低碱度钢渣基油井及地热井胶凝材料的研究——ⅡCMS、CFS、C_3MS_2的水热反应

通过 XRD、DTA对合成的 CMS、CFS、C3MS2 的水热活性及水热产物进行了研究。结果表明 :常温下不具有水硬性的 CMS、CFS、C3MS2 在水热条件下具有水硬性 ;水热活性 :C3MS2>CMS>CFS;CMS、C3MS2 水热形成富镁的水化硅酸钙 ,CFS水热形成富铁的水化硅酸钙     

低碱度钢渣基油井及地热井胶凝材料的研究--Ⅳ富铁低碱度钢渣的水热反应及胶凝性

通过XRD、DTA-TG、SEM和EPMA等手段研究了富铁低碱度钢渣的水热反应、水热产物及其胶凝性.结果表明富铁低碱度钢渣的水热反应产物为水化钙铁石榴子石;富铁低碱度钢渣-石英砂体系的水热反应产物以Fe-tobemorite为主,蒸压强度显著提高;富铁低碱度钢渣-石灰体系的水热反应产物为高碱度的C2SH.     

低碱度钢渣的矿物组成、岩相特征与膨胀研究

研究了低碱度钢渣的矿物组成、岩相特征与含镁ＲＯ相的膨胀。结果表明，平炉钢渣、电炉氧化钢渣具有低碱度、低ｆ－ＣａＯ和富镁富铁的特征，低碱度钢渣分别以硅酸二钙、镁蔷微辉石和钙镁橄榄石为主导矿物。低碱度钢渣中不仅其ＭｇＯ具有ＲＯ相的结构特征，高温高压下不具有膨胀；而且低碱度钢渣同时不产生沸煮膨胀，因而不需经预处理就可予以利用。     

低碱度钢渣基油井及地热井胶凝材料的研究——Ⅰ低碱度钢渣的化学成分、矿物组成和矿相特征

通过化学分析、XRD、OM研究了低碱度钢渣的化学成分、矿物组成和矿相特征及其内在联系 ,建立了低碱度钢渣的分类概念。低碱度钢渣是指碱度小于 2 .4,以橄榄石、镁蔷薇辉石、RO相、硅酸二钙为主要矿物的钢渣     

低碱度磨细钢渣混凝土的性能研究

对掺入磨细电炉氧化钢渣的混凝土的抗压强度及抗渗性、抗冻性、抗碳化等耐久性能进行了研究。结果表明:低碱度电炉氧化钢渣具有一定反应活性,适量磨细钢渣掺入混凝土中对混凝土抗压强度以及耐久性能无显著影响,但掺量以不超过20%为宜;将磨细钢渣与磨细粉煤灰或矿渣混掺可以发挥复合效应,提高掺合料的活性,改善混凝土的性能。     

碱度对少熟料低碱度钢渣水泥强度的促进作用

本文讨论了碱和液相碱度对少熟料低碱度钢渣水泥强度的促进作用。结果表明：水化液相具有高碱度和富Ｎａ２ＳＯ４的水化环境将促进低碱度钢渣和矿渣的水化，高Ｃ３Ｓ适量Ｆ—ＣａＯ的立窑熟料能显著改善少熟料低碱度钢渣水泥体系的早强和后期强度性能。     

钢渣的难磨相组成及其胶凝性的研究

将钢渣粉磨后分级,得到7种不同粒径的试样,用X射线衍射仪分析了它们的矿物成分,研究了粗粒子试样在硅酸钠作用下的胶凝性,并以矿渣为参比样,比较研究了钢渣细粉体与矿渣易磨性及胶凝性的差异,还用扫描电子显微镜及X射线能谱仪分析了钢渣中硅酸盐矿物(C3S和C2S)的固溶组分。结果发现了钢渣中难磨组分为铁铝酸钙[Ca2(Al,Fe)2O5]和镁铁相固溶体(MgO.2FeO),且它的水化反应活性很低,而钢渣中硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)具有较好的易磨性,其易磨性比矿渣略好,但其水化反应活性明显比矿渣差,钢渣中的C3S和C2S固溶了较多的异离子。分析指出了钢渣水化活性低的本质是由于它所含的矿物Ca2(Al,Fe)2O5、MgO.2FeO无水硬性,C2S呈γ型,水硬性低,而C3S是在长时间高温下形成的,它具有较稳定的结构,从而它的水化活性亦相对较低。     

