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硫铝酸盐水泥及其改性材料对典型重金属的去除性能

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环境工程学报 2022年第8期16卷 2527-2539页

作者：余好杨冰玫刘晶京李春吉刘静李昊许春阳成都理工大学生态环境学院成都610059 国家环境保护水土污染协同控制与联合修复重点实验室(成都理工大学) 成都610059 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059 河海大学港口海岸与近海工程学院南京210024

应用经济高效的材料和简易的方法去除水中重金属已成为当前的研究热点。选择硫铝酸盐水泥(L)及其改性材料(LA)为清除剂,以Cu^(2+)、Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)4种典型的重金属离子为研究对象,通过考察L和LA去除重金属过程中单因素的影响... 详细信息

应用经济高效的材料和简易的方法去除水中重金属已成为当前的研究热点。选择硫铝酸盐水泥(L)及其改性材料(LA)为清除剂,以Cu^(2+)、Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)4种典型的重金属离子为研究对象,通过考察L和LA去除重金属过程中单因素的影响,对去除条件进行了优化,此外,通过竞争吸附实验及吸附动力学模型探究了对金属离子的去除机理。结果表明,L和LA可以有效地去除废水中的重金属离子,在pH为3.0~10.0条件下能够以较少的投加量(0.05~3 g·L^(−1))使目标离子达到94%以上的去除率,30 min内表观吸附速率可降到零。相比之下,LA对金属离子的去除率略高于L。在最佳应用条件下,金属离子的去除率基本在90%以上。在竞争吸附实验中Cu^(2+)的竞争性最强,且其能够促进其他离子被吸附。吸附动力学分析表明,L和LA对重金属的吸附是以化学吸附为主,去除机理以水解沉淀为主。以上研究结果可为该类材料对重金属的处理提供参考。

关键词：硫铝酸盐水泥重金属废水改性材料去除机理

硫铝酸盐水泥增强建筑石膏的力学性能与耐水性能机理

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材料导报 2021年第12期35卷 12099-12102页

作者：赵敏张明涛彭家惠黄谦赵亮长江师范学院土木建筑工程学院重庆408100 重庆大学材料科学与工程学院重庆400045

石膏基胶凝材料的力学性能低、耐水性能差是限制其应用的主要原因。本工作通过复掺硫铝酸盐水泥,研究其对建筑石膏水化硬化进程及石膏硬化体力学性能与耐水性能的影响。结果表明,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,建筑石膏标准稠度需水量小... 详细信息

石膏基胶凝材料的力学性能低、耐水性能差是限制其应用的主要原因。本工作通过复掺硫铝酸盐水泥,研究其对建筑石膏水化硬化进程及石膏硬化体力学性能与耐水性能的影响。结果表明,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,建筑石膏标准稠度需水量小幅降低,水化进程加速;10%水泥掺量时,石膏硬化体2 h与3 d的绝干抗折、抗压强度均大幅提升,2 h增幅高达34.8%、29.0%,3 d增幅高达28.8%、34.7%;同时饱水抗折强度由2.35 MPa提升至3.38 MPa,增幅高达43.8%,吸水率相应降低。XRD、SEM、MIP微观结构分析表明:硫铝酸盐水泥与建筑石膏复掺,水化生成针尖状的钙矾石(AFt)与无定形铝凝胶(AH_(3)),AFt与针棒状二水石膏(DH)交织、穿插生长,在晶体之间发挥架桥、连接作用,同时AH_(3)紧密填充在孔隙之间形成致密的晶胶结构中,石膏硬化体孔隙率降低,孔径明显细化,力学性能与耐水性能得到显著改善。

关键词：建筑石膏硫铝酸盐水泥力学性能耐水性能

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硫铝酸盐水泥-煤基固废胶凝材料研究

非金属矿 2023年第2期46卷 98-101,106页

作者：潘昱蒿易浩杨涛李蕊李宏亮太原理工大学矿业工程学院山西太原030002 武汉理工大学资源与环境工程学院湖北武汉430070 盐城工学院材料科学与工程学院江苏盐城224007

目前大量的煤基固废和脱硫石膏堆积存放造成了严重的污染,对煤基固废和脱硫石膏的处理迫在眉睫。本试验将煤基固废和脱硫石膏按照不同比例掺入硫铝酸盐水泥(SAC)中,并对胶凝材料的性能和机理进行探究。结果表明,SAC的凝结时间随着煤基... 详细信息

