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养护温度对矿渣硫铝酸盐水泥水化的影响机理

材料导报 2023年第11期37卷 88-92页

作者：徐玲琳欧阳军杨肯徐名凤周健先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804 同济大学材料科学与工程学院上海201804 河北工业大学土木与交通学院天津300401

研究了5℃、20℃和40℃养护下矿渣硫铝酸盐水泥的强度发展、水化放热、干燥收缩、水化产物及孔结构演变。结果表明,不同于硅酸盐水泥,矿渣硫铝酸盐水泥早期水化生成较多钙矾石,但累计放热量较低。养护温度越高,矿渣硫铝酸盐水泥石的早... 详细信息

研究了5℃、20℃和40℃养护下矿渣硫铝酸盐水泥的强度发展、水化放热、干燥收缩、水化产物及孔结构演变。结果表明,不同于硅酸盐水泥,矿渣硫铝酸盐水泥早期水化生成较多钙矾石,但累计放热量较低。养护温度越高,矿渣硫铝酸盐水泥石的早期力学强度越高;但20℃下后期抗压强度显著提升,远超过其他温度。相应的,源自小孔内水分蒸发产生的较大孔壁压力,20℃下水泥石表现出最显著的收缩行为。

关键词：矿渣硫铝酸盐水泥养护温度水化机理孔结构

镁质胶凝材料制备与分类、水化机理及耐久性能

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矿业科学学报 2023年第6期8卷 856-867页

作者：胡捷王艳张少辉常天风孙琳琳西安建筑科技大学材料科学与工程学院陕西西安710055 西部绿色建筑国家重点实验室陕西西安710055 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

镁质胶凝材料是基于活性MgO的一种新型胶凝材料,具有快凝、早强、耐火等特性,在修补、抢修等工程中具有显著优势。本文按照MgO煅烧温度及调和液种类,将镁质胶凝材料分为氯氧镁水泥、硫氧镁水泥和磷酸镁水泥,详细讨论并总结了它们的水化... 详细信息

镁质胶凝材料是基于活性MgO的一种新型胶凝材料,具有快凝、早强、耐火等特性,在修补、抢修等工程中具有显著优势。本文按照MgO煅烧温度及调和液种类,将镁质胶凝材料分为氯氧镁水泥、硫氧镁水泥和磷酸镁水泥,详细讨论并总结了它们的水化机理及耐久性能。氯氧镁水泥的水化实质是MgO、MgCl_(2)和H_(2)O三元体系水化;硫氧镁水泥水化过程由于游离MgSO4的存在导致硬化体系的强度较低;磷酸镁水泥由于MgO溶解放热及与磷酸盐之间剧烈反应放热的重叠导致水泥水化过快及放热过于集中。碳化会收缩镁质胶凝材料硬化基体中的毛细孔、优化内部孔结构,提高其强度及耐久性。镁质胶凝材料耐水性都较差,氯氧镁水泥耐水性差的原因目前并没有统一的认识;硫氧镁水泥耐水性差是因为未反应的MgO与水反应生成Mg(OH)_(2),引起体积膨胀、硬化基体开裂;磷酸镁水泥耐水性差是因为磷酸盐会导致水化产物及未反应的MgO溶解。

关键词：镁质胶凝材料氯氧镁水泥硫氧镁水泥磷酸镁水泥水化机理耐久性能

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金川镍渣充填胶凝材料力学性能与水化机理

中国有色金属学报 2021年第4期31卷 1074-1083页

作者：温震江高谦杨志强杨晓炳倪文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 金川集团股份有限公司金昌737100

金川矿山利用镍渣开发新型胶凝材料替代水泥以降低充填成本,为了使镍渣胶凝材料更好地应用于矿山充填,需要对其力学性能与水化机理进行研究。首先对试验材料进行物化分析,然后在此基础上进行强度试验,确定激发剂配比、物料比表面积及料... 详细信息

