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钢渣-矿渣基胶凝材料的协同水化机理

建筑材料学报 2024年第4期27卷 366-374页

作者：南雪丽杨旭张宇唐维斌张富强兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司甘肃兰州730030

通过胶砂强度试验及X射线衍射仪(XRD)、热失重分析(TG-DTG)、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)等微观测试技术,对不同配合比钢渣-矿渣基胶凝材料的力学性能、水化产物及其水化硬化过程进行了研究.结果表明:当胶凝材料的n(CaO+MgO)/n(SiO2+Al2O3... 详细信息

通过胶砂强度试验及X射线衍射仪(XRD)、热失重分析(TG-DTG)、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)等微观测试技术,对不同配合比钢渣-矿渣基胶凝材料的力学性能、水化产物及其水化硬化过程进行了研究.结果表明:当胶凝材料的n(CaO+MgO)/n(SiO2+Al2O3)=0.90时,其水化后期有较多的水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶生成,微观结构更加致密,力学性能表现最优,28 d抗压强度和抗折强度分别达到20.20、7.25 MPa;pH值的变化反映出协同水化效应的关键在于钢渣活性矿物的溶解和矿渣的二次火山灰反应,钢渣和矿渣的最佳配合比可以保证水化程度有较高的水平.

关键词：钢渣高炉矿渣胶凝材料协同水化效应水化反应

基于光谱学分析的硬质聚氨酯泡沫/钢渣/次磷酸铝复合材料阻燃机理研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1487-1493页

作者：刘梦茹戴震龙红明张浩季益龙杨亚东唐刚安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032 安徽工业大学材料工程学院安徽马鞍山243032 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 安徽马鞍山243032 安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢... 详细信息

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢渣的附加值,将SS和次磷酸铝(AHP)引入到RPUF中,采用一步全水发泡法,制备一系列阻燃RPUF(FR-RPUF)复合材料。利用射线荧光光谱分析(XRF)探究了SS的化学成分,并系统研究了SS/AHP对FR-RPUF复合材料的微观形貌、热稳定性、阻燃性能以及气相产物的影响。XRF测试表明:钢渣的化学成分主要是CaO、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SO_(3)、MgO,以上金属氧化物能够作为协效剂促进聚合物成炭,并覆盖在材料表面阻隔燃烧热,在凝聚相达到阻燃目的。扫描电镜(SEM)测试表明:SS/AHP与RPUF基体的相容性较差导致FR-RPUF的泡孔出现不同程度的破损。阻燃测试表明:RPUF-1、RPUF-4、RPUF-5的极限氧指数分别为24.2 vol%、23.4 vol%、19.7 vol%,说明SS和AHP存在一定的协效阻燃作用,且RPUF/SS/AHP复合材料全部通过UL-94 V-0级别,满足外墙保温材料使用要求。热重-红外分析(TG-FTIR)测试表明:SS/AHP并未改变RPUF的降解过程,气相产物主要为碳氢化合物、羰基化合物、氨基甲酸酯、CO_(2)、异氰酸酯化合物、芳香族化合物、氰化氢、羰基化合物和酯类。对典型挥发性产物进一步分析发现,AHP和SS的加入促进RPUF基体早期降解。拉曼测试表明:当SS/AHP加入到RPUF后,RPUF-4的D峰与G峰的峰面积比(I_(D)/I_(G))值最小,表明SS/AHP的加入提高了FR-RPUF复合材料炭渣的致密性、石墨化程度。结合上述分析提出阻燃机理:首先AHP吸热分解,降低了火焰周围的温度,其分解的PO·自由基捕获游离的HO·抑制连锁反应,分解产生的焦磷酸铝与炭渣覆盖在基体表面,抑制了火焰和可燃气体的扩散。AHP分解产生的PH3遇氧气生成酸性物质(磷酸和聚磷酸),促进了RPUF脱水成炭,并且钢渣中的矿物成分会与磷酸或聚磷酸反应,形成致密炭层,与AHP共同发挥协效阻燃作用。研究为SS和AHP复配阻燃硬质聚氨酯泡沫材料提供理论依据和实验基础。