目前大量的煤基固废和脱硫石膏堆积存放造成了严重的污染,对煤基固废和脱硫石膏的处理迫在眉睫。本试验将煤基固废和脱硫石膏按照不同比例掺入硫铝酸盐水泥(SAC)中,并对胶凝材料的性能和机理进行探究。结果表明,SAC的凝结时间随着煤基固废掺量的增加而降低。当煤矸石粉的掺量为15%,超细粉煤灰的掺量为5%时,胶凝材料各龄期的强度增加10.1%~13.6%。固定煤矸石粉和超细粉煤灰的掺量,再添加2%脱硫石膏,此时胶凝材料的凝结时间最大,较不添加脱硫石膏增加68.7%。当脱硫石膏掺量为8%时,胶凝材料1 d、3 d强度与SAC接近,7 d强度从19.2 MPa增至29.2 MPa,28 d强度从25.5 MPa增至34.1 MPa,超过SAC同龄期强度。当SAC、煤矸石粉、超细粉煤灰、脱硫石膏质量比为67∶15∶10∶8时,胶凝材料各龄期强度接近甚至超过SAC,且能达到速凝的效果,这为煤基固废及脱硫石膏的处理提供了试验依据。

关键词：煤矸石粉煤灰脱硫石膏硫铝酸盐水泥抗压强度

硫铝酸盐水泥基高性能混凝土的制备及性能研究

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功能材料 2021年第9期52卷 9196-9201页

作者：闵红霞重庆城市科技学院建筑管理学院重庆402167

采用硫铝酸盐水泥,根据设计配比,配制了硫铝酸盐水泥基高性能混凝土,探究了硫铝酸盐水泥不同掺量(0,3%,6%和9%(质量分数))对高性能混凝土力学性能(抗压强度)和耐久性能(侵蚀性)的影响。通过XRD、SEM、热分析和力学性能分析等对硫铝酸盐... 详细信息

采用硫铝酸盐水泥,根据设计配比,配制了硫铝酸盐水泥基高性能混凝土,探究了硫铝酸盐水泥不同掺量(0,3%,6%和9%(质量分数))对高性能混凝土力学性能(抗压强度)和耐久性能(侵蚀性)的影响。通过XRD、SEM、热分析和力学性能分析等对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土进行了表征。结果表明,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,钙矾石(AFt)的衍射峰逐渐增强,水化反应加快,高性能混凝土的结构变得更加致密;所有试样中的六方板状的Ca(OH)2均比较厚,且呈现出片层状,整体结构的致密性比较接近,而随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,整体的密度有变得蓬松的趋势;随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,CH的含量增加,前期的水化放热能力得到提高,所有试样在3和28 d时的抗压强度均呈现出逐渐增大的趋势,当硫铝酸盐水泥的掺量为9%时,试样的抗压强度在28 d达到了最大值41.1 MPa,相比3 d增加了19.83%;随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,高性能混凝土试样的强度损失逐渐增加,耐久性变差,当硫铝酸盐水泥的掺量为9%时,腐蚀90 d的强度损失率达到了最大值10.3%。

关键词：硫铝酸盐水泥高性能混凝土掺量力学性能耐久性

硫铝酸盐水泥—煤基固废—固废石膏胶凝材料的制备与研究

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硫铝酸盐水泥—煤基固废—固废石膏胶凝材料的制备与研究

作者：潘昱蒿太原理工大学

学位级别：硕士

随着我国经济和社会快速的发展,产生了大量的煤基固废和固废石膏,同时高昂的成本也限制了硫铝酸盐水泥的大范围应用。在此提出将煤基固废及固废石膏掺入到硫铝酸盐水泥中,以降低硫铝酸盐水泥的使用成本、增加固废的利用率。再通过外加... 详细信息

