碳酸化养护钢渣混合水泥制备建材制品


方程序号
童塑堑皇鱼堕!!堕:竺兰:!1

25℃40℃
60℃80℃
a碳酸化前
b碳酸化后
图2碳酸化前后钢渣制品试样的SEM图
ห้องสมุดไป่ตู้
2.2钢渣混合水泥试样碳酸化化学过程分析
co:以及所有的碳酸盐化合物中,碳元素都是
处于最高价态形式。一般情况下,处于最高价态形
式的含碳化合物是比较稳定的,然而CO:并非足最
稳定的。碳酸盐的标准吉布斯自由能要比CO:的
碳酸化养护钢渣?昆合水泥试样中的硅酸盐矿物 与CO:反应,生成碳酸钙晶体填充在试样空隙中, 增加制品的致密度,提高其强度进而优化制品的物 理性能。本文中所述的研究实验,在普通硅酸盐水 泥中掺入不同比例钢渣,碳酸化养护制备建材制品
万方数据
112
济南大学学撒(自然科学版)
第24卷
不仅利废环保,且成本低廉,市场需求量大,工业化 生产具有巨大的经济效益。
(5)Mg(OH)2+C02=MgC03+H20 (6) C2S+2H=1/2(C3S2H3)+I/2CH (7) 1/2C2S(s)+C02(g)=CaC03(s)+l/2Si02(s) (8)C3S+13/6H=1/3(C4S3H¨)+5/3CH (9) L/3C3S(s)+C02(g)=CaC03(s)+V3Si02(s) (10) C3A+9H=C2AH8+CH (11) C4AF+10H=C3AH6+CH+FH3 表3为反应方程(1)~(11)中所示的化学反应 在不同温度下的吉布斯自由能。 表3 主要化学反应在不同温度下的吉布斯自由能
第24卷第2期 2010年4月
济南大学学报(自然科学版)Vd.24№.2
JOURNAL OF UNIVERSITY OF JINAN(Sci.&Tech.)
Apt.2010
文章编号:1671—3559(2009)02—0111一04
碳酸化养护钢渣混合水泥制备建材制品
赵华磊,常钧,程新
(济南大学先进建筑材料教育部工程研究中心,山东济南250022)
中图分类号:U668.3+5
文献标志码:A
Manufacture of Building Materials With Carbonoted Steel Slang and Cement
ZHAO Hua·lei,CHANG dun,CHENG Xin
(Ministry of Education Engineering Research Center of Advanced Building Materials,University of Jinan,Jinan 250022,China)
期强度低。所以,在水掺量较少的情况下,C3A和
万方数据
第2期
赵华磊,等:碳酸化养护钢渣混合水泥制备建材制品
C,S率先水化生成Ca(OH):然后与CO:反应生成 CaCO,;而c:s水化较慢,使得衍射峰下降不明显, 这也从一个方面说明矿物水化反应顺序较大程度影 响了碳酸化进行的快慢。
碳酸化反应后期反应速率大大降低,这是因为 此过程中生成的碳酸钙颗粒逐渐填充了试样中的空 隙,C—S—H凝胶会与C02反应进行二次碳酸化, 而二次碳酸化过程是缓慢的,因而随着碳酸化反应 的进行,反应速率明显下降。而钢渣中导致安定性 不良的成分被固定在试样中并稳定存在,进一步解 决了钢渣安定性不良的难题。
℃,P(H:0)=2 MPa的环境下对试样压蒸t=3 h
后,取出试样,观察试样是否有开裂或破碎现象。 按照非烧结普通砖建材行业标准(JC/T 422—
2007)对试样的抗折强度、冻融强度、吸水率、饱水
强度进行测试,利用乙二醇法对试样中的f—CaO进
行测试。
通过观察试样碳酸化养护前后的矿物组分变化
和微观形貌,计算碳酸化反应热力学参数,研究钢渣
组分 Si02 A1203 Fe203 Mso FeO P205 S03
P325水泥65.92 22.13 3.82 3.14 2.37
— 0.21
钢渣 38.20 13.32 1.57 23.11 7.61
I.47

