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2022年  第7卷  第5期

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改性煤气化粗渣活性特征及其复合水泥浆体水化硬化性能研究
王栋民 , 房奎圳 , 张明
2022, 7(5): 513-521. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.001
摘要(542) HTML (109) PDF(80)
摘要:
煤气化技术的规模化应用产生了大量难处理的煤气化灰渣。作为一种富含硅铝酸盐矿物的煤气化灰渣，具备火山灰活性和较低的碳含量特征，可作为辅助性胶凝材料使用。为探讨不同改性效果下煤气化粗渣的活性特征及其对水泥水化硬化性能的影响机制，本文从宏观和微观上对掺有改性气化粗渣的复合水泥浆体的水化放热、抗压强度、水化产物组成与结构进行分析比较。结果表明：添加二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)改性，可明显地提升气化粗渣的粉磨效率和潜在水化活性，有效减少水化诱导期的延长，降低气化粗渣掺加对水泥水化的缓凝效果；添加DEIPA的顺序对复合水泥的水化硬化特性影响不大。经化学和物理协同改性后的煤气化粗渣可以用于硅酸盐水泥的混合材和混凝土的掺合料，在适当掺量(10 %)下可提升复合水泥的力学性能。
甲酸干法化学改性钢渣粉及其浆体性能研究
霍彬彬 , 张亚梅 , 王栋民 , 李保亮
2022, 7(5): 522-528. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.002
摘要(346) HTML (72) PDF(27)
摘要:
探明化学改性钢渣粉的活性和力学性能对提升钢渣利用具有重要意义。研究选取4种钢渣粉采用4 % 的甲酸溶液进行干法化学改性，采用背散射电子显微镜、水化量热仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪表征了改性前后钢渣粉及其浆体性能的变化。结果发现，不同钢渣粉矿物组成差异较大，制备的浆体3 d和7 d抗压强度均较低，72 h的水化热在10~40 J/g间波动；但经过甲酸改性后，其3 d抗压强度提升率都超过200 %，72 h水化热均提升至50 J/g以上，提升率均超过80 %，钢渣粉中的Ca(OH)2均能参与反应并生成甲酸钙，而其中的活性硅酸盐未受到显著影响。
尾矿活化方法的研究进展综述
易龙生 , 夏晋 , 米宏成 , 张冰行
2022, 7(5): 529-537. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.003
摘要(493) HTML (98) PDF(79)
摘要:
本文简要介绍我国尾矿堆存现状和尾矿资源化利用的方法，针对尾矿用作建筑材料时存在活性较差的问题，综述了现有的机械活化、热活化、化学活化等尾矿活化方法及其机理、优缺点和研究进展。分析表明，目前仍然需要多种方法结合才能达到较好的活化效果，化学活化具有成本低廉的优势，但尚不能完全代替其他活化方法，若能突破将能更好地大宗消纳尾矿，解决尾矿堆存现状及可能出现的环境污染问题。
3D打印地聚合物层间黏结强度及力学各向异性研究
郭晓潞 , 李树昊
2022, 7(5): 538-543. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.004
摘要(355) HTML (85) PDF(30)
摘要:
3D打印地聚合物是一种兼具资源化利用及智能建造的新型建筑材料，其试件各方向上的力学性能和层间的黏结强度是影响建筑可建造性和耐久性的重要因素。以粉煤灰、石英砂为主要原材料，无水硅酸钠为碱激发剂，矿粉为辅助性胶凝材料，硅酸镁铝为专用外加剂，制备了3D打印粉煤灰基地聚合物砂浆；在最适宜掺量和配比下，3D打印出粉煤灰基地聚合物3D打印试件，研究了其层间黏结强度与抗拉强度，并且通过力学性能及超声波速表征其力学各向异性性能。
轻烧煤矸石混合电子含氟污泥制备混合材及其对水泥性能的影响
徐东阳 , 何廷树 , 达永琪
2022, 7(5): 544-553. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.005
摘要(252) HTML (63) PDF(16)
摘要:
直接轻烧电子含氟污泥用作水泥混合材存在火山灰活性不高、标准稠度需水量大等问题，本文利用煤矸石作为电子含氟污泥的硅铝质补充来源，将电子含氟污泥和煤矸石混合后轻烧制备水泥混合材，通过强度活性指数、水泥力学强度、水泥标准稠度需水量、凝结时间、粒度分布等指标以及X射线衍射和扫描电镜等试验，探究了轻烧煤矸石混合电子含氟污泥制备水泥混合材对水泥性能的影响。结果表明：与直接轻烧电子含氟污泥制备的水泥混合材相比，煤矸石混合电子含氟污泥后轻烧制备的水泥混合材，可改善水泥的颗粒级配，降低水泥的标准稠度需水量，提高水泥混合材的活性和所配制普通硅酸盐水泥强度，但会使水泥的初凝时间延长、终凝时间缩短。
煤矸石粗集料理化性质和形状特征对混凝土强度的影响
王艳 , 左震 , 文波 , 高冠一
2022, 7(5): 554-564. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.006
摘要(401) HTML (115) PDF(24)
摘要:
随着天然集料的日益缺乏以及国家对固体废弃物再利用的高度重视，煤矸石集料的应用已引起广泛关注，但不同地区煤矸石粗集料理化性质和形状特征差异较大，会显著影响混凝土性能。本文选取陕西省不同矿区的煤矸石，采用宏观指标(压碎指标、吸水率、坚固性、表观密度、含泥量)和细观指标(矿物组成、化学成分、微观形貌和内部孔结构)评价煤矸石粗集料的理化性质，并分析了两者之间的关联性。针对煤矸石与天然碎石的形状差异，提出了球度、角数和纹理指数等煤矸石粗集料形状统计指标，并结合煤矸石粗集料宏观指标分析了对混凝土工作性与强度的影响规律。研究结果表明，石英、高岭石和伊利石含量高、微观形貌密实、孔隙率小的煤矸石粗集料，吸水率和压碎指标较低；与天然碎石相比，煤矸石粗集料球度较低，多呈不规则形状，角数和纹理指数高，表现为棱角较多且尖锐、表面更粗糙；压碎指标和吸水率低的煤矸石集料配制的混凝土，和易性好、强度高；当煤矸石粗集料压碎指标差异小时，其形状统计指标决定了混凝土强度，球度越高、角数和纹理指数越小，混凝土强度越低。
基于RSM-BBD的自燃煤矸石骨料透水混凝土配比优化研究
刘艳 , 周梅 , 张凯 , 吴龙 , 彭磊
2022, 7(5): 565-576. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.007
摘要(497) HTML (119) PDF(45)
摘要:
为了对自燃煤矸石骨料透水混凝土进行配比优化，采用BBD响应面法设计17组试验，研究骨灰比、水灰比和增强剂掺量对透水混凝土抗压强度、透水系数和孔隙率的影响，构建响应面模型，揭示各因素与响应值的相关关系，获得综合性能最优配比。研究结果表明：各因素与各响应值关系皆呈二次多项式模型，回归系数R2皆大于0.9，说明模型合理性和拟合性较好。水灰比和骨灰比对各响应值影响均非常显著，增强剂掺量只对抗压强度影响非常显著，骨灰比和增强剂掺量交互项对抗压强度影响显著，水灰比与增强剂掺量交互项对孔隙率影响显著。当骨灰比3.2、水灰比0.22、增强剂掺量4.5 % 时，混凝土28 d抗压强度为28.7 MPa、透水系数3.21 mm/s、孔隙率19.7 %，满足C20透水混凝土的工程要求。
硅钙渣复合地聚物水化机理研究
杨志杰 , 张德 , 康栋 , 米世忠 , 闫长旺 , 张菊