随着我国经济和社会快速的发展,产生了大量的煤基固废和固废石膏,同时高昂的成本也限制了硫铝酸盐水泥的大范围应用。在此提出将煤基固废及固废石膏掺入到硫铝酸盐水泥中,以降低硫铝酸盐水泥的使用成本、增加固废的利用率。再通过外加剂调节胶凝材料的性能,使硫铝酸盐水泥-煤基固废-固废石膏胶凝材料满足不同的使用需求,并对机理进行分析。主要得出以下研究成果:(1)对煤基固废的研究中发现,随着二级粉煤灰、一级粉煤灰掺量的增加,胶凝材料的凝结时间增加、流动度增加、结石率降低。随着超细粉煤灰和煤矸石粉掺量的增加,胶凝材料的凝结时间不断降低、流动度不断增加。随着二级粉煤灰、一级粉煤灰及煤矸石粉掺量的增加,胶凝材料各个龄期的强度均有所下降。当超细粉煤灰的掺量为10%时,胶凝材料1d、3d、7d的强度与硫铝酸盐水泥的强度接近,但胶凝材料28d的强度超过了硫铝酸盐水泥28d的强度,增长率为10.3%,当超细粉煤灰的掺量为20%时,胶凝材料28d的强度仍然与硫铝酸盐水泥强度接近,随着超细粉煤灰掺量的继续增加,胶凝材料的各个龄期的强度开始下降,当超细粉煤灰的掺量达到50%,胶凝材料各个龄期的强度仍然超过二级粉煤灰、一级粉煤灰及煤矸石粉同掺量时的强度。固定煤矸石粉的掺量不变,随着超细粉煤灰掺量的增加,胶凝材料的凝结时间降低、流动度降低、结石率增加。胶凝材料各龄期的强度随着超细粉煤灰掺量的增加均先增加后降低。(2)对固废石膏的研究中发现,固定煤矸石粉和超细粉煤灰的掺量分别为15%和10%,随着磷石膏和脱硫石膏掺量的增加,胶凝材料的凝结时间均先上升后下降、流动度均先上升后下降、结石率均不断增长。随着磷石膏、脱硫石膏掺量的增加胶凝材料各个龄期的强度均先上升后下降。当脱硫石膏的掺量为8%时,胶凝材料各个龄期的强度均与纯硫铝酸盐水泥接近甚至超过纯硫铝酸盐水泥的强度。(3)本试验配制的硫铝酸盐水泥-煤基固废-固废石膏胶凝材料与多种外加剂适配性良好。在本试验所尝试的外加剂中效果最好的减水剂为聚羧酸减水剂、缓凝剂为硼酸、早强剂为碳酸锂。当胶凝材料中硫铝酸盐水泥、煤矸石粉、超细粉煤灰、脱硫石膏的占比分别为67%、15%、10%、8%,聚羧酸减水剂、硼酸、碳酸锂的掺量分别为0.25%、0.25%、0.15%,水灰比为0.35时,硫铝酸盐水泥-煤基固废-固废石膏胶凝材料各个龄期的强度满足425硫铝酸盐水泥各个龄期的强度要求,流动度可以保持在200以上,凝结时间可保持半小时以上。硫铝酸盐水泥-煤基固废-固废石膏胶凝材料具有很好和抗渗性和压裂后再胶结性能,可以满足多种工程需求。本试验所研究的硫铝酸盐水泥-煤基固废-固废石膏胶凝材料利用煤基固废和固废石膏取代了33%的硫铝酸盐水泥,可以降低硫铝酸盐水泥的使用成本及推动煤基固废和固废石膏的资源化利用。对于制备低能耗、高性能、低排放及低成本的硫铝酸盐水泥基胶凝材料具有重要意义,符合生态文明建设的发展理念,对“碳达峰”和“碳中和”目标的实现具有重要的现实意义。

关键词：硫铝酸盐水泥煤基固废固废石膏抗压强度外加剂

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硫铝酸盐水泥水化反应的表观活化能计算

建筑材料学报 2018年第6期21卷 864-870页

作者：廖宜顺桂雨沈晴袁正夏武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065

基于Arrhenius公式,通过测定不同养护温度(20,30,40,50℃)下硫铝酸盐水泥浆体的水化热,利用指数法和线性双曲法分别计算其水化反应的表观活化能,同时研究了硅灰和高钙粉煤灰对硫铝酸盐水泥水化反应表观活化能的影响.结果表明:采用指数... 详细信息

基于Arrhenius公式,通过测定不同养护温度(20,30,40,50℃)下硫铝酸盐水泥浆体的水化热,利用指数法和线性双曲法分别计算其水化反应的表观活化能,同时研究了硅灰和高钙粉煤灰对硫铝酸盐水泥水化反应表观活化能的影响.结果表明:采用指数法和线性双曲法计算得出的硫铝酸盐水泥水化反应的表观活化能分别为45.54,55.44kJ·mol-1;在所测试的所有试样中,采用指数法计算所得的表观活化能均低于采用线性双曲法计算所得之值;采用2.5%,5.0%硅灰或40.0%高钙粉煤灰等质量替代水泥后,硫铝酸盐水泥复合体系的表观活化能增大,但以20.0%高钙粉煤灰等质量替代水泥后,该体系的表观活化能降低.