关键词：光谱学分析硬质聚氨酯泡沫钢渣次磷酸铝复合材料阻燃机理

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工业CT对混凝土中混杂钢渣颗粒的鉴别应用

建筑材料学报 2024年第4期27卷 343-349页

作者：陈春李之涵潘伟行傅琦张亚梅东南大学材料科学与工程学院江苏南京211189 东南大学江苏省土木工程材料重点实验室江苏南京211189 浙江新世纪工程检测有限公司浙江杭州310022

采用工业CT对混凝土中的钢渣颗粒和普通石子进行三维扫描,获得两者在形貌上的差异.将钢渣颗粒按体积分数3%、6%和9%掺入混凝土中,并使用工业CT扫描获得不同掺量钢渣颗粒混凝土试样的形貌学特征.基于图像相似法得到钢渣颗粒的灰度范围,... 详细信息

采用工业CT对混凝土中的钢渣颗粒和普通石子进行三维扫描,获得两者在形貌上的差异.将钢渣颗粒按体积分数3%、6%和9%掺入混凝土中,并使用工业CT扫描获得不同掺量钢渣颗粒混凝土试样的形貌学特征.基于图像相似法得到钢渣颗粒的灰度范围,并采用该灰度范围对图像进行二值化处理,计算钢渣颗粒的掺量.结果表明:钢渣颗粒掺量的计算结果与实际掺入的钢渣颗粒体积分数较为接近,误差范围小于±10%,具有较高精度.结合实际工程案例,采用工业CT和X射线荧光光谱分析仪(XRF)等测试手段,对钢渣颗粒引发的混凝土外观质量事故成因进行科学分析.

关键词：混凝土工业CT 钢渣案例分析

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三乙醇胺络合作用下钢渣的水化特性

硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1621-1630页

作者：常磊黄炳银王剑锋刘辉王亚丽崔素萍北京工业大学材料科学与工程学院北京工业大学碳中和未来技术学院

三乙醇胺（TEA）作为外加剂常用于提高钢渣胶凝活性，但目前关于TEA对钢渣水化的研究仍集中在钢渣-水泥复合体系，难以明确TEA对钢渣水化特性的影响。本工作将TEA引入纯钢渣体系，通过抗压强度、水化热、热重、物相分析、络合能力测定... 详细信息

三乙醇胺（TEA）作为外加剂常用于提高钢渣胶凝活性，但目前关于TEA对钢渣水化的研究仍集中在钢渣-水泥复合体系，难以明确TEA对钢渣水化特性的影响。本工作将TEA引入纯钢渣体系，通过抗压强度、水化热、热重、物相分析、络合能力测定和溶解特性分析来表征TEA络合作用下纯钢渣的水化特性。结果表明：TEA显著提高了硬化钢渣浆体早期及后期抗压强度，主要原因是TEA促进了钢渣中铝相(C3A、C12A7)和铁相（C2F）的水化及其与CaCO3之间的反应，生成了对抗压强度有利的单碳型水化碳铝酸盐[C4（A,F）■H11]，从而提高了钢渣浆体的水化程度。TEA对水化的促进与TEA的络合作用有关，TEA可以与Ca2+、Al3+、Fe3+3种金属离子络合，在一定范围内（TEA与金属离子摩尔比小于等于1时），TEA与金属离子间的络合能力从强到弱依次为Fe3+、Al3+、Ca2+。TEA通过络合作用促进了钢渣的溶解，从而促进了钢渣的水化。

关键词：钢渣三乙醇胺络合水化

温度对煤矸石还原钢渣铁氧化物制备的水淬渣活性的影响

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 522-532页

作者：宋强聂娇宋甜甜胡亚茹邓洋陈延信程福安西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055 陕西富平生态水泥有限公司陕西渭南711709

钢渣中的铁氧化物是影响钢渣粉活性的因素之一。为改善钢渣粉水化活性,实现钢渣和煤矸石协同处置,利用煤矸石中残碳还原和分离出钢渣中的铁,研究了不同温度下煤矸石与钢渣制备的水淬残渣的物相变化以及水化活性。结果表明:提高还原温度... 详细信息