转炉钢渣改性的试验研究

高碱度转炉钢渣中游离氧化钙(f-CaO)的存在会造成膨胀,限制了转炉钢渣在建筑行业的使用.在高温下,使转炉钢渣中的f-CaO与硅质改性剂发生反应,生成硅酸盐类.试验表明:硅质改性剂的加入不仅能够降低钢渣中f-CaO的含量,同时中活性矿物硅酸盐、铝酸盐、铰铝酸盐等含量相对增加,钢渣的胶凝活性得到改善,为转炉钢渣作为建筑材料提供了理论依据.     

改善较低碱度烧结矿质量的研究

为了在较低碱度下能够得到较高强度的烧结矿,分别进行了配加硼酸、钢渣、盖州有机添加剂的实验室试验,最后选择若干矿样喷洒CaCl2,进行冶金性能试验.结果表明,合适的添加剂及含量可有效提高低碱度烧结矿的强度及其冶金性能.     

钢渣基高碱度微晶玻璃的一步法制备及工艺参数研究

为了提高微晶玻璃原料中高钙冶金渣的掺量,需要制备出碱度更高的微晶玻璃. 本文采用一步法,以钢渣为主要原料,制备碱度( CaO与SiO2的质量比)为0. 9的钢渣基高碱度微晶玻璃. 通过X射线衍射分析、扫描电镜和性能测试等手段,研究热处理条件对微晶玻璃微观形貌及线收缩率、体积密度和抗折强度等性能的影响规律. 研究表明,高碱度微晶玻璃适合采用一步法制备工艺,当在1100℃保温120 min时,微晶玻璃烧结过程基本完成,此时获得最大体积密度2. 4 g·cm-3 ,最高抗折强度56. 4 MPa. 微晶玻璃的主晶相为钙铝黄长石,副晶相为辉石. 基础玻璃颗粒在升温过程中完成了成核和析晶过程,而在保温过程中主要进行的是基础玻璃颗粒的烧结致密化和晶体的进一步发育. 升温至1100℃保温30 min,微晶玻璃的抗折强度超过45 MPa,微晶玻璃内部晶体呈方柱状交织排列并构成晶体骨架分布在残余的玻璃基体中;随着保温时间的增加,微晶玻璃的线性烧结收缩率、体积密度和抗折强度均逐渐增大,而晶相的含量基本保持不变,晶体逐渐由球形颗粒状和短柱状发育为长柱状. 晶体的形状以及与残余玻璃相构成的整体致密结构是导致高碱度微晶玻璃力学性能提高的主要因素.     

钢渣粉和钢渣水泥的活性及水化机理研究

利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、化学结合水量测定以及胶砂实验等方法研究了钢渣粉和钢渣水泥复合粉的活性和水化机理,研究结果表明:钢渣硬化浆体中的矿物组成含有水化产物C-S-H凝胶和Ca(OH)2,钢渣残余矿物C2F、Ca2(Fe,Al)2O5、CaCO3和RO相,和一些未反应的胶凝矿物C2S和C3S;钢渣、水泥和钢渣-水泥浆体三者的水化产物种类类似,微观结构形貌存在差异;14 d后掺钢渣水泥净浆试样的化学结合水量与水泥差距缩小,28 d后化学结合水量实测值大于计算值;钢渣掺量(质量分数)小于30%时,钢渣水泥胶砂的28 d强度高于水泥胶砂的28 d强度。     