1.2碳酸化实验方法
钢渣和水泥按不同质量比混合(表2),向混合
试样中喷人适量的水。川,用砂浆搅拌机搅拌均匀
标准吉布斯自由能低60~180 kJ·mol~,因此碳元
素的最稳定形式应该足碳酸盐而不是CO:。
钢渣混合水泥建材制品试样的化学组分比较复
杂,因此碳酸化养护过程复杂,在碳酸化反应过程中
主要发生的化学反应如下一一0|:
(1) C02 4-H20=H2c03
(2)CaO十H20=Ca(OH)z
(3) Ca(OH)z+CO:=CaCO,+H:0
反应自发进行的趋势顺序为C3S>CaO>C:S>Mso。当m(钢渣):m(水泥)=3:2时,试样S5的碳酸化增重率'7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。
关键词:钢渣;硅酸盐水泥;碳酸化养护;建材制品;物理性能
混合水泥的碳酸化效果及机理。通过物理性能测
试,对经碳酸化养护制备的建材制品性能进行表征。
2结果与分析
2.1 矿物组分与微观形貌分析 图1为配合比m(钢渣):m(水泥)=3:2时碳
酸化养护前后试样的XRD图谱。对比观察可以看 出,养护后的试样中CaCO,的衍射峰增多且峰型尖 锐,而Ca(OH):的衍射峰下降明显且基本消失,而 C,S和C:s的衍射峰基本未发生变化。
图1试样碳酸化前后的XRD图谱 在碳酸化养护过程中CaO、C3S、C2S、C,A等矿 物水化牛成,以及试样中自身含有的Ca(OH):与 C02反应生成CaC03晶体,反应过程:C3S+yH20+ (3一戈)co,:CxSH’,+(3一茗)CaCO,。由于试样是 水泥和钢渣混合组成,水泥中主要的熟料矿物水化 顺序为:C,A>C3S>C4AF>C2S,钢渣中主要水化矿 物与水泥基本相似,但是,由于钢渣和水泥的形成条 件不同,钢渣的矿物结d吉完整,早期水化慢,从而早
间,试样的受压面中心通过下台板球轴心,试样的成
型表面与受压面垂直。开机后试样在指定负荷速率
范围内加载破坏。抗压强度计算公式如下:
矿=F/S
(2)
式中,or为抗压强度,MPa;F为破坏载荷,N;S为试
样受压面积,ni2。
应用YZF2一A型水泥安定性试验用压蒸釜安
定性测试,测试时将试样放入压蒸釜。在T=216
后,倒人90 mm x45 mm的长方体模具中,在P=3
MPa的压力下压制成型,并保压1 min;称量脱模后
的试样质量记为m。,将试样放入反应釜中。在反应
温度T=74 cc,窑尾废气压力P=0.15 MPa下碳酸
化养护t=14 h【8 J。并对试样进行物相分析和性能
测试。
表2钢渣水泥混合制品不同质量分数配合比设计
(4) Mgo+Hz0=Mg(OH)z
图2显示碳酸化养护前后钢渣的微观形貌有较 大差异。图2a为碳酸化养护前的钢渣,可以看出钢 渣颗粒分布不均匀,试样的空隙较大,且颗粒无规则 形貌。由图2b可以看出,碳酸化养护后钢渣制品表 面有一些晶体物质生成,结合XRD图谱可知大量的 颗粒状晶体物质为碳酸钙晶体。对比图2a和图2b 可以看出,在微观区域内碳酸化养护后的钢渣制品 结构较致密,这是由于生成的碳酸钙晶体颗粒在碳 酸化过程中逐步填充了试样中水分蒸发剩余的空 隙,从而使得试样的物理性能得到改善。
(1)
利用碳酸化增莺率叼评价试样的碳酸化效果。 1·4性能测试
应用Burker D8 Advance X射线衍射仪(XRD) 和Hitachi S一2500扫描电镜(SEM)分析钢渣混合
水泥试样碳酸化前后的矿物组成和微观形貌,并分 析试样碳酸化反应机理。
应用YE一30型液压式压力试验机对试样进行
抗压实验。测试时将试样放在测试夹具上下台面之
摘要: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(CO:)=0.15 MPa。结果表明:碳酸化养护过程中试样表面生成较多的CaC03
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;c02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
收稿日期:2009—12一03 基金项目:国家自然科学基金(50872043);济南市科学技术发展
计划匿大专项(200808008) 作者简介:赵华磊(1986一),女,山东济南人,硕士生;
程新(1963一),男,山东即墨人,教授,博士,博士生 导师。
石化燃料的利用排放出大量CO:,使其在大气 中的含量近百年内急剧上升,造成的温室效应给人 类的生存环境带来了极大危害。本文中采用的碳酸 化处理的方式用固体废弃物钢渣吸收CO:,得到稳 定的碳酸盐,不仅能永久封存CO:,还能缓解温室效 应,有利于可持续发展的要求旧。6 J。
Abstract:Different mixing proportions of steel slag with cement were designed and carbonated to manufacture building materials.
After mixing,samples are subject to a standard compaction pressure of 3 MPa in modds,and immediately placed in a chamber filling with C02 gas for 14 h after formed.The experimental temperature and C02 pressure were 74℃and 0.15 MPa,respectively.Results show that:some calcium carbonate crystals appear on the surface of samples;carbonation is prone to hydration in the process of carbon- ation.The process of CO;dissolution controls the velocity of carbonated reaction,and the sequence of carbonated reaction of different minerals is C3S>CaO>C2S>MsO.Under the mix proportion of steel slag:cement=3:2,weight increase of carbonation degree of sample s5 is 10.44%.After 2 h carbonation the compressive strength of sample s5 is 20.06 MPa.f-CaO content falls from 3.25%to
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碳酸化养护钢渣制备透水砖

碳酸化养护钢渣制备透水砖

砂子掺入百分比/% 图3碳酸化钢渣透水砖的保水性比较 2.2.3透水性 透水性是透水砖的主要性能指标之一.透水性的
弧熔炉钢渣制备集料和混凝土Ⅱ】.硅酸盐学报, 2007,35(9). 【4】马云龙.透水砖透水性和强度的影响因素田.佛山 陶瓷.2005(5). 『51霍亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究
图2为碳酸化钢渣透水砖的抗压强度比较。如图 2所示.当掺入石子的质量百分比为定值时.随着砂子 掺加量增高.试件的抗压强度呈明显的下降趋势;并 且当掺入砂子的质量百分比为定值时.随着石子掺加 量增高。试件的抗压强度亦呈下降趋势。结合图1和 图2可知.试件的碳酸化增重率和抗压强度的变化趋 势具有较好的一致性.这说明碳酸化是钢渣试件强度 增长的主要原因之一。此外.砂子及石子粗颗粒的掺 入导致试件整体的空隙增大.也是试件抗压强度下降 的重要原因。JC/T 945—2005((透水砖》标准规定非烧结 砖的强度应不低于30 MPa。按照此要求试件中石子的 质量百分比不应超过15%.而且当试件中石子的质量 百分比为10%时,砂子的质量百分比不应超过10%: 当试件中石子的质量百分比为5%时.砂子的质量百 分比不应超过15%。
~8.54%之间。即碳酸化养护l奴的钢渣透水砖。可以 固化储存纯二氧化碳气体60.0 g~85.4 g。从图l中的 三种柱状图的变化趋势可以看出.当掺人石子的质量
百分比为定值时.随着砂子掺加量增高。试件的碳酸
化增重率呈明显地下降趋势。由于本次实验所采用的
砂子及石子的粒径远大于钢渣.砂子和石子的掺入会
憩圈伯昂汐围蹿回国固丞目
丁 亮 常 钧 (济南大学材料科学与工程学院,山东 济南 250022)
摘要:碳酸化养护钢渣、砂子及石子制备透水砖。钢渣、砂子及石子透水砖的碳酸化增重率集中于6.00% ~8.54%之间,并且随着砂子和石子掺入量的增加,钢渣混合试件的碳酸化增重率呈下降趋势。当试件中 石子的质量百分比为5%且砂子的掺入量为15%时。碳酸化试件的抗压强度为43.9 MPa,并且此种碳酸 化试件具有较好的保水性及透水性。分别为2.2 g/cm2和1.68x10-2 cm/s。满足,-JC/T 945—2005标准。 关键词:钢渣;碳酸化;透水砖;透水性