钢渣中的铁氧化物是影响钢渣粉活性的因素之一。为改善钢渣粉水化活性,实现钢渣和煤矸石协同处置,利用煤矸石中残碳还原和分离出钢渣中的铁,研究了不同温度下煤矸石与钢渣制备的水淬残渣的物相变化以及水化活性。结果表明:提高还原温度,可以显著提高铁的回收率,最高可达94%。还原温度低于1450℃时,水淬残渣中的矿物相主要为钙镁蔷薇辉石和钙铝黄长石。随着温度分别升高到1450℃和1500℃,钙镁蔷薇辉石和钙铝黄长石相消失。此时,水淬残渣主要由玻璃相组成。还原温度升高导致水淬残渣中玻璃相含量增多,胶凝活性增强,掺加高还原温度水淬渣的水泥水化反应累计放热量更大。

关键词：钢渣煤矸石碳热还原水淬残渣水化活性

钢渣骨料多孔结构对沥青混合料低温抗裂性能的影响机制

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北京工业大学学报 2024年第1期50卷 82-93页

作者：曾辉沈泽涵郅晓黄毅李婷玉陈宇亮肖源杰湖南省交通科学研究院有限公司长沙410015 中南大学土木工程学院长沙410075 中国建材集团有限公司北京100036 重载铁路工程结构教育部重点实验室(中南大学) 长沙410075

钢渣骨料的多孔结构对沥青混合料低温抗裂性能影响的宏细观机制尚不掌握,不利于钢渣骨料沥青路面长期性能的有效保持。针对此不足,基于室内低温弯曲试验,构建了可表征钢渣骨料多孔结构的沥青混合料小梁试样精细化离散元模型,进而开展了... 详细信息

钢渣骨料的多孔结构对沥青混合料低温抗裂性能影响的宏细观机制尚不掌握,不利于钢渣骨料沥青路面长期性能的有效保持。针对此不足,基于室内低温弯曲试验,构建了可表征钢渣骨料多孔结构的沥青混合料小梁试样精细化离散元模型,进而开展了不同的钢渣孔隙率和开口孔隙沥青填充度下的虚拟低温弯曲试验,量化分析了钢渣多孔结构对试样整体强度和细观断裂性能的影响规律及机制。试验研究结果表明:多孔钢渣骨料仅可替代粒径大于2.36 mm的粗骨料,控制钢渣加热温度并延长湿拌时间可确保沥青胶浆充分填充钢渣骨料表面孔隙;离散元数值模拟结果表明钢渣骨料表面开口孔隙附近出现应力集中,裂缝贯通钢渣开口孔隙;钢渣骨料表面孔隙率越高,则峰值应力越低,裂缝越易从开口孔隙处发育;峰值应力随钢渣骨料表面开口孔隙沥青胶浆填充度的降低而显著降低;钢渣骨料表面孔隙对沥青胶浆的吸收作用会显著影响裂缝萌生路径及混合料的低温抗裂性能,裂缝易在钢渣孔洞附近萌生,且开口孔隙无沥青填充时此裂缝扩展特征更明显;钢渣骨料表面孔隙可增强沥青-钢渣界面的黏结性能,但开口孔隙过大会导致应力集中且易萌生裂缝。在实际工程中建议控制大孔隙钢渣骨料含量,并确保沥青砂浆充分填充钢渣骨料表面孔隙,以提高其低温抗裂性能。

关键词：钢渣多孔结构沥青混合料低温开裂细观损伤离散元

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钢渣高效碳化及无定形二氧化硅制备

建筑材料学报 2024年

作者：徐明超郑克仁张禛庆陈楼元强中南大学土木工程学院

针对钢渣利用率低、处理方法效果差等问题，本文提出了一种以Na2CO3溶液为介质的钢渣高效碳化方式.研究了最佳反应参数，并对碳化产物及制备的二氧化硅进行了表征.研究结果表明：（1）通过调控溶液浓度、反应温度、液固比、反应时间等... 详细信息

针对钢渣利用率低、处理方法效果差等问题，本文提出了一种以Na2CO3溶液为介质的钢渣高效碳化方式.研究了最佳反应参数，并对碳化产物及制备的二氧化硅进行了表征.研究结果表明：（1）通过调控溶液浓度、反应温度、液固比、反应时间等参数，钢渣可以达到最大碳化程度78.60%；（2）钢渣中硅酸盐相中的钙可以充分碳化，但存在于RO相-硅酸盐相固溶体中的钙碳化受限；（3）可实现55.46%的二氧化硅提取率，提取制备得到的无定形二氧化硅纯度高达98.79%.本文为钢渣的固碳高值化利用提供了方向.

