件下的水化规律。结果表明：随着温度升高,水化进程加快,水化温升峰值增大;水灰比的增大使温升峰值降低,水灰比为0.4-0.55时影响较大;粉煤灰和矿渣能推迟峰值出现时间,降低水化温升,但矿渣降低程度不如粉煤灰明显,掺量增加,水化后期温升较大;氯化钙对水化温升的影响随掺量的增加而变大,增大水化温升,加快峰值出现,但掺量较大会引起水化温升过高。

关键词：固井水泥浆水化机制水化温升外加剂

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旧水泥混凝土路面超薄水泥基加铺材料配合比优化

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中国粉体技术 2023年第6期29卷 27-38页

作者：马士宾侯立成刘月钊张俊飞河北工业大学土木与交通学院天津300400

旧水泥路面快速维修是公路养护人员面临的技术难题,而超薄加铺是一种低成本、高效率的维修方案。为了得到超薄水泥基加铺材料的最优配合比,通过对水泥基胶凝材料体系的强度发展规律和早期水化机制进行分析,确定基准配合比。以水胶质量... 详细信息

旧水泥路面快速维修是公路养护人员面临的技术难题,而超薄加铺是一种低成本、高效率的维修方案。为了得到超薄水泥基加铺材料的最优配合比,通过对水泥基胶凝材料体系的强度发展规律和早期水化机制进行分析,确定基准配合比。以水胶质量比、辅助胶凝材料替代率和胶砂质量比为自变量,采用三因素11组试验的A最优混合设计法(311-A最优混合设计法)对配合比进行优化设计,分析自变量对设计指标抗折强度、抗压强度以及流动度的影响。通过模拟计算得到3种配合比组合,对3种组合从经济性、技术性和工作性进行综合分析。结果表明:基于311-A最优混合设计法得到的材料最优配合比的水胶质量比为0.32,辅助胶凝材料替代率为15%,胶砂质量比为1.0,力学强度和流动度的预测值与基于室内试验的实测值误差在5%以内。

关键词：水泥基材料超薄加铺配合比最优混合设计水化机制

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生态型纯粉煤灰水泥的微观工作机理及宏观性能分析

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2017年第2期33卷 283-291页

作者：曹毅郭赛聪马士宾夏士杰吴志强山西大学土木工程系山西太原030006 河北工业大学土木与交通学院天津300401

目的研发一种常温下可制备、且无需碱活化的生态型纯粉煤灰水泥(EPFC),验证其具有与325R普通硅酸盐水泥相当甚至某些指标超出325R的使用性能.方法采用扫描电镜(SEM)、能量色散谱分析(EDS)、X射线衍射分析(XRD)等手段对原材料和不同龄期... 详细信息

目的研发一种常温下可制备、且无需碱活化的生态型纯粉煤灰水泥(EPFC),验证其具有与325R普通硅酸盐水泥相当甚至某些指标超出325R的使用性能.方法采用扫描电镜(SEM)、能量色散谱分析(EDS)、X射线衍射分析(XRD)等手段对原材料和不同龄期的生态型纯粉煤灰水泥开展微观分析,初步确定其水化机制、水化过程等微观工作机理;对EPFC试件进行抗压强度试验,氯离子渗透性能试验,干密度、塌落度、硬度和弹性模量试验,分析其宏观性能.结果粉煤灰中CaO含量较低,会降低溶液中Ca^(2+)和OH^-的浓度,降低pH值,造成粉煤灰中的硅酸盐溶解通常较慢,因此EPFC在超出28 d养生龄期后的一年内还有强度增长.EPFC水化过程非常复杂,水化产物包括氢氧化铝,C-S-H,M-A-S-H和***的高早强是因为粉煤灰主要由无定形的富Al富Ca相和石英的结晶相、赤铁矿、游离石灰、方镁石和氧化铝组成.结论 EPFC具有高早强和低密度的特点,可作为快速修补材料以及轻型混凝土原材料混凝土原材料.

关键词：生态型纯粉煤灰水泥水化机制微观工作机理

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硫铝酸盐水泥基促强减缩剂应用性能研究

硫铝酸盐水泥基促强减缩剂应用性能研究

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作者：王晓英北京工业大学

学位级别：硕士

混凝土的收缩开裂是业界一直以来关注的问题,在混凝土中掺入一定量的膨胀剂或减缩剂可以解决该问题,然而目前膨胀剂和减缩剂在使用过程中存在一些问题,例如掺减缩剂会导致强度降低、掺膨胀剂混凝土耐久性可能下降、可能出现延迟钙矾石... 详细信息