钢渣论文:钢渣 造纸污泥 碳酸化机理 动力学 热力学 Ca(2 )浸析

钢渣论文:钢渣 造纸污泥 碳酸化机理 动力学 热力学 Ca(2 )浸析

钢渣论文:碳酸化钢渣混合造纸污泥制备建材制品机理研究【中文摘要】钢渣和造纸污泥是工业化生产的固体废弃产物,二者的大量堆置不仅污染环境还会危害人类的身体健康。

碳酸化养护钢渣混合造纸污泥制备建材制品是一项利废环保的先进技术,不仅可以解决二者产生的污染问题,还可以缓解温室效应,创造一定经济效益。

采用材料现代分析测试技术分析钢渣混合造纸污泥碳酸化试样的矿物组成、物理化学变化、微观形貌、水化速率与活性、f-CaO含量以及碳酸化程度等性能;采用偶氮氯膦Ⅲ分光光度法分析纯钢渣以及钢渣掺加造纸污泥试样的Ca~(2+)浸析规律。

碳酸化实验初步确定了适宜的碳酸化条件:造纸污泥掺量为20%,碳酸化水浴温度60℃,蒸馏水掺量为17%,保证钢渣掺加造纸污泥试样压蒸安定性合格的碳酸化时间需大于120 min。

碳酸化反应可以激发钢渣的早期水化活性,碳酸化钢渣在120 h内的累积水化放热量为未碳酸化钢渣的1.5倍;碳酸化钢渣的水化放热速率在3 h内快速增大,随着水化时间的延长,碳酸化钢渣和未碳酸化钢渣的水化放热速率逐渐降低并趋于一致。

碳酸化之前一定的水化时间(<24 h)有益于钢渣的碳酸化反应。

钢渣中Ca~(2+)的浸析规律:①未碳酸化钢渣浸析0~120 min内Ca~(...【英文摘要】Steel slag and paper making sludge are the industrial residues which take up a lot of land and pollute the environment; in addition, solid waste is a kind of common pollution endangering the human health seriously. Carbonationis an advanced technology and the pollution of steel slag mixedwith paper making sludge will not only be solved, but also easethe greenhouse effect that caused by carbon dioxide and then produces economic benefits.The mineral composition, physicochemical changes, microstructures...【关键词】钢渣造纸污泥碳酸化机理动力学热力学 Ca(2 )浸析【英文关键词】steel slag paper making sludge carbonation mechanism kinetics thermodynamics Ca(2 ) leaching【索购全文】联系Q1:138113721 Q2:139938848 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【目录】碳酸化钢渣混合造纸污泥制备建材制品机理研究摘要8-10ABSTRACT10-11第一章绪论12-22 1.1课题背景12-14 1.1.1 钢渣综合利用的必要性12-13 1.1.2 造纸污泥综合利用的必要性13-14 1.1.3C0_2综合利用的必要性14 1.2 国内外研究动态14-21 1.2.1 钢渣的研究现状14-16 1.2.2 造纸污泥的研究现状16-18 1.2.3 C0_2的吸收利用现状18-19 1.2.4 碳酸化的研究现状19-20 1.2.5 钢渣碳酸化机理的研究现状20-21 1.3 本章小结21-22第二章实验方案设计与研究方法22-32 2.1 原料22-25 2.1.1 钢渣22-24 2.1.2 造纸污泥24-25 2.2 实验方案25-27 2.2.1 基础实验25-26 2.2.2 钢渣混合造纸污泥制备建材制品碳酸化机理研究26-27 2.2.3 钢渣水化与碳酸化的关系27 2.3 实验步骤27-28 2.3.1 碳酸化实验流程27 2.3.2 碳酸化实验具体步骤27-28 2.4 主要性能测试方法和表征手段28-31 2.4.1 X 射线衍射分析28 2.4.2 综合热分析28 2.4.3 扫描电镜分析28 2.4.4 抗压强度测试28-29 2.4.5 f-CaO含量测定29 2.4.6 红外光谱分析29 2.4.7 Ca~(2+)离子浸析实验29-30 2.4.8 碳酸化增重率计算30-31 2.4.9 水化热分析31 2.5 本章小结31-32第三章碳酸化实验32-66 3.1 碳酸化基础实验32-53 3.1.1 造纸污泥性能概述32-36 3.1.2 钢渣掺加造纸污泥的碳酸化实验36-44 3.1.3 钢渣掺加造纸污泥适宜碳酸化条件的探索44-53 3.2 钢渣碳酸化与水化关系的研究53-65 3.2.1 碳酸化对水化影响的探索性实验53-57 3.2.2 碳酸化对水化影响的验证性实验57-60 3.2.3 水化对碳酸化的影响60-65 3.3 本章小结65-66第四章钢渣掺加造纸污泥碳酸化动力学机理研究66-90 4.1 动力学机理概述66-69 4.1.1 化学反应动力学和扩散动力学模型66-68 4.1.2 动力学在建材行业的应用68-69 4.2 碳酸化动力学探索实验69-79 4.2.1 纯钢渣中 Ca~(2+)浸析规律70-76 4.2.2 钢渣掺加造纸污泥试样中 Ca~(2+)浸析规律76-79 4.3 建立碳酸化动力学模型的实验基础79-82 4.3.1 碳酸化养护时间对纯钢渣碳酸化程度的影响79-81 4.3.2 碳酸化养护时间对钢渣掺加污泥试样碳酸化程度的影响81-82 4.4 碳酸化动力学模型的建立82-87 4.4.1 纯钢渣碳酸化实验结果与理论模型的拟合分析83-86 4.4.2 钢渣掺加污泥试样碳酸化实验结果与理论模型的拟合分析86-87 4.5 Ca~(2+)浸析模型分析87-89 4.6 本章小结89-90第五章钢渣掺加造纸污泥碳酸化热力学机理研究90-102 5.1 热力学机理概述90-92 5.1.1 热力学基本概念90 5.1.2 热力学定律90-91 5.1.3 碳酸化实验的理论基础91-92 5.1.4 热力学在建材行业的应用92 5.2 碳酸化热力学实验92-101 5.2.1 温度对纯钢渣碳酸化效果的影响92-98 5.2.2 不同 C0_2分压对纯钢渣碳酸化效果的影响98-101 5.3 本章小结101-102第六章结论102-104参考文献104-110致谢110-112附录112-113。