石灰重构钢渣过程中的物相变化

以石灰作为单一调节材料高温重构钢渣,利用X射线衍射、岩相分析、扫描电子显微镜研究了重构过程中钢渣的矿物组成及RO相的变化,并测定了重构钢渣的安定性和活性指数.结果表明:RO相在CaO作用下优先发生分解反应,其中的FeO随CaO掺量增加依次生成Fe3O4、CF(铁酸一钙)、C2F(铁酸二钙)及Ca2(AlFe)O5(铁铝酸钙)、C4AF(铁铝酸四钙),其中的MgO部分以MgO晶体存在,部分固溶在硅酸盐相和液相中;当CaO/SiO_2摩尔比不够大时,原钢渣中的C3S(硅酸三钙)在重构过程中分解成C2S(硅酸二钙);由于CaO优先与含量较高的铁元素反应,CaO/SiO2摩尔比达到3时仍没有C3S生成,只有当与铁反应完全后多余的CaO才会与C2S反应生成C3S;石灰重构钢渣不会产生安定性不良且胶凝活性明显提高.     

不同化学激发剂对钢渣水硬活性的影响

钢渣活性较低一直是制约其利用的关键问题.以石膏、水玻璃、氢氧化钠为激发剂,利用化学激发的方式增强钢渣的活性;分别加入以上材料,制成水泥胶砂试块.通过对比不同激发剂的活化指数,并利用XRD和SEM微观分析手段,探讨不同激发剂种类及其质量分数对钢渣水硬活性的影响及作用机理.研究结果表明:在钢渣-水泥凝胶体系中,石膏、水玻璃、氢氧化钠各自的最适宜质量分数分别为1%、0.5%、1%;石膏对提高钢渣水硬活性作用最为有效,养护3d时其活化指数达到110.88;通过XRD和SEM微观分析手段发现石膏作为激发剂时能加快钙矾石的形成速度,促使体系强度的发展.     

钢渣矿物组分与沥青黏附的分子模拟和试验研究

为从矿物化学组成层面分析钢渣与沥青的黏附机理,通过建立钢渣典型矿物(C3S、C2S、CaCO3、Ca2Fe2O5、Fe2O3)的分子模型,评价了矿物成分、沥青老化和水分对沥青与钢渣相互作用的影响.基于分子动力学模拟和表面自由能理论,通过接触角测量仪和纳米尺度的黏附功揭示了钢渣沥青混合料在沥青老化和水分侵蚀耦合条件下界面黏结性能的演变规律.结果 表明:C2S、C3S、Ca2Fe2O5等强碱性矿物相的存在显著提高了钢渣作为集料与沥青的黏结能力,不同矿物相与沥青界面黏附差异主要源于胶质和芳烃,并受到原子电荷和质心距离的双重作用;钢渣的极性在吸附沥青的过程中发挥了关键作用,沥青氧化老化显著增强沥青和钢渣矿物相静电相互作用,强碱矿物质与沥青的黏附更容易受到沥青老化影响,但对水敏感性较低.     

改善较低碱度烧结矿质量的研究

为了在较低碱度下能够得到较高强度的烧结矿，分别进行了配加硼酸、钢渣、盖州有机添加剂的实验室试验，最后选择若干矿样喷洒CaCl2，进行冶金性能试验，结果表明，合适的添加剂及含量可有效提高低碱度烧结矿的强度及其冶金性能。     

钢渣粉煤灰复合水泥的研究

以钢渣、粉煤灰、水泥熟料为主要原料,并掺入少量激发剂,制备高混合材掺量高强复合水泥.研究钢渣细度、水泥的复合组分比例及激发剂对钢渣粉煤灰复合水泥性能的影响,并通过SEM、XRD分析激发剂对复合水泥水化性能的影响.结果表明:钢渣比表面积在310m2/kg以上时,钢渣具有较好的活性.激发剂可进一步增大钢渣、粉煤灰的水化活性,加快复合水泥的水化速度,从而提高水泥的力学性能,缩短水泥的凝结时间,但激发剂对复合水泥水化产物种类影响不大.     