2022, 7(5): 577-584. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.008
摘要(147) HTML (50) PDF(17)
摘要:
为实现硅钙渣、粉煤灰及矿渣三种固废的协同利用，本文通过开展不同粉煤灰、矿渣比(灰渣比)下的硅钙渣复合地聚物制备实验，对硅钙渣复合地聚物的水化机理进行了研究。结果表明，硅钙渣复合地聚物是由β-硅酸二钙自身水化和碱激发水化共同形成的一种以C—S—H和C(N)—A—S—H为主的二元复合胶凝材料；相较于晶相矿物，玻璃相矿物更易发生碱激发水化反应，导致灰渣比在0.5以上时7 d水化物中残存大量未反应的莫来石，但随养护时间的延长莫来石会继续进行水化，并在28 d时生成蠕虫状四方钠沸石和条状贝德石。同时在灰渣比为1.0时，硅钙渣地聚物微观形貌最均匀致密，28 d抗压强度最高，达到37.9 MPa，说明此时能够发挥出粉煤灰、矿渣、硅钙渣之间最佳的协同效应。
退役动力锂离子电池循环回收技术研究进展
朱学帅 , 郝廷秀 , 黄雪 , 赵翠岩 , 李铁鑫 , 李云妹 , 张国庆 , 封萍
2022, 7(5): 585-594. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.009
摘要(861) HTML (314) PDF(97)
摘要:
新能源汽车行业的迅猛发展，带动了动力锂离子电池需求量的激增，使得天然的钴、锂、镍等成为稀缺资源。为推动新能源汽车产业的持续健康发展，解决锂离子电池带来的环境污染和资源匮乏问题，实现锂离子电池的绿色循环利用迫在眉睫。本文围绕退役动力锂离子电池放电、拆解、剥离、分选、冶金等作业环节，对其循环回收过程进行了系统评述。从技术研发与工业应用多角度分析了不同作业方式对剥离、分选、冶金等效果的影响，讨论了各作业环节的研究进展和存在的主要问题，展望了退役动力锂离子电池循环回收行业未来发展方向，为退役动力锂离子电池绿色高效循环利用提供了重要依据。
煤气化粗渣基地质聚合物的热稳定性研究
吕政晔 , 张彤 , 刘泽 , 王群英 , 王栋民
2022, 7(5): 595-603. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.010
摘要(317) HTML (148) PDF(26)
摘要:
煤气化粗渣可以作为前驱体制备地质聚合物，其耐高温性需要进一步探究。本文分别对煤气化粗渣中掺入10%TiO2、30 粉煤灰和30%矿渣制备的地质聚合物进行高温处理，探究在不同温度下4种28 d地质聚合物的热稳定性。结果表明，在100 ℃时，样品抗压强度与常温时相差不大；在200 ℃、400 ℃和800 ℃时，4种样品的抗压强度均出现不同程度的下滑，其中强度衰减最为明显的是掺入矿粉的样品，强度衰减较小的是掺入TiO2的样品；随着温度的升高，地质聚合物出现了开裂现象，在100 ℃和200 ℃时仅煤气化粗渣地质聚合物有开裂现象，在400 ℃时仅掺入TiO2的地质聚合物未开裂，在800 ℃时所有地质聚合物均开裂。掺入TiO2的地质聚合物因含有锐钛矿而具有较好的耐高温性。
粉煤灰制备NaA型分子筛及其对铅离子的吸附性能研究
李昆 , 李春全 , 孙志明
2022, 7(5): 604-614. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.011
摘要(347) HTML (96) PDF(29)
摘要:
以粉煤灰为原料，采用碱熔-水热法合成NaA型分子筛。通过单因素试验探究了水热温度、水热时间、碱浓度、碱灰比对制备分子筛的影响，采用静态饱和吸水量和钙离子交换量对所制备分子筛的性能进行评价。结果表明：水热温度100 ℃、水热时间5 h、NaOH浓度2.73 mol/L、碱灰比2.8有利于NaA型分子筛的合成，其钙离子交换量最高可达374.63 mg/g。利用合成的NaA型分子筛对液相中的铅离子进行吸附研究，在分子筛投加量1 g/L、溶液pH值6.2、吸附温度25 ℃、吸附60 min时，吸附容量(Qe)最高可达471.51 mg/g；分子筛的吸附等温线更加符合Langmuir等温线模型，饱和吸附容量(Qm)可达580.18 mg/g。