碳酸化养护钢渣制备透水砖

碳酸化养护钢渣制备透水砖

w ih a c rsw t C T 9 5 2 0 tn ad h c c od i J / 4 — 0 5 sa d r . h
Ke o ds:se lsa yW r t e l g,c r n to abo ai n,wa e - r a l rc tr pe me b e b ik,p r a iiy e me b lt
p r a l rc .T e ma s g i e r e o a b n t n s mp e s b t e n 60 e me b e b ik h s an d g e f c r o ai a l s i e w e . 0% a d 85 % .wh c s o n .4 ih i d ce s d w t c e s f h s e c n a e fs n n r v 1 W h n t e ma sp r e tg fs n s5 e r a e i i r a e o e ma sp r e t g so d a d g a e . h n t a e h s e c n a e o d i % a a d t e ma s p r e t g fg a e s 5% . h o r si e sr n t fc r o a i n s mp e s4 . a T e n h s e c n a e o r v li l t e c mp e sv t g h o a b n t a ls i 3 9 MP . h e o wae e e t i n e me b l y o a b n t n s mp e s 2 2 g c t r r tn i t a d p r a i t f c r o a i a l s i . /m。a d . 8 。c / e p c iey v y i o n 16 l x O。 m s r s e t l, v

碳酸化养护钢渣和造纸污泥制备人造集料_吴昊泽

碳酸化养护钢渣和造纸污泥制备人造集料_吴昊泽
3
[5]
C Salvador, D L ua, E J Anthony. Enhancement of CaO for CO 2 capture in an FBC environment[J]. Chemical Engineering Journal, 2003, 96 (1): 187-195.
煤种,同时需综合考虑各有关技术经济因素,如: 返料温度、 结焦的危险、运行成本、检修周期及费用、煤价及运费等。 必须严格控制入炉煤粒度 <13 mm,煤的粒度分布也要 符合要求,这样也可以使得一、二次风的配比得到更有效 的优化,达到节能降耗的目的。 需要加强燃料设备维护,当破碎机筛板、环锤磨损 超标时应及时维修或更换。 (5)对于难燃煤种,适当提高床温可以降低飞灰可 燃物。当然要综合考虑脱硫反应的最佳温度和煤的变形温 度等,但床温不宜超过 950℃。 (6)为降低飞灰可燃物含量,提高旋风分离器的效 率,既可适当加长中心筒长度,也可将入口烟道缩口适当 提高分离器进口风速。 5 结语 综上所述,采取以上措施并实施后,该锅炉运行正常, 效果良好。
表2 集料的碳酸化增重率
配合比/ % 钢渣 100 90 80 70 60 50 40 造纸污泥 0 10 20 30 40 50 60 碳酸化增重率/ % 15.74 14.48 13.06 11.80 9.92 8.97 6.77 体积密度 /( g.cm-3) 2.24 2.16 2.07 2.04 1.93 1.7696.35 256.53 7 70.80 69.56 530.52 8 46.24 78.32 231.60 9 63.35 97.85 153.42 10 42.25 72.41 267 .37 平均 65.55 92.86 296.7

钢渣作为混合材在复合水泥中的应用

钢渣作为混合材在复合水泥中的应用

钢渣作为混合材在复合水泥中的应用冯春花;窦妍;李东旭【摘要】对钢渣作为一种混合材在复合水泥中的综合利用进行了研究,并通过X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、水化热测试、孔结构测试等现代物相检测手段,揭示钢渣复合水泥微观结构与宏观性能之间的内在联系.结果表明:钢渣能显著降低水泥的水化热,降低水泥的标准稠度用水量;钢渣水泥浆体线膨胀率很小,均没有超过0.1%,体积稳定性良好;一定掺量混合材能有效降低浆体孔隙率,改善孔径分布,提高浆体致密度;复合掺加20%钢渣、10%粉煤灰时,水泥的28d抗折、抗压强度分别达到了8.3、48.9MPa;钢渣和粉煤灰复合掺加有利于水泥强度发展.%Steel slag used as cement admixture in composite cement and the internal relation between microstructure and macroscopic properties of cement investigated by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscope(SEM), pore structure analyzer, hydration heat analyzer and other modern analysis methods. The results showed that the water usage for standard consistence and the hydration heat of cement doped by steel slag were reduced. And the cement paste mixed steel slag had the following features, such as low linear expansion rate ( less than 0.1% ), non-shrinkage and excellent volume stability. A certain amount admixture in cement could reduce the porosity, improve pore distribution and increase the consistency of cement. With the admixture of 20% steel slag and 10% fly-ash, the flexural and compressive strengths of cement at 28 d could reach 8. 3 MPa and 48.9 MPa respectively, and compound cement doped bysteel slag and fly ash was contributed to the strength development of cement efficiently.【期刊名称】《南京工业大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2011(033)001【总页数】6页(P74-79)【关键词】钢渣;复合水泥;混合材;孔结构;水化热【作者】冯春花;窦妍;李东旭【作者单位】南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009;南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009;南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009【正文语种】中文【中图分类】TQ177.3钢渣是炼钢过程中产生的副产品。

一种利用碳酸化预养护钢渣制备人工鱼礁混凝土的方法[发明专利]

一种利用碳酸化预养护钢渣制备人工鱼礁混凝土的方法[发明专利]

专利名称:一种利用碳酸化预养护钢渣制备人工鱼礁混凝土的方法
专利类型:发明专利
发明人:房延凤,常钧
申请号:CN201711017343.9
申请日:20171026
公开号:CN107759174A
公开日:
20180306
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明属于建材领域,具体涉及一种利用碳酸化预养护钢渣制备人工鱼礁混凝土的方法。

技术方案如下:包括如下步骤:1)将钢渣破碎、粉磨、分级制备出钢渣粉和钢渣细骨料;2)将所述钢渣粉和钢渣细骨料分别与水混合均匀,在碳酸化反应釜中进行预养护;按质量计,钢渣粉:水=1:0.05‑3,钢渣细骨料:水=1:0.05‑3;3)碳酸化预养护后的钢渣粉与水泥混合为胶凝材料,按质量计,碳酸化预养护后的钢渣粉:水泥=5‑70:30‑95;碳酸化预养护后的钢渣细骨料与砂子混合为细骨料,按质量计,碳酸化预养护后的钢渣细骨料:砂子=5‑50:50‑95;4)将所述胶凝材料和细骨料与水混合后浇注成型制备出人工鱼礁混凝土。