钢渣基胶结材料及应用前景

中国在钢渣综合利用方面与日本等发达国家差距较大,尤其是在水泥和混凝土等跨行业领域应用。由于钢渣化学组成与水泥相似,具有一定胶结性能,研究者开发出一种新型钢渣基胶结材料。针对钢渣基胶结材料活性低现状,对钢渣凝胶性能、活性激发技术、配方方案设计、水化机理研究等方面进行了详细的论述探讨。相比掺入结构混凝土应用,钢渣基胶结材料在矿山充填领域具有较大的市场和成本优势,现有钢渣的低膨胀性能够克服体积微收缩,增强充填体后期强度,是钢渣基胶结材料极具可实施性的应用方向。     

高炉渣对钢渣改性的物理化学基础研究

钢渣用作建筑材料时,由于其中含有大量游离氧化钙(f-CaO),稳定性较差,通常需要改性钢渣以提高其稳定性、胶凝性.在对钢渣、高炉渣进行化学成分和矿物组成分析的基础上,对高炉渣改性钢渣的可能性进行了热力学计算,结果表明高炉渣中的SiO2与钢渣中f-CaO反应,生成胶凝相,同时降低了钢渣中的f-CaO含量.本文通过研究热态高炉渣改性钢渣,结合X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜及能谱分析等研究方法,对改性钢渣的矿物成分、f-CaO含量、黏度变化等进行了分析.研究发现随着热态高炉渣配比量的增加,改性渣黏度缓慢增加,改性钢渣中f-CaO、RO相含量降低,改性渣的胶凝性能提高.在1550℃下,钢渣中添加10%高炉渣时,改性渣中2CaO·SiO2(C2S)、3CaO·SiO2(C3S)含量显著提高,f-CaO质量分数降至1.64%,稳定性大大提高,符合建材化使用要求.此外,进一步使用焦炭还原改性渣中的铁,轻松实现了渣铁分离,提高改性渣的易磨性.     

钢渣粒度分布对钢渣水泥水化特性影响的灰度分析

利用机械激发的原理,从强度与Ca(OH)₂含量两个方面,研究不同球磨时间下钢渣粉的粒度特性以及比表面积对钢渣水泥胶砂水化性能的影响,同时采用灰色关联分析方法探讨钢渣颗粒粒径与钢渣水泥胶砂强度和水化程度的影响规律.结果表明:球磨时间增加,钢渣比表面积增大,活性随之增强;通过DTG热分析发现钢渣的比表面积的变化会影响水化产物Ca(OH)₂结晶和晶体生长速率;钢渣粉中10~20μm粒级对钢渣水泥强度促进作用最大,5~10 μm粒级对钢渣水泥28 d Ca(OH)₂含量促进作用最大,因此增加5~20 μm范围的钢渣颗粒含量,有利于提高钢渣活性.     

以钢渣为原料的SiO_2-CaO-Al_2O_3系陶瓷烧结机理

以主要化学成分为Ca O和Si O2的钢渣为原料,制备Si O2-Ca O-Al2O3系钢渣陶瓷,采用差分扫描量热仪(DSC)、X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与热力学计算研究钢渣陶瓷烧结过程及反应机理。研究结果表明:在以钢渣-黏土-长石-石英为主要原料的Si O2-Ca O-Al2O3体系中,钢渣陶瓷晶相以钙长石相为主;钢渣陶瓷烧结初期以扩散传质反应为主,之后形成高温液相,促进反应进行和晶体长大,并完成坯体致密化;经过湿磨的钢渣中存在大量的氢氧化钙等矿相,这些矿相在钢渣陶瓷烧结过程中能够分解产生具有很强反应活性的氧化钙,因而促进了原料间的反应和陶瓷致密化过程。