金川矿山利用镍渣开发新型胶凝材料替代水泥以降低充填成本,为了使镍渣胶凝材料更好地应用于矿山充填,需要对其力学性能与水化机理进行研究。首先对试验材料进行物化分析,然后在此基础上进行强度试验,确定激发剂配比、物料比表面积及料浆质量分数,最后利用XRD分析、红外光谱分析、差热分析、能谱分析以及SEM微观结构分析来探究镍渣胶凝材料水化产物及水化机理,为其在矿山的应用提供理论基础。结果表明:镍渣胶凝材料配比为m(镍渣):m(脱硫石膏):m(电石渣):m(硫酸钠):m(熟料)=85:5:5:3:2;镍渣、脱硫石膏、电石渣和熟料最佳比表面积分别为620、320、320和300 m^(2)/kg;料浆质量分数为81%时不仅满足自流输送,并可按照1:4胶砂比制备充填体,7 d和28 d静态抗压强度分别为3.46 MPa和5.76 MPa,7 d和28 d动载抗压强度分别为5.3 MPa和12.5 MPa,7 d和28 d抗拉强度分别为1.53 MPa和1.79 MPa,7 d和28 d抗剪强度分别为1.19 MPa和4.04 MPa,均满足矿山要求。镍渣在碱和硫酸盐复合激发作用下,结晶态物质和玻璃体不断解聚和溶解,并且发生水化反应,生成大量钙矾石、类钙矾石相;同时,生成不规则的絮状凝胶填充空隙,随着养护龄期不断增长,结构逐渐密实,强度也随之提高。

关键词：充填采矿法镍渣复合激发力学性能水化机理

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铁尾矿基多元矿物掺和料耦合水化机理分析

非金属矿 2022年第3期45卷 103-106页

作者：张延年张祥坤顾晓薇王亭韩东徐琰沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819 辽宁省产品质量监督检验院辽宁沈阳110032

为促进固废的资源化利用,解决尾矿堆积带来的环境、安全等问题,以铁尾矿、粉煤灰、锂渣为掺和料替代部分水泥制备复合胶凝材料。通过对材料进行物化分析、力学性能测试,研究铁尾矿、粉煤灰、锂渣三掺在不同配比和不同掺量下对胶砂强度... 详细信息

为促进固废的资源化利用,解决尾矿堆积带来的环境、安全等问题,以铁尾矿、粉煤灰、锂渣为掺和料替代部分水泥制备复合胶凝材料。通过对材料进行物化分析、力学性能测试,研究铁尾矿、粉煤灰、锂渣三掺在不同配比和不同掺量下对胶砂强度的影响,并分析复合胶凝材料的水化机理。结果表明,在水化反应初期,水泥水化生成水化硅酸钙和钙矾石,提供早期强度;水化反应继续,三掺体系中活性SiO_(2)和Al_(2)O_(3)与Ca(OH)_(2)发生二次水化反应生成大量水化硅酸钙、水化铝酸钙及钙矾石等水化产物,部分未活化铁尾矿中的残余颗粒填充体系孔隙,胶凝材料体系中存在耦合作用,固废协同水化,促进体系强度增加。

关键词：固废资源化矿物掺和料铁尾矿复合胶凝材料水化机理抗压强度

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磷石膏基充填胶凝材料配方优选及水化机理

华北水利水电大学学报(自然科学版) 2023年

作者：杨晨贾永祥杨啸吕亚军华北水利水电大学

磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物,其活性很低,是一种非常难以处理的废弃物。酒泉钢铁公司炼铁过程中产生的矿渣具有较高的活性,可以与磷石膏混合来制备充填胶凝材料,对采空区进行回填来消除采空区带来的危害。由不同配比和细度... 详细信息

磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物,其活性很低,是一种非常难以处理的废弃物。酒泉钢铁公司炼铁过程中产生的矿渣具有较高的活性,可以与磷石膏混合来制备充填胶凝材料,对采空区进行回填来消除采空区带来的危害。由不同配比和细度下材料强度的正交试验,得出了磷石膏基充填胶凝材料的最优配方,在此基础上使用SEM(扫描电子显微镜)和XRD(X射线衍射)观测了其内部结构。结果表明:在生石灰含量5.5%～6.0%、磷石膏含量30%～33%、Na OH含量1.5%～2.0%，芒硝含量2.5%～3%,平均粒径为15.88μm,添加助磨剂和早强剂的情况下,充填体的3天和7天强度分别达到1.58 MPa和4.1 MPa。水化硅酸钙凝胶和钙矾石的生成量随着期龄的增长逐渐增加,结构逐渐密实,水化硅酸钙凝胶在充填体中起到了充填黏结作用,钙矾石在充填体中起到了穿插支撑作用,从而提高了整体强度。

关键词：采空区磷石膏矿渣固体废弃物水化机理抗压强度

基于碱激发机理的再生微粉胶凝体系流变性能、力学性能及水化机理研究

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基于碱激发机理的再生微粉胶凝体系流变性能、力学性能及水化机理...

作者：车雪萍青岛理工大学

学位级别：硕士

再生微粉的利用作为一种处理建筑垃圾的途径,能够细化建筑垃圾的再生循环途径,实现建筑垃圾的再利用价值,其研究具有深远的意义。水泥在生产过程中会消耗大量的能源,将再生微粉作为矿物掺合料替代部分水泥使用,能够节约能源,减少温室气... 详细信息

再生微粉的利用作为一种处理建筑垃圾的途径,能够细化建筑垃圾的再生循环途径,实现建筑垃圾的再利用价值,其研究具有深远的意义。水泥在生产过程中会消耗大量的能源,将再生微粉作为矿物掺合料替代部分水泥使用,能够节约能源,减少温室气体的排放,同时实现了建筑垃圾再生利用。而碱激发胶凝材料由于其早强、耐久性好、绿色低碳被认为是最有可能替代水泥的材料。将再生微粉与碱激发胶凝材料结合,制备一种新型的绿色胶凝材料,探索一条再生微粉利用的新途径,对处置固体废弃物和节约原材料有非常重要的意义。本文将废弃混凝土和废弃红砖经过破碎、粉磨、筛分后,制得再生混凝土微粉和再生红砖微粉,将两种微粉以五种比例(3:1、2:1、1:1、1:2、1:3)混合,得到复合再生微粉,三种微粉的粒径均≤0.15mm;将三种再生微粉以0%、10%、20%、30%、40%的掺量分别掺入水泥体系、碱激发矿渣体系、碱激发矿渣+粉煤灰体系中,探索再生微粉的掺量对水泥体系和碱激发体系的流动性能、力学性能的影响规律,研究再生微粉的活性效果;利用旋转流变仪、扫描电子显微镜分别研究再生微粉对水泥浆体和碱激发浆体的流变性能、微观结构的影响;利用微量热仪分析水化放热过程,研究再生微粉对水泥水化过程和碱激发水化过程的影响;探明再生微粉的最佳掺量以及再生微粉在碱激发体系中的水化机理。主要研究结果如下:(1)三种再生微粉掺量的增加都降低了水泥砂浆的流动性能,降低幅度依次为复合再生微粉>再生红砖微粉>再生混凝土微粉。再生混凝土微粉的掺入使碱激发体系砂浆的流动度提高,而再生红砖微粉的掺入使砂浆的流动度降低。复合再生微粉的掺入也使碱激发体系砂浆的流动度降低,并且复合微粉中再生红砖微粉的占比越高会使流动度损失越大。(2)三种再生微粉的掺入都会不同程度地降低水泥砂浆的力学性能。在再生微粉掺量为30%时,根据JG/T573-2020中的方法测得再生混凝土微粉和再生红砖微粉的活性指数分别为60.3%、72.3%,其活性指数能够满足Ⅱ级(活性指数≥60%)、Ⅰ级(活性指数≥70%)再生微粉的要求。再生混凝土微粉在碱激发体系中的适宜掺量在10%-30%,在10%时力学性能达到最佳;再生红砖微粉在碱激发体系中的适宜掺量10%-40%,在这个范围内,抗压强度损失不超过10%,在碱激发矿渣+粉煤灰中,其适宜掺量应不超过30%。复合微粉的掺入对碱激发体系的力学性能影响较小,RCP与RBP比例在1:1与1:3时其强度达到最大值。(3)掺入再生微粉后的水泥浆体、碱激发浆体仍符合宾汉姆流体流变特征。再生混凝土微粉掺量的增加使水泥浆体的屈服应力和塑性粘度都降低;再生混凝土微粉掺量的增加使碱激发矿渣浆体的塑性粘度整体呈现下降趋势,屈服应力先升高后降低;再生混凝土微粉掺量的增加使碱激发矿渣+粉煤灰浆体的的屈服应力和塑性粘度呈现上升的趋势。再生红砖微粉掺量的增加使水泥浆体和碱激发矿渣浆体的屈服应力和塑性粘度都呈现下降的趋势,使碱激发矿渣+粉煤灰浆体的屈服应力和塑性粘度呈现先上升后下降的趋势。复合微粉的掺入使屈服应力和塑性粘度随着时间的增长在不断增加。(4)掺入再生微粉后,水化产物主要为C-S-H、C-A-S-H凝胶,碱激发体系中存在部分N-A-S-H凝胶。再生微粉中的活性小颗粒能够完全参与反应,非活性大颗粒被凝胶物质包裹形成了致密的结构。再生混凝土微粉和再生红砖微粉掺量的增加会使水化产物微观形貌变得粗糙、不均匀,当复合微粉中再生红砖微粉的占比较多时,其微观形貌较为密实。(5)再生微粉掺量的增加会降低碱激发体系的水化热和水化放热速率。再生混凝土微粉使第二放热峰达到峰值的时间延后,持续时间延长。再生红砖微粉对第二反应放热峰达到峰值的时间影响不大,但持续时间延长。复合微粉的掺入降低了水泥水化的总放热量,并且再生混凝土微粉占比越多,水化放热总量越低。能够促进水泥的水化反应,使第二反应放热峰的时间提前,并且再生红砖微粉占比越多时,其反应峰达到峰值的时间越早。复合微粉的掺入降低了碱激发体系的水化放热总量和水化放热速率,并且再生红砖微粉占比越多时,水化放热总量越高。