本发明操作简单,固碳、利废、经济环保。

申请人:沈阳建筑大学
地址:110168 辽宁省沈阳市浑南区浑南东路9号
国籍:CN
代理机构:沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人:任凯
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钢渣碳酸化固定二氧化碳及制备建材产品应用研究

钢渣碳酸化固定二氧化碳及制备建材 产品应用研究 潘 凯 二○一四年六月 硕士潘 凯钢 渣碳酸化固定二氧化碳及制备建材产品应用研究硕士学位 论 文分类号X705 密级公开UDC硕士学位论文钢渣碳酸化固定二氧化碳及制备建材产品应用研究潘凯学科专业工业催化指导老师廖丹葵教授黄科林教授级高级工程师论文答辩日期2014.5.26 学位授予日期答辩委员会主席刘幽燕教授广西大学学位论文原创性和使用授权声明本人声明所呈交的论文,是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除已特别加以标注和致谢的地方外,论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得广西大学或其它单位的学位而使用过的材料。

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(请在以上相应方框内打“√”)论文作者签名:日期:指导教师签名:日期:作者联系电话:电子邮箱:钢渣碳酸化固定二氧化碳及制备建材产品应用研究摘要我国是钢铁生产大国,每年产生大量的钢渣排放。

长期以来,我国的钢渣利用率低,国内积存钢渣已有1亿吨以上,且每年仍以数千万吨的排渣量递增,大量钢渣堆积成渣山,不仅占用大量土地,也是我国工业固体废弃物造成大气环境污染的一种来源。

钢铁生产过程也排放大量二氧化碳。

因此利用钢渣中的钙镁组分与二氧化碳发生碳酸化反应,生产稳定的碳酸盐产品,不仅可以大规模固定CO2,也可以使得钢渣的物化性能得到改变,从而实现钢渣资源的综合利用,由此对我国环保事业和循环经济的发展具有重要意义。