疏水改性煤矸石砂浆性能的试验研究
徐薇 , 王国璇 , 刘波 , 王斌 , 庞玉坤
2022, 7(5): 615-623. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.012
摘要(294) HTML (88) PDF(17)
摘要:
煤矸石物理化学特性复杂、强度低、疏松多孔的特点，限制了其在建筑材料中的大量使用。本文采用疏水溶液浸泡的方式，在非煅烧、非预湿的条件下对煤矸石进行了改性。在系统研究改性前后煤矸石基本性质的基础上，设置0%、30%、50%、70%和100%共5种疏水改性后煤矸石质量替代率，以接触角、抗折强度、抗压强度、氯离子电通量为表征参数，分析了不同疏水改性煤矸石替代率对砂浆性能的影响。研究结果表明：采用本文的制备方法，当改性煤矸石替代率低于50%时，可实现煤矸石砂浆表面的疏水状态；抗压强度随改性煤矸石替代率的增大呈现降低的趋势，最大降低率为不掺加改性煤矸石时的15.7%；替代率为30%时，28 d抗压强度为58.5 MPa。不同改性煤矸石替代率下砂浆电通量均小于250 C，表现出优秀的抗氯离子渗透性。替代率为30%时电通量最小，为130 C。采用本研究提出的疏水改性的方法，可以使煤矸石在非煅烧、非预湿的条件下，保证砂浆良好的力学强度和抗氯离子渗透性能，实现煤矸石的充分利用。
钢渣用作燃煤固硫剂的性能研究
赵建兵 , 杨巧文 , 温馨 , 田利斌
2022, 7(5): 624-631. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.013
摘要(184) HTML (58) PDF(11)
摘要:
为研究燃煤固硫过程中钢渣的固硫性能，分析了固硫过程的工艺参数钙硫比、空气流量、炉温、炉内停留时间等单因素对固硫率的影响，并设计正交实验分析各因素对固硫率主次顺序的影响，确定了最优实验参数。使用X射线荧光光谱仪(XRF)分析了灰渣的结渣性和钢渣的固硫效果；应用X射线衍射光谱仪(XRD)表征了钢渣与固硫灰渣的衍射峰，进一步反映了钢渣的固硫性能；采用扫描电镜(SEM)表征了固硫灰渣的显微形貌，比较了钢渣固硫前后的表面结构和微观形貌，验证了其他表征结果的合理性。结果表明，钢渣在900 ℃高温下具有较好的固硫性能，固硫率达到63.17%，加入2%碳酸钠助剂后钢渣的固硫率可以达到70.08%。
矿粉/偏高岭土对天然水硬性石灰早期性能的影响
许栋 , 张大江 , 王栋民 , 齐国栋 , 张帅
2022, 7(5): 632-642. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.05.014
摘要(299) HTML (155) PDF(19)
摘要:
天然水硬性石灰(NHL) 在古建筑修缮工程中的应用效果是水泥和传统气硬性石灰所无法比拟的，但早期性能发展偏慢的特性使其应用受限。本文研究了矿粉/偏高岭土改性NHL早期硬化过程中物理力学性能、水化放热特性、物相组成和转变以及微观结构演变过程，系统地评估了矿粉/偏高岭土对NHL基材料早期性能发展的影响。结果表明：矿粉可以改善NHL基砂浆的流动性；矿粉/偏高岭土通过火山灰反应生成水化铝酸钙(C3AH6)、水化碳铝酸钙(C4AĈH11) 以及水化硅酸钙(C—S—H)，可促进NHL基材料凝结硬化、显著提高其抗压及抗折强度。本研究为推动火山灰质材料复合NHL在古建筑修复工程中的应用提供参考。

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