关键词：再生混凝土微粉再生红砖微粉碱激发胶凝材料力学性能流变性能水化机理

工业钛白废酸制备硫酸铝型无碱速凝剂的性能及水化机理研究

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现代化工 2022年第11期42卷 211-216页

作者：邓林毛雪华攀枝花学院生物与化学化工学院四川攀枝花617000 四川省钒钛资源综合利用重点实验室四川攀枝花617000

采用工业钛白废酸和氢氟酸酸解氢氧化铝,合成了含氟硫酸铝型无碱速凝剂。考察了不同掺量下含氟无碱速凝剂对水泥浆料性能的改变,同时通过XRD和SEM分析了加入速凝剂后水泥水化产物的组成和微观结构;提出水化概念模型,模拟含氟无碱速凝剂... 详细信息

采用工业钛白废酸和氢氟酸酸解氢氧化铝,合成了含氟硫酸铝型无碱速凝剂。考察了不同掺量下含氟无碱速凝剂对水泥浆料性能的改变,同时通过XRD和SEM分析了加入速凝剂后水泥水化产物的组成和微观结构;提出水化概念模型,模拟含氟无碱速凝剂水化反应机理。结果表明,钛白废酸结合氢氟酸能更好地溶解氢氧化铝,且加入氢氟酸有利于提高速凝剂中铝元素的含量,使得含氟速凝剂质量分数最高可达48%,性能更佳;在7%含氟速凝剂掺量下,水泥基体初凝时间和终凝时间分别为3.17 min和5.33 min,所制备的无碱速凝剂符合GB/T 35159—2017《喷射混凝土用速凝剂》中合格品的要求。该技术为废硫酸重复再利用提供了一种参考方式。