关键词：表观活化能硫铝酸盐水泥高钙粉煤灰硅灰水化热

–10℃条件下氯化钙溶液对硫铝酸盐水泥性能的影响

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硅酸盐学报 2022年第11期50卷 2834-2843页

作者：张鸿飞叶家元任俊儒杨朝山张文生史迪张江涛中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室北京100024 陆军勤务学院军事设施系重庆401311

研究了–10℃条件下氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥所获得浆体的凝结硬化及试样的强度发展、物相组成、显微结构和氯离子含量。结果表明:分别采用16%(质量分数)、28%氯化钙冷溶液拌合的浆体存在明显而持续的水化温升过程,证实了该条件... 详细信息

研究了–10℃条件下氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥所获得浆体的凝结硬化及试样的强度发展、物相组成、显微结构和氯离子含量。结果表明:分别采用16%(质量分数)、28%氯化钙冷溶液拌合的浆体存在明显而持续的水化温升过程,证实了该条件下水泥水化的启动与持续进行;提高溶液浓度,浆体达到水化温升最高温度对应的时间延长,从16%时约90 min延长至28%时约150min。采用16%氯化钙冷溶液拌合,浆体凝结硬化快、试样抗压强度高(初凝和终凝时间分别为15min和24 min,1 d和28 d抗压强度分别为41.0 MPa和85.2 MPa);而采用28%氯化钙冷溶液拌合,浆体凝结硬化慢、试样抗压强度低(初凝和终凝时间分别为85 min和155 min,1 d和28 d抗压强度分别为24.3 MPa和57.7 MPa)。溶液浓度16%时,水化产物主要为钙矾石,以针棒状晶体存在,试样中结合氯离子含量极低;而溶液浓度28%时,水化产物主要为F盐,以花瓣形六方板状晶体存在,试样中含有0.95%左右结合氯离子。–10℃条件下采用同处于负温环境的氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥可实现冷物料拌合,防止浆体结冰,保证水泥持续水化,其中16%~20%氯化钙溶液拌合时可以获得较短凝结时间和较高强度。

关键词：负温硫铝酸盐水泥水化性能 Friedel盐

硫铝酸盐水泥及硅酸盐水泥对海砂浆性能的影响

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混凝土 2022年第5期 122-125,132页

作者：梅军帅吴静李海南王罗新梅军鹏丁庆军武汉纺织大学材料科学与工程学院纺织纤维及制品教育部重点实验室湖北武汉430200 武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点试验室湖北武汉430070

采用不同的水泥拌制砂浆,并分别掺入不同集料,综合研究每种水泥砂浆的力学性能和体积稳定性能,结果表明海砂浆的力学强度要弱于标准砂浆,但体积稳定性要强于标准砂浆。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱(FTIR)和交流阻抗谱... 详细信息

采用不同的水泥拌制砂浆,并分别掺入不同集料,综合研究每种水泥砂浆的力学性能和体积稳定性能,结果表明海砂浆的力学强度要弱于标准砂浆,但体积稳定性要强于标准砂浆。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱(FTIR)和交流阻抗谱揭示了砂浆力学性能、体积稳定性的产生机理,即海砂的拌入对硫铝酸盐水泥的水化程度以及其水化产物钙矾石的团聚程度具有抑制作用,海砂引入的无机盐离子可促进硅酸盐水泥的水化反应,并且由于海砂啮齿结构,能与水泥基体紧密结合,使得海砂浆的体积稳定性优于标准砂浆。

关键词：硫铝酸盐水泥海砂力学强度体积稳定性

硫铝酸盐水泥熟料-石膏-石灰石抗硫酸盐侵蚀性能及机理

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硫铝酸盐水泥熟料-石膏-石灰石抗硫酸盐侵蚀性能及机理

作者：车奇峰郑州大学

学位级别：硕士

随着“海洋强国”、“一带一路”、“西部大开发”等国家战略的提出,大量的混凝土基础设施开始服役于严酷的环境中。硫酸盐侵蚀是海洋与西部盐湖等服役环境中造成混凝土性能劣化的主要原因之一。混凝土因硫酸盐侵蚀损伤劣化极为严重,服... 详细信息