2008年济南大学材料科学与工程学院工学硕士

研究生专业论文题目高子栋材料加工工程农作物秸秆纤维/脱硫石膏复合材料的制备与性能研究宁超材料加工工程聚丙烯纤维/水泥复合材料的制备与性能研究刘民荣材料加工工程石膏及其复合材料的防水性能研究指导教师:李国忠济南大学教授答辩委员会主席:王成国山东大学教授、博导委员:岳云龙济南大学教授王琦济南大学教授赵蔚琳济南大学教授王介强济南大学教授秘书:段广彬济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼206会议室材料科学与工程学院2011-5-25研究生专业论文题目吴维祥材料学浓相气力输送脱硫石膏复杂管段流动特性的研究指导教师:刘宗明济南大学教授、博导答辩委员会主席:王成国山东大学教授、博导委员:李国忠济南大学教授岳云龙济南大学教授赵蔚琳济南大学教授王介强济南大学教授秘书:段广彬济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼206会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目牛锛材料加工工程微波溶剂热合成锂离子电池电极材料的研究指导教师:王介强济南大学教授答辩委员会主席:王成国山东大学教授、博导委员:李国忠济南大学教授郑少华济南大学教授岳云龙济南大学教授赵蔚琳济南大学教授秘书:段广彬济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼206会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目刘振材料加工工程抗蚀水泥的组成设计与机理研究田陆飞材料学高效承压智能堵漏复合材料的制备与性能研究指导教师:王琦济南大学教授答辩委员会主席:王成国山东大学教授、博导委员:郑少华济南大学教授岳云龙济南大学教授赵蔚琳济南大学教授王介强济南大学教授秘书:段广彬济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼206会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目文明材料学Ti2AlC/TiAl(Nb、B)复合材料热处理工艺对力学性能影响的计算模拟研究徐兴军材料加工工程无硼无氟玻璃纤维组成与性能的研究指导教师:岳云龙济南大学教授答辩委员会主席:王成国山东大学教授、博导委员:李国忠济南大学教授郑少华济南大学教授王琦济南大学教授赵蔚琳济南大学教授秘书:段广彬济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼206会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目李东东材料学纳米流体强化热管内部传热机理研究指导教师:赵蔚琳济南大学教授答辩委员会主席:王成国山东大学教授、博导委员:李国忠济南大学教授岳云龙济南大学教授王介强济南大学教授王琦济南大学教授秘书:段广彬济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼206会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目丁海洋材料加工工程Al2O3/ZnO复合纳米粉体作为润滑油添加剂的性能研究焦大材料加工工程Al2O3/SiO2复合纳米颗粒作为抗磨剂的性能研究指导教师:郑少华济南大学教授答辩委员会主席:王成国山东大学教授、博导委员:李国忠济南大学教授岳云龙济南大学教授王介强济南大学教授王琦济南大学教授秘书:段广彬济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼206会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目李保亮材料学矿物组成对阿利特-硫铝酸盐水泥熟料煅烧及性能影响的研究指导教师:刘晓存济南大学教授答辩委员会主席:李木森山东大学教授、博导委员:陶珍东济南大学教授李嘉济南大学教授李艳君济南大学教授王艳济南大学副教授秘书:周国荣济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼315会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目丁留伟材料加工工程脱合金法制备纳米多孔铜的研究李祯元材料学Al63Cu25Fe12准晶增强Al-Si合金的组织与性能研究朱云虎材料学RCLD法制备碳表面Si化物涂层的研究续晶华材料物理与化学聚苯乙烯模板法制备金属镍中空微球的研究指导教师:耿浩然济南大学教授、博导答辩委员会主席:李木森山东大学教授、博导委员:刘晓存济南大学教授李嘉济南大学教授滕新营济南大学副教授王艳济南大学副教授秘书:周国荣济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼315会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目张宗见材料学ZnO/活性炭纤维复合材料的研究孙富升材料学生物活性炭纤维负载CuO降解苯酚的研究指导教师:李嘉济南大学教授答辩委员会主席:李木森山东大学教授、博导委员:陶珍东济南大学教授李艳君济南大学教授滕新营济南大学副教授王艳济南大学副教授秘书:周国荣济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼315会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目李俊倩材料物理与化学水热合成钛酸钡粉体的颗粒特征及陶瓷性能研究指导教师:李艳君济南大学教授答辩委员会主席:李木森山东大学教授、博导委员:耿浩然济南大学教授、博导陶珍东济南大学教授李嘉济南大学教授王艳济南大学副教授秘书:周国荣济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼315会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目王晓波材料加工工程建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究指导教师:陶珍东济南大学教授答辩委员会主席:李木森山东大学教授、博导委员:耿浩然济南大学教授、博导李艳君济南大学教授李嘉济南大学教授王艳济南大学副教授秘书:周国荣济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼315会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目张登伟材料加工工程快速凝固稀土中间合金对高镁铝合金组织和性能的影响李波材料物理与化学原位颗粒-枝晶块体非晶复合材料制备及其性能研究指导教师:滕新营济南大学副教授答辩委员会主席:李木森山东大学教授、博导委员:耿浩然济南大学教授、博导李艳君济南大学教授陶珍东济南大学教授李嘉济南大学教授秘书:周国荣济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼315会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目刘健飞材料学Fe/Al2O3梯度涂层材料结构与性能研究指导教师:王志济南大学教授答辩委员会主席:李木森山东大学教授、博导委员:耿浩然济南大学教授、博导李嘉济南大学教授李艳君济南大学教授滕新营济南大学副教授秘书:周国荣济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼315会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目崔永涛材料物理与化学铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15的制备与性能的研究燕克兰材料物理与化学铁酸锶镧薄膜的制备及其电学性能的表征指导教师:付兴华济南大学教授答辩委员会主席:张玉军山东大学教授、博导委员:刘福田济南大学教授、博导胡广达济南大学教授刘世权济南大学教授曹丙强济南大学教授秘书:姜庆辉济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼303会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目殷在梅材料物理与化学Mn对BiFeO3基薄膜结构及性能的影响研究程玲材料物理与化学BiFeO3薄膜的老化与漏电抑制王金翠材料物理与化学(100)-取向Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜低温制备与压电性能研究指导教师:胡广达济南大学教授答辩委员会主席:张玉军山东大学教授、博导委员:刘福田济南大学教授、博导付兴华济南大学教授刘世权济南大学教授曹丙强济南大学教授秘书:姜庆辉济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼303会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目孙莉材料加工工程纳米Fe3O4表面磁性壳层制备及SiO2包覆的研究陈秀秀材料物理与化学ZnSe/ZnS核壳量子点制备与SiO2包覆的研究赵增宝材料学熔融石英陶瓷制备技术及性能检测与表征指导教师:刘福田济南大学教授、博导答辩委员会主席:张玉军山东大学教授、博导委员:胡广达济南大学教授曹丙强济南大学教授付兴华济南大学教授刘世权济南大学教授秘书:姜庆辉济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼303会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目杨瑞娟材料学磷酸铁锂系统玻璃的制备与析晶研究赵会材料学有机胺催化正硅酸乙酯反应制备SiO2材料王海霞材料学球形纳米孔二氧化硅材料及其吸附特性李蕊材料物理与化学TiO2微球的调控合成与表征指导教师:刘世权济南大学教授答辩委员会主席:张玉军山东大学教授、博导委员:刘福田济南大学教授、博导胡广达济南大学教授曹丙强济南大学教授付兴华济南大学教授秘书:姜庆辉济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料东楼303会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目谭文杰材料学硫铝酸锶钙水泥及耐久性的研究吴昊泽材料学利用钢渣和造纸污泥吸收工业废气制备建材制品指导教师:常钧济南大学教授答辩委员会主席:王培铭同济大学教授、博导委员:程新济南大学教授、博导芦令超济南大学教授杨萍济南大学教授黄世峰济南大学教授秘书:王守德济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼201会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目杜鹏材料学硫铝酸盐水泥基修补砂浆的研究赵华磊材料学碳酸化钢渣混合造纸污泥制备建材制品机理研究张宗振材料学1-3型正交异性水泥基压电复合材料的制备与性能研究郑连丛材料学硫铝酸(锶)钙水泥与液相侵蚀环境的相容性研究指导教师:程新济南大学教授、博导答辩委员会主席:王培铭同济大学教授、博导委员:芦令超济南大学教授杨萍济南大学教授常钧济南大学教授黄世峰济南大学教授秘书:王守德济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼201会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目鞠超材料学大功率收发兼备压电陶瓷的制备与性能研究指导教师:黄世峰济南大学教授答辩委员会主席:王培铭同济大学教授、博导委员:周宗辉济南大学教授、博导芦令超济南大学教授杨萍济南大学教授常钧济南大学教授秘书:王守德济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼201会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目赵丕琪材料学利用低品位原料及工业废弃物制备贝利特-硫铝酸钡钙水泥及其性能的研究尹超男材料物理与化学MgO和P2O5对阿利特-硫铝酸锶钙水泥合成和性能的影响李秋英材料学阿利特-硫铝酸锶钙水泥制备技术的研究李贵强材料学掺杂SrO和SrSO4对高阿利特水泥合成和性能影响指导教师:芦令超济南大学教授答辩委员会主席:王培铭同济大学教授、博导委员:程新济南大学教授、博导周宗辉济南大学教授、博导杨萍济南大学教授黄世峰济南大学教授秘书:王守德济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼201会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩研究生专业论文题目李志强材料学混凝土损伤自愈合能力影响因素研究李召峰材料学优化钢渣物相组成、控制MgO分布及其机理研究指导教师:周宗辉济南大学教授、博导答辩委员会主席:王培铭同济大学教授、博导委员:程新济南大学教授、博导芦令超济南大学教授杨萍济南大学教授常钧济南大学教授秘书:王守德济南大学博士答辩时间:5月28日8:00开始答辩地点:材料楼201会议室材料科学与工程学院2011-5-25济南大学研究生硕士学位论文答辩(在职攻读工程硕士学位)研究生专业导师论文题目王鲁彦材料工程常钧王基弘聚羧酸减水剂在营海集团混凝土站的应用研究王宜群材料工程王志刘颖风机叶片用多轴向织物复合材料层合板力学性能研究温红霞材料工程刘福田刘振林济钢高炉用铁矿石冶金性能研究尚小朋材料工程常钧鲁统卫硫铝酸盐水泥在制备高铁二型轨道板中的应用与研究孙元元材料工程李国忠鲁统卫无机保温砂浆的性能及应用研究李荣光材料工程芦令超硫铝酸锶钙矿物改性贝利特水泥的制备技术和性能研究答辩委员会主席:孙康宁山东大学教授、博导委员:丁海成山东省科学院研究员刘晓存济南大学教授葛曷一济南大学教授关瑞芳济南大学副教授秘书:王冬至济南大学讲师答辩时间:5月28日13:30开始答辩地点:材料东楼306会议室材料科学与工程学院2011-5-25。