混凝土的收缩开裂是业界一直以来关注的问题,在混凝土中掺入一定量的膨胀剂或减缩剂可以解决该问题,然而目前膨胀剂和减缩剂在使用过程中存在一些问题,例如掺减缩剂会导致强度降低、掺膨胀剂混凝土耐久性可能下降、可能出现延迟钙矾石等问题,因此一种新型、适应性强的新型膨胀剂或者促强减缩剂的开发是十分必要的。一种新型促强减缩剂——硫铝酸盐水泥基促强减缩剂(SP-SRA)可提高水泥混凝土早期和后期强度,减少水泥混凝土后期的干燥收缩,并且提高水泥混凝土抗收缩、抗渗等一系列耐久性。本文将SP-SRA掺入到水泥混凝土中,首先,研究了不同掺量的SP-SRA对水泥砂浆宏观性能的影响,通过水化热及一些微观分析手段分析了其作用机理;其次,研究了SP-SRA对水泥混凝土耐久性的影响;最后,通过研究SP-SRA对砂浆力学性能、膨胀率的影响以及XRD、SEM等微观方法的分析研究了SP-SRA中的硫对延迟钙矾石生成的影响。结果表明:(1)SP-SRA的加入促进了水泥早期水化放热速率,随SP-SRA掺量的增加,水泥抗压抗折强度均逐渐增加,28d的干空收缩明显减小,钙矾石生成速率加快,3d和28d的钙矾石含量逐渐增加,Ca(OH)含量逐渐降低,并且随水化的进行,掺SP-SRA的水泥浆体小孔逐渐增多,大孔逐渐减少,水泥水化反应的产物填充并密实着水泥石的毛细孔,使得水泥石更加密实。(2)掺加SP-SRA可以改善混凝土的工作性能,并且提高了混凝土早期和后期的抗压强度。其抗收缩性、抗碳化性、抗冻融性、抗氯离子渗透性也不同程度得到了改善。(3)20℃标准养护下,初步判断SP-SRA不会有延迟钙矾石生成的可能,而当早期蒸养温度达到90℃,并且经过两次干湿循环后,SP-SRA-基准水泥体系和硫铝酸盐水泥+硬石膏+基准水泥体系在养护到28d时试件产生微裂纹,SEM图片上也可以看出56d龄期时,孔缝处存在大量针棒状钙矾石。对延迟钙矾石膨胀机制有了初步的假想:90℃早期高温养护后,大量钙矾石转变成单硫型水化硫铝酸钙,之后在正常的湿养条件下,钙矾石在离子富集区域重新生成晶核,Al、S离子通过溶液输送,沉淀在晶核上,晶体不断在微裂纹处长大,由于空间不足变为针棒状,继而对裂纹产生膨胀压力,导致试件的膨胀。

关键词： SP-SRA 强度膨胀率延迟钙矾石水化机制耐久性

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铝灰在铁沟浇注料中的应用研究

铝灰在铁沟浇注料中的应用研究

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第十五届全国耐火材料青年学术报告会

作者：王立旺浙江锦诚耐火材料有限公司

针对工业废弃物铝灰的化学成分和铁沟浇注料的防爆性能要求,分析了金属铝和氮化铝与水反应的热力学过程,并研究了不同铝灰添加量(其质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%、5%和6%)对铁沟浇注料抗爆裂温度的影响。结果表明:铝灰中的金属铝比... 详细信息

针对工业废弃物铝灰的化学成分和铁沟浇注料的防爆性能要求,分析了金属铝和氮化铝与水反应的热力学过程,并研究了不同铝灰添加量(其质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%、5%和6%)对铁沟浇注料抗爆裂温度的影响。结果表明:铝灰中的金属铝比氮化铝更易于与水反应;铁沟浇注料中铝灰添加量从0%的范围内,抗爆裂温度随着铝灰添加量的增加而逐渐升高,当铝灰添加量超过4%时,气体产生量过大,试样在常温养护过程中就出现鼓胀开裂;铝灰中的成分在铁沟浇注料中的反应是相互促进的过程,并且有利于促进浇注料硬化,与防爆纤维复合使用能起到更好的防爆效果,满足铁沟浇注料快干脱模和快速烘烤的使用要求。

关键词：铝灰铁沟浇注料水化机制抗爆裂性

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阿利特-硫铝酸盐水泥的合成与水化研究进展

阿利特-硫铝酸盐水泥的合成与水化研究进展

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第十届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议

作者：陈诚芦令超济南大学材料科学与工程学院

阿利特和无水硫铝酸钙矿物分别是硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的主导矿物。阿利特矿物的早期强度偏低,后期强度高。硫铝酸钙是典型的早强型矿物,但后期强度增进率低。因此,实现这两种矿物的复合,制各以阿利特和硫铝酸钙为主导矿物的新型水... 详细信息

阿利特和无水硫铝酸钙矿物分别是硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的主导矿物。阿利特矿物的早期强度偏低,后期强度高。硫铝酸钙是典型的早强型矿物,但后期强度增进率低。因此,实现这两种矿物的复合,制各以阿利特和硫铝酸钙为主导矿物的新型水泥材料,将使水泥的早期强度进一步提高,并具有较高的强度增进率和后期强度。

关键词：水泥合成水化机制阿利特-硫铝酸盐水泥水泥强度

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泥浆性能对固井质量的影响

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内蒙古石油化工 2011年第8期37卷 105-页

作者：杨洪涛大庆钻探工程公司钻井技术服务二公司固井分公司吉林松原138000

随着复杂地层的开发,中低压地层钻井数量增加,对固井需要的低水泥泥浆性能要求越来越高。为了保证油层段的封固质量,首先要在注水泥浆时始终保持并筒内的液柱压力等于或略大于地层流体压力。采用适合本地工区的水泥浆结构,钻井封固应遵... 详细信息

随着复杂地层的开发,中低压地层钻井数量增加,对固井需要的低水泥泥浆性能要求越来越高。为了保证油层段的封固质量,首先要在注水泥浆时始终保持并筒内的液柱压力等于或略大于地层流体压力。采用适合本地工区的水泥浆结构,钻井封固应遵循科学性、可行的性。大大减少了水泥浆的失重和窜槽,实现了压稳和防窜的目的,使固井质量得到有效提高。

关键词：水泥泥浆固井质量水化机制

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