关键词：钢渣碳化 Na CO 溶液二氧化硅

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钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征

钢铁研究学报 2024年第2期36卷 245-255页

作者：侯新凯汤雨怡习珍通武萌詹华西安建筑科技大学材料科学与工程学院陕西西安710055

以钢渣为研究对象,通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)和光学显微分析等研究方法,探究了在微波加热过程中熔融温度、保温时间、降温速率和结晶温度对钢渣中RO相晶体生长的影响,获得了钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征。研究结果表明:钢渣... 详细信息

以钢渣为研究对象,通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)和光学显微分析等研究方法,探究了在微波加热过程中熔融温度、保温时间、降温速率和结晶温度对钢渣中RO相晶体生长的影响,获得了钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征。研究结果表明:钢渣熔融温度为1400℃;降温过程中,RO相的平均粒径随着降温速率的减小而增大,但降温速率过低会导致晶体粒径尺寸分布不均匀。降温速率为1℃/min时,RO相晶体的粒径分布均匀且晶界清晰,结晶温度降低,RO相晶体平均粒径先增加后减小;结晶温度为1180℃时,RO相晶体的平均粒径达到最大值,RO相晶体粒径从26μm长大到43μm,是原晶体平均粒径的近2倍,实现了钢渣中RO相晶体粒径的长大,且晶体形貌完整、晶界分明。微波处理后钢渣分选精矿中全铁(TFe)含量提高至原钢渣分选后精矿的1.2倍。

关键词：钢渣 RO相微波加热结晶温度晶体生长

基于三维随机集料的钢渣沥青混合料微波加热和冷却过程温度模拟

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北京工业大学学报 2024年第4期50卷 466-477页

作者：陈雪琴万保才王宇豪董侨姚辉南京理工大学土木工程系南京210094 安徽淮南平圩发电有限责任公司淮南232089 东南大学交通学院南京211189 北京工业大学城市建设学部北京100124

为研究钢渣透水沥青混合料在微波加热和冷却过程中的温度分布以及不同材料之间的传热机理,采用钢渣集料部分替换玄武岩粗集料(4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm),基于三维随机集料构建沥青混合料试件的细观模型,分别模拟了普通玄武岩集料试... 详细信息

为研究钢渣透水沥青混合料在微波加热和冷却过程中的温度分布以及不同材料之间的传热机理,采用钢渣集料部分替换玄武岩粗集料(4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm),基于三维随机集料构建沥青混合料试件的细观模型,分别模拟了普通玄武岩集料试件(PAC-B)、普通钢渣粗集料试件(PAC-US)及改性钢渣粗集料试件(PAC-MS)3种沥青混合料在连续微波加热和冷却过程的温度分布,并将数值模拟结果与室内试验相互验证。结果表明:无论是加热过程还是冷却过程,沥青砂浆的表面温度分布区域与集料表面温度分布区域均一致,且集料表面的最高温度要大于沥青砂浆的表面最高温度,说明集料吸波能力强于沥青砂浆。在冷却过程中,集料向沥青砂浆传导热量,二者之间温差不断减小。对于同一种试件,集料(2.36~4.75 mm、4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm)粒径在4.75~9.50 mm范围内的体积平均温度最高。加热和冷却过程中,2种钢渣集料试件PAC-US、PAC-MS温度均高于PAC-B。将非均质数值模拟结果与室内试验结果对比,二者吻合度较好,用非均质模型模拟微波加热与冷却过程温度具有可行性。

关键词：钢渣三维随机集料沥青混合料微波加热冷却温度数值模拟