钢渣碳酸化处理工艺在人造石制作工艺流程

钢渣碳酸化处理工艺在人造石制作工艺流程Carbonation of Steel Slag in the Process of Artificial Stone Production钢渣碳酸化是一种有效的环境友好型工艺,可用于人造石制作中,通过将钢渣与二氧化碳反应来形成一种类似天然石材的材料。

这一工艺流程不仅能够有效地处理废弃钢渣,还可以生产出高质量、可持续利用的建筑材料。

In the process of artificial stone production, steel slag carbonation is an effective and environmentally friendly technique whereby steel slag reacts with carbon dioxide to form a material similar to natural stone. This process not only provides a solution for the disposal of steel slag, but also produces high-quality and sustainable building materials.One of the advantages of using steel slag carbonation in the artificial stone production process is its ability to enhance the properties of the final product. The reactionbetween steel slag and carbon dioxide leads to the formation of stable mineral phases, such as calcium carbonate, which contributes to improved strength and durability in the resulting material.在人造石制作过程中采用钢渣碳酸化工艺还有助于实现资源回收和减少环境影响。

碳酸化预处理对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性及水化活性的影响

第42卷第3期2023年3月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol.42㊀No.3March,2023碳酸化预处理对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性及水化活性的影响房延凤1,王凇宁1,佟㊀钰1,孙小巍1,丁向群1,苏㊀文2(1.沈阳建筑大学材料科学与工程学院,沈阳㊀110168;2.中国建筑土木建设有限公司,北京㊀100070)摘要:钢渣水化活性差,体积安定性不良限制了其作为辅助性胶凝材料的应用,但钢渣具有很好的碳酸化活性㊂本文在对钢渣进行预处理的过程中通过调整CO2浓度及碳酸化时间,调控钢渣的碳酸化程度,分析了碳酸化对钢渣微观结构及固碳效果的影响,同时评价了碳酸化钢渣作为辅助性胶凝材料的可行性㊂结果表明:含30%(质量分数)钢渣的水泥砂浆试块3㊁28d抗压强度较未掺钢渣水泥砂浆分别降低了43.2%和30.0%,净浆试块经压蒸试验后由于膨胀过大而溃散;CO2浓度对钢渣的固碳量有显著的影响,高浓度(体积分数为99.9%)CO2进行碳化养护3min时钢渣固碳量就达到了3.67%㊂钢渣的体积安定性与碳酸化程度呈正相关,而过度碳酸化处理会降低其水化活性,掺加30%(质量分数)碳酸化预处理3㊁10min钢渣的砂浆3d抗压强度较掺加30%原始钢渣的砂浆分别提高了28.3%和15.8%㊂关键词:钢渣;碳酸化;复合胶凝材料;水化活性;体积安定性;抗压强度中图分类号:TQ172㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)03-1001-07 Effect of Carbonation Pretreatment on Volume Stability andHydration Activity of Steel Slag-Cement CompositeCementitious MaterialsFANG Yanfeng1,WANG Songning1,TONG Yu1,SUN Xiaowei1,DING Xiangqun1,SU Wen2(1.School of Materials Science and Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang110168,China;2.China Construction Civil Engineering Co.,Ltd.,Beijing100070,China)Abstract:The application of steel slag as supplementary cementitious materials is limited by its poor hydration activity and volume stability,while steel slag shows excellent carbonation activity.In this paper,the carbonation degree of steel slag was controlled by adjusting the CO2concentration and carbonation time.The effect of carbonation on the microstructure and CO2uptake of steel slag was analyzed,and the volume stability and hydration activity of carbonated steel slag used as supplementary cementitious materials were evaluated.The results show that the3,28d compressive strength of mortar containing30%(mass fraction)steel slag reduce by43.2%and30.0%,respectively,compared to the mortar without steel slag.And paste specimen collapses due to expansion after autoclaving experiment.The CO2uptake of steel slag is significantly affected by the concentration of CO2.The CO2uptake of steel slag arrives at3.67%after carbonation for3min at high concentration(volume fraction is99.9%)of CO2.The volume stability of steel slag is positively correlated with the degree of carbonation,while over carbonation treatment reduces the hydration activity.The3d compressive strength of mortar containing30%(mass fraction)steel