碳酸化养护钢渣混合水泥制备建材制品

采用碳酸化养护技术制备不同配比的钢渣/水泥混合建材制品。将原料混合加水均匀搅拌,在p=3 MPa下压制成型后,碳酸化养护14 h,养护温度T=74℃,p(CO2)=0.15 MPa。结果表明:碳酸化养护过程中试样表面生成较多的CaCO3颗粒状晶体;试样的碳酸化反应比水化反应更易于自发进行;CO2在水中的溶解过程是整个反应的控制步骤,主要矿物碳酸化反应自发进行的趋势顺序为C3SCaOC2SMgO。当m(钢渣)∶m(水泥)=3∶2时,试样S5的碳酸化增重率η为10.44%。制品在碳酸化养护2 h后,抗压强度为20.06 MPa,f-CaO的质量分数由3.25%降至0.34%,压蒸安定性合格。     

钢渣中游离氧化钙和氧化镁碳酸化反应

在CO2含量为99.9%,压力为0.2 MPa条件下,对钢渣粉进行碳酸化处理,并作为水泥混合材料制成净浆试件,对试件进行压蒸,研究碳酸化反应时间对试件体积安定性的影响．结果表明,随着碳酸化反应时间的延长,钢渣中的硅酸盐、游离CaO、Ca(OH)2和游离MgO等物质与CO2气体进行反应,主要生成CaxMg1-xCO3．掺加未经碳酸化处理钢渣的试件,压蒸后破坏严重;掺加碳酸化反应10 min钢渣的试件膨胀率为1.03%,试件有明显裂纹;掺加碳酸化反应20 min钢渣的试件膨胀率为0.29%,符合国家标准,体积安定性合格．碳酸化处理20 min后,钢渣中游离CaO含量由2.54%降至0.84%,游离MgO含量由3.8%降至2.4%,试块压蒸后未出现Mg(OH)2,镁离子以水化硅酸镁形式存在于无定形物中．     

冷黏成球密实时间对碳酸化钢渣球形骨料性能影响

以冷黏成球法制备的碳酸化钢渣球形骨料为研究对象,分析了密实时间对钢渣球形骨料性质及碳酸化反应程度的影响.测试了不同密实时间下球形骨料碳酸化前后的表观密度、吸水率及孔隙率的变化规律,通过XRD、TG-DTG、MIP等手段分析不同密实时间下球形骨料物相变化、碳酸化程度、孔结构的变化,结果表明:采用冷黏成球工艺制备钢渣球形骨料时,密实时间对钢渣球形骨料的表观密度影响很小,但球形骨料的吸水率随密实时间的增加下降明显.当密实时间从5 min增加到30 min时,碳酸化前后球形骨料的吸水率分别下降了29.5%和26.0%.钢渣球形骨料的强度主要来源于碳酸化反应,且球形骨料的碳酸化反应程度和强度随密实时间的增加而下降.碳酸化前吸水率为14.86%的球形骨料碳酸化后强度最高,为6.1 MPa,达到同等粒径天然碎石强度的41%.碳酸化的过程是由外向内进行的,球壳的碳酸化反应程度高于球心,且碳酸化前球壳越致密,球心的碳酸化反应程度越低.     

镁钙砂碳酸化反应机理研究

采用单一扫描速率（2℃/min）法对镁钙砂细粉的碳酸化反应进行了热分析动力学研究,为镁钙砂颗粒表面碳酸化改性反应动力学研究提供相关信息.研究结果表明,镁钙砂细粉碳酸化反应初期MgO的碳酸化和CaO碳酸化反应前期机理,可用n=2的Avrami-Erofeev随机成核、随后生长模式函数描述,后期（相对转化率大于33%～38%）则可用Jander或Ginstling-brounshtein三维扩散模式函数描述.同时,MgO碳酸化反应产生的体积效应导致CaO反应前期表观活化能大幅度降低.     

