研究了单掺化学试剂(甲酸钙、碳酸钠、硫酸钠、石灰)、单掺固硫灰(10%、20%、30%)、复掺固硫灰与甲酸钙对磷渣性能的影响,在此基础上,制备了改性磷渣基辅助胶凝材料,并研究了其对混凝土工作性、力学性能和耐久性能的影响。结果表明:相比单掺其他化学试剂,单掺3%甲酸钙对磷渣水泥凝结时间的改善效果最好;单掺固硫灰时,随着固硫灰掺量的增加,磷渣水泥的凝结时间呈降低趋势;复掺固硫灰与甲酸钙时,综合考虑凝结时间、流动性、活性,复掺20%固硫灰与2%甲酸钙对磷渣的改性效果最好;制备的改性磷渣基辅助胶凝材料可替代常用辅助胶凝材料(矿粉、粉煤灰等)制备混凝土。

利用碱性电解水制备矿粉砂浆,研究了不同取代率矿粉对砂浆工作性和力学性能的影响,结合XRD分析,评价了利用碱性电解水激发矿粉的活性和改善矿粉砂浆性能的可行性。结果表明:碱性电解水矿粉砂浆的工作性和力学性能均优于自来水矿粉砂浆;当矿粉取代率为20%时,碱性电解水矿粉砂浆的28 d抗折强度和抗压强度较自来水矿粉砂浆分别提高了11.9%和23.5%;碱性电解水矿粉砂浆中存在多钙钾石膏和钾长石,且水化硅酸钙和铝酸钙矿物的衍射峰显著强于自来水矿粉砂浆。

以煤矸石为原料,利用机械球磨法粉碎煤矸石,并将其与不同的化学激发剂混合,制得了活性不一的煤矸石粉。通过正交试验,研究了煤矸石粉掺量、化学激发剂种类和掺量对煤矸石胶砂抗压强度的影响,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了煤矸石粉的矿物组成和微观形貌。结果表明:机械球磨破坏了煤矸石的层状结构,提高了其表面活性;以10%掺量的煤矸石粉等质量替代水泥,并掺入2%的Ca(OH)2激发剂,可加快煤矸石粉的二次水化,对应胶砂试件的抗压强度达到最大。

利用X-射线荧光光谱仪、X-射线衍射仪以及强度法对自燃煤矸石的活性进行了研究,将自燃煤矸石部分替代水泥制备成水泥砂浆,研究自燃煤矸石活性、用量对水泥砂浆性能的影响。结果表明,煤矸石中在自燃过程中形成的活性物为α-石英、无定形SiO2、κ-Al2O3和无定形Al2O3。自燃煤矸石的疏松程度会影响其活性;晶相结晶度的高低决定自燃煤矸石活性的高低;自燃煤矸石活性越高,其水泥基复合材料体系强度越高。

针对大体积混凝土收缩开裂的特点,研究了煅烧菱镁矿所得MgO膨胀剂组成、微观结构、水化活性及膨胀变形性能,探讨了煅烧制度与MgO膨胀剂的微观结构、水化活性及膨胀性能的关系。结果表明,煅烧温度升高,MgO微晶聚集而成的MgO颗粒表面逐渐密实,团聚体中MgO晶体自由烧结程度提高、晶粒尺寸增大,水化活性值增大;相同粒度分布的菱镁矿粉体,煅烧温度对MgO膨胀剂粒度分布的影响基本一致。矿物组分、粒度分布基本一致条件下,水化活性值、晶粒尺寸与煅烧温度存在指数关系;水化活性值与晶粒尺寸存在线性关系。水化活性值可调控MgO膨胀剂的膨胀历程;不同煅烧制度制备的MgO膨胀剂的早期膨胀性能(水养20℃)随着活性值增大呈指数性减小。

利用XRD、SEM、激光粒度分析和胶砂强度等测试手段分析了搅拌站废渣的物理化学性能指标,采用机械磨细、高温煅烧手段对废渣活性进行评价,并研究分析了普通等级混凝土、建筑砂浆及免烧砖掺废渣的可行性。结果表明,废渣因粒型不规则、组成成分复杂等因素影响,流动度比和活性较低;机械磨细和高温煅烧均可以提高废渣的活性,但提升幅度有限;用8%的废渣替代粉煤灰生产普通等级混凝土、12%~14%的废渣替代水泥和粉煤灰生产建筑砂浆、37.5%的废渣替代粉煤灰生产免烧砖在技术上是可行的,且具有良好的经济效益。

通过矿渣粉、粉煤灰、石灰石、石膏的复合使用,生产的改性胶凝粉可有效改善水泥与混凝土外加剂的适应性,减少收尘灰对环境的污染,有利于环境保护。

研究了5种不同激发剂(单掺、复掺)对钢渣活性及水泥强度的影响。通过水泥细度负压筛、压力试验机、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试和检测方法揭示了钢渣的宏观性能和微观结构的内在联系。结果表明,掺加了激发剂和糖蜜的钢渣粉磨效率更高。单组分激发剂中,掺入硫酸钠的钢渣试样早期强度提升明显;偏铝酸钠的早期强度很低而后期强度高。在复合激发剂中,硫酸钠与铝酸钠复掺的效果最好,28d强度较纯钢渣试样提高了42%,活性指数K28达到88.2%,其次是硫酸钠与硅酸钠复掺,28d钢渣强度较纯钢渣试样提升了35%,活性指数K28达到82.5%。