关键词：工业废硫酸无碱速凝剂水化机理概念模型

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碱激发烧结砖粉力学性能与水化机理研究

人民长江 2023年第6期54卷 200-207页

作者：马祖旭于基宁杨华美李丹魏厚振刘昊武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043 中国长江三峡集团有限公司湖北武汉430010 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

废弃烧结砖约占城市建筑垃圾总量的50%,将其任意堆放与丢弃给环境造成极大负荷。为寻求废弃烧结砖的资源化利用新途径,以磨细的废弃烧结砖粉为原料,用水玻璃和NaOH为复合碱性激发剂制备碱激发胶凝材料,研究了水玻璃模数、Na_(2)O含量对... 详细信息

废弃烧结砖约占城市建筑垃圾总量的50%,将其任意堆放与丢弃给环境造成极大负荷。为寻求废弃烧结砖的资源化利用新途径,以磨细的废弃烧结砖粉为原料,用水玻璃和NaOH为复合碱性激发剂制备碱激发胶凝材料,研究了水玻璃模数、Na_(2)O含量对碱激发烧结砖粉力学性能的影响,并结合水化热、X射线衍射和扫描电镜等测试技术,揭示了碱激发烧结砖粉的水化作用机理。结果表明:碱激发烧结砖粉抗压强度随水玻璃模数和Na_(2)O含量的增加均呈先增大后减小的变化趋势,当水玻璃模数为1.8、Na_(2)O含量3.0%时,试样28 d抗压强度最高,可达1.70 MPa,可做辅助胶凝材料使用。随着水玻璃模数减小或Na_(2)O含量增加,碱激发烧结砖粉浆体水化反应诱导期延长,加速期第二放热峰出现时间延后;放热总量随水玻璃模数减小而先增加后减小,随Na_(2)O含量增加而增加。碱激发胶凝材料微结构演变中,当水玻璃模数和Na_(2)O含量过高或过低时,均会阻碍水化产物N-A-S-H凝胶的生成,增加孔隙率,进而影响试样抗压强度的增长。

关键词：烧结砖粉碱激发水化热抗压强度水化机理

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新型氟石膏基充填材料性能及水化机理研究

河南理工大学学报(自然科学版) 2023年

作者：王春张翼飞朱明礼任雨蒙展帅菲河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心

针对水泥基矿山充填材料成本高的问题，用氟石膏和粉煤灰替代水泥作为胶凝材料，通过正交实验法确定氟石膏基充填材料的最优配比，并对其力学特性、水化产物、水化作用机理及微观结构进行研究。结合回归分析和正交实验结果，最优配比材... 详细信息

针对水泥基矿山充填材料成本高的问题，用氟石膏和粉煤灰替代水泥作为胶凝材料，通过正交实验法确定氟石膏基充填材料的最优配比，并对其力学特性、水化产物、水化作用机理及微观结构进行研究。结合回归分析和正交实验结果，最优配比材料充填体1 ，7 ，28 d强度可以达到1.41，4.11，6.47 MPa，膏体坍落、扩散度、泌水率分别为22.7 cm、42.6 cm、2.58%。材料配比中的三个影响因素分别为氟石膏含量、粉煤灰含量和浆料浓度，其中对充填体1d强度影响最大的因素是浆料浓度、7 d、28 d强度和泌水率影响最大的因素是粉煤灰含量，对膏体坍落度和扩散度影响最大的因素是氟石膏含量。充填体的单轴破坏形式为剪切破坏，内聚力和内摩擦角分别为2.02 MPa、32.6°。水化产物包含钙矾石、二水硫酸钙和水化硅酸钙凝胶，氟石膏固结体由无水相转化为二水相，其中钙矾石和水化硅酸钙凝胶的增多会形成致密结构，利于强度的提升。实验结果表明：以氟石膏制备的膏体浆料具备充填可行性，并且固废用量占90%以上，成本较低，可以带来显著的经济效益，应用前景光明。

关键词：氟石膏基充填材料力学特性水化机理水化产物微观结构