氧化钙碳酸化反应动力学研究

采用单一扫描速率法(2℃/min)对氧化钙粉末在CO2气氛中的碳酸化反应进行了热分析动力学研究。结果表明,氧化钙碳酸化反应的最大转化速率在694℃,与在镁钙砂表面碳酸化改性工艺研究中得到的最佳炉温十分接近;而氧化钙的碳酸化反应可用n=2的Avrami-Erofeev随机成核、随后生长模式(机理)函数描述,相应的表观反应活化能为178kJ·mol-1,频率因子为3.4×108min-1。     

钢渣免烧砖碳化影响因素研究

针对钢渣制品在使用过程中存在安定性不良的问题,本文通过钢渣免烧砖碳化试验,从钢渣粒度、碳化时间、CO2气体压力、物料水分和成型压力5个方面探讨了钢渣免烧砖中钢渣碳化的影响因素。在试验范围内,这5个因素对碳化增重量和试块强度均产生明显影响,但影响趋势不尽相同。X射线衍射、扫描电镜和能谱成分分析表明,钢渣碳化后形成了大量细棒状的Ca CO3晶体。碳化后试块压蒸安定性合格,抗压强度≥15 MPa。对钢渣进行碳化制作免烧砖,能充分利用钢渣,吸收温室气体CO2,节约能源和养护时间,是钢渣利用的有效途径。     

镁钙砂碳酸化反应特性的研究

采用TG-DTG技术对镁钙砂细粉的碳酸化反应特征进行研究，以阐明镁钙砂碳酸化反应特性。结果表明，镁钙砂在碳酸化反应过程中主要是其中CaO发生碳酸化转变成CaCO3；镁钙砂中的MgO因其碳酸化温度较低仅发生轻微碳酸化。且反应产物MgCO3在400℃后即开始分解，所以不会对镁钙砂中CaO的碳酸化反应产生太大影响；镁钙砂中CaO碳酸化反应的最大转化速率出现在700℃附近，而镁钙砂显微结构的差异是造成其碳酸化反应程度远低于氧化钙粉末的主要原因。     

碳酸化养护水泥矿物及熟料

碳酸化养护水泥主要矿物及熟料,研究其碳酸化过程中的矿物变化、机理和效果。结果表明:C3S、C2S、C3A和C4AF 4种水泥矿物在一定条件下均可发生碳酸化反应,矿物碳酸化自发进行的难易程度顺序为C3S(C2S(C4AF(C3A,其中1 g的C3S和1 g的C2S可分别固化储存CO2气体0.168 g和0.125 g;1 g水泥熟料可固化储存CO2气体0.146 g。碳酸化养护的水泥熟料试样2 h强度达24.65 MPa,3 d强度达41.65 MPa。     

水分对钢渣碳化的影响

应用加速碳化技术处理钢渣,固化储存温室气体二氧化碳,通过SEM-EDS,XRD,DTA-TG等测试手段,研究分析水分对钢渣碳化的影响及原因,阐述碳化反应的部分机理,并最终确定出钢渣微粉、钢渣粗粉及钢渣粗颗粒的最佳碳化水分掺加量分别为w=9.75%、w=8.35%和w=6.20%.由此钢渣微粉制备出碳化增重率10.79%,强度40.81MPa,安定性合格的碳化钢渣试样.     

钢渣沥青混凝土耐久性室内试验研究

钢渣体积安定性不良且变异性大,当钢渣作为集料用于沥青混凝土时,存在体积稳定性不足和耐久性不明风险,长期服役过程中可产生体积膨胀甚至开裂,严重制约了其在道路建筑领域中的大规模应用。通过游离氧化钙含量、浸水膨胀率及集料压蒸试验检测了不同产地钢渣的体积稳定性,提出了钢渣集料体积安定性快速评价方法与控制指标。利用马歇尔试件和圆形切片试件的长期高温浸水试验分析了钢渣沥青混合料的体积稳定性能,并采用长期浸水后间接拉伸强度、回弹模量、疲劳寿命及车辙永久变形综合评价钢渣沥青混凝土力学性能的耐久性。结果表明：钢渣集料压蒸试验条件较为苛刻,可快速检测体积安定性,其胀裂粉化率宜不大于5%。在长期高温浸水条件下,沥青膜无法阻止水分侵入到钢渣集料内部,导致其沥青混凝土产生体积膨胀和性能衰减。钢渣沥青混凝土圆形切片试件能很好地反映出鼓包、裂纹的产生与演化过程。通过玄武岩沥青混凝土作为基准进行对比分析,提出了基于力学性能的钢渣沥青混凝土耐久性控制基准。