随着“海洋强国”、“一带一路”、“西部大开发”等国家战略的提出,大量的混凝土基础设施开始服役于严酷的环境中。硫酸盐侵蚀是海洋与西部盐湖等服役环境中造成混凝土性能劣化的主要原因之一。混凝土因硫酸盐侵蚀损伤劣化极为严重,服役寿命往往难以达到设计使用要求,如何提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能、延长结构服役寿命是亟待解决的重大工程问题。本文根据基础设施建设对混凝土材料长寿命的要求,开展硫铝酸盐水泥熟料-石膏-石灰石抗硫酸盐侵蚀性能及机理研究。主要研究内容与结论如下:(1)研究了硫铝酸盐水泥熟料-石膏二元体系的水化硬化性能,重点探究了石膏掺量对硫铝酸盐水泥水化速率、抗折/抗压强度、水化产物、微观形貌和孔结构的影响。结果表明,石膏的掺入提高了浆体早期水化速率但降低了24h总放热量;二元体系水化产物以钙矾石(AFt)、单硫型硫铝酸钙(AFm)、氢氧化铝凝胶(AH凝胶)和水化硅酸钙凝胶(C-S-H)凝胶为主,石膏掺量的增加可以提高AFt含量,而且降低了浆体孔隙率,提高砂浆的抗折/抗压强度。(2)研究了硫铝酸盐水泥-石膏-石灰石三元体系的水化硬化性能,基于浆体抗折/抗压强度、质量变化、相对动弹性模量、尺寸稳定性及水化产物和微观结构,分析了石灰石掺量对硫铝酸盐水泥性能的影响。结果表明:石灰石的掺入降低了浆体24h累积放热量;三元体系水化产物以AFt、AFm、AH凝胶和C-S-H凝胶为主,石灰石的掺入对水化产物的物相组成无影响;石灰石的掺入增大了硬化浆体孔隙率,砂浆抗折/抗压强度随石灰石掺量的增加而降低;但是,石灰石可以抑制硫铝酸盐水泥抗折强度倒缩,且石灰石掺量越多,效果越明显。(3)采用硫酸盐干湿循环的试验方法,研究了硫酸盐侵蚀下,硫铝酸盐水泥熟料-石膏二元体系抗折/抗压强度、质量、相对动弹性模量、物相组成、微观结构的演变及尺寸稳定性。结果表明:硫铝酸盐水泥熟料-石膏二元体系具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能,在硫酸盐作用下砂浆具有较好的尺寸稳定性;石膏掺量增加可以提高该体系的抗硫酸盐侵蚀能力,且掺量为15%时最佳;硫酸盐作用下,二元体系物相组成没有发生改变,以AFt、AFm、AH凝胶和C-S-H凝胶为主。(4)采用与二元体系同样的方法,研究了硫铝酸盐水泥熟料-石膏-石灰石三元体系的抗硫酸盐侵蚀性能。结果表明:三元体系在硫酸盐侵蚀作用下具有良好的力学性能和尺寸稳定性;石灰石掺量增加不仅可以抑制浆体强度的下降,还可以延缓抗折强度下降的时间,且掺量为15%时最佳;硫酸盐作用下,三元体系物相组成没有明显改变,以AFt、AFm、AH凝胶和C-S-H凝胶为主。(5)采用硫酸盐全浸泡的试验方法,研究了不同温度硫酸钠溶液侵蚀下,硫铝酸盐水泥熟料-石膏-石灰石三元体系抗折/抗压强度、质量、相对动弹性模量、物相组成、微观结构的演变及尺寸稳定性。结果表明:三元体系在不同侵蚀温度下均有良好的抗硫酸盐侵蚀性能;温度较低时,浆体抗压强度一直增加,物相成分以AFt、AFm、AH凝胶和C-S-H凝胶为主,但是少量Ca CO会参与反应;温度较高时,浆体力学性能较差,抗压强度没有增长,物相成分以AFt、AFm、AH凝胶和C-S-H凝胶为主。

关键词：硫铝酸盐水泥石膏石灰石水化硬化硫酸盐侵蚀