slag carbonated for3,10min increases by28.3%and15.8%,respectively. Key words:steel slag;carbonation;composite cementitious material;hydration activity;volume stability;compressive strength收稿日期:2022-10-16;修订日期:2022-11-30基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(51808354);中国博士后科学基金资助项目(2018M641712);辽宁省教育厅科学研究经费项目(lnjc202017)作者简介:房延凤(1988 ),女,博士,副教授㊂主要从事工业废渣建材资源化利用及特种水泥方面的研究㊂E-mail:fangyf@1002㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷0㊀引㊀言中国是世界上最大的钢铁生产国家,产量超过全球总产量的50%[1]㊂钢铁行业不仅排放大量的CO2,还会产生大量无法有效利用的钢渣(约占粗钢产量的15%~20%)[2]㊂目前中国钢渣累积存量超过18亿吨[3],长期堆存不仅造成资源的浪费,且易产生粉尘,污染附近水域,从而引起一系列环境问题[4-5]㊂建材资源化利用是消纳钢渣的有效途径,但钢渣存在成分复杂多变㊁体积安定性不良㊁水化活性差等问题,用作辅助胶凝材料或者骨料存在一系列安全问题,限制了其在建筑材料中的应用[6-9]㊂钢渣虽然水化活性和体积安定性差,但具有较好的碳酸化活性[10-11],尤其是钢渣中的f-CaO和f-MgO可以快速与CO2反应[12],钢渣经过碳酸化养护,可以制备安定性良好的钢渣制品[13-16],具有很好的应用前景㊂Wang等[17]采用半干法对钢渣进行碳酸化处理,研究发现通过调控碳酸化工艺可以调控碳酸化产物的种类和粒度㊂同时很多研究[18-20]表明,纳米碳酸钙和纳米水化硅酸钙(C-S-H)在水泥水化的过程中能够促进早期水化㊂因此,若能通过调控钢渣的碳酸化程度及反应产物的种类㊁粒度从而达到改善钢渣体积安定性和水化活性的目的,则可促进钢渣作为辅助性胶凝材料的广泛应用,从而大规模消解堆存的钢渣,同时固定与储存温室气体CO2㊂本研究通过调整CO2浓度及碳酸化时间,研究了碳酸化对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性和水化活性的影响,同时评价了碳酸化钢渣作为辅助性胶凝材料的可行性㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料试验所用钢渣为本钢集团的转炉钢渣经粉碎㊁粉磨㊁筛分所得,比表面积和密度分别为320m2/kg和3.25g/cm3;普通硅酸盐水泥(P㊃O42.5)的比表面积和密度分别为350m2/kg和3.06g/cm3㊂砂为标准砂㊂钢渣和水泥的主要化学成分如表1所示㊂由表1可知,钢渣中的CaO含量较水泥中低,Fe2O3和MgO含量偏高㊂表1㊀钢渣和水泥的主要化学组成Table1㊀Main chemical composition of steel slag and cementRaw material Mass fraction/%CaO SiO2Fe2O3P2O3MgO Al2O3MnO TiO2CrO2SO3 Steel slag36.414.825.2 2.012.6 5.0 1.00.70.60.3 Cement61.121.5 2.9 2.1 5.2 2.51.2㊀试验设计本研究旨在探索钢渣作为辅助性胶凝材料替代部分水泥的可能性,设计了不同钢渣掺量㊂同时在不同条件下对钢渣进行碳酸化预处理,用碳酸化的钢渣替代30%(质量分数)水泥分析其对力学性能和体积安定性的影响㊂将钢渣与8%(质量分数)的水混合并搅拌均匀,然后将钢渣放入反应釜进行碳酸化预处理㊂碳酸化过程中的CO2压力为0.2MPa,体积分数分别为99.9%和20.0%,碳酸化时间控制在3㊁10min㊂砂浆和净浆试块的配合比及试块尺寸等信息如表2所示㊂在砂浆制备过程中,砂胶比和水胶比分别为3.0和0.5,净浆制备过程中水胶比为0.3㊂砂浆和净浆试块在成型24h后脱模,然后养护至相应龄期进行测试㊂表2㊀试验设计Table2㊀Experiments designSpecimen Steel slagcontent/%Mortar PasteSize/(mmˑmmˑmm)Number Size/(mmˑmmˑmm)NumberSS00 SS1010 SS2020 SS3030 CSS-130 CSS-230 CSS-33040ˑ40ˑ16040ˑ40ˑ16040ˑ40ˑ16040ˑ40ˑ16040ˑ40ˑ16040ˑ40ˑ16040ˑ40ˑ160999999925ˑ25ˑ28025ˑ25ˑ28025ˑ25ˑ28025ˑ25ˑ28025ˑ25ˑ28025ˑ25ˑ28025ˑ25ˑ2803333333CSS-43040ˑ40ˑ160925ˑ25ˑ2803㊀㊀注:CSS-1㊁CSS-2㊁CSS-3和CSS-4所掺加的钢渣分别在99.9%的CO2中处理3㊁10min和20.0%的CO2中处理3㊁10min㊂第3期房延凤等:碳酸化预处理对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性及水化活性的影响1003㊀1.3㊀测试方法和仪器按照‘水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)“(GB /T 17671 2021)测定水泥砂浆试块的抗折强度和抗压强度,参考‘水泥压蒸安定性试验方法“(GB /T 750 1992)测试体积安定性㊂使用布鲁克D8Advance X 射线衍射仪在40kV 和40mA 下进行物相分析,步长为0.04ʎ㊂使用梅特勒-托利多TG /DSC1系统测试碳酸化钢渣在不同碳酸化条件下的固碳量㊂采用扫描电镜(FE-SEM,FEINOVA Nano SEM 450)分析碳酸化预处理对钢渣微观结构的影响㊂2㊀结果与讨论2.1㊀钢渣掺量对砂浆抗压强度和体积安定性的影响不同钢渣掺量砂浆的3㊁7㊁28d 抗折强度和抗压强度结果如图1所示㊂从图1中可以看出,随着钢渣掺量的增加,试块的抗折强度和抗压强度显著降低,其中对3d 力学性能影响更加明显㊂SS10㊁SS20和SS30的3d 抗压强度与SS0相比分别降低了22.3%㊁30.0%和43.2%,而SS10㊁SS20和SS30的28d 抗压强度较SS0分别降低了11.1%㊁21.7%和30.0%㊂可以看出,掺加钢渣对钢渣-水泥复合胶凝材料体系早期强度的发展具有显著的不利影响㊂图1㊀钢渣掺量对砂浆抗折强度和抗压强度的影响Fig.1㊀Effect of steel slag content on flexural strength and compressive strength of mortar 钢渣中含有f-CaO 和f-MgO,这会对硬化浆体的体积安定性产生不利影响㊂通过测试净浆试块的初始尺寸和经过高压釜压蒸3h 后的尺寸,计算线膨胀率,结果如表3所示㊂结果表明,膨胀率随着钢渣含量的增加而逐渐增大㊂SS10的膨胀率为0.47%,略低于标准限值(0.5%)㊂当钢渣含量达到30%时,膨胀过大导致试块溃散,无法得到膨胀率,SS30压蒸后的外观形貌如图2(a)所示㊂图2(b)为SS30压蒸试验前后的TG-DTG 曲线,可以看出经过3h 的压蒸后Ca(OH)2和Mg(OH)2的含量分别达到12.30%和4.17%(质量分数),而压蒸前并未观察到Mg (OH)2的失重,Ca (OH)2的含量也仅为5.22%,说明压蒸过程加速了f-CaO 和f-MgO 的水化反应㊂表3㊀不同钢渣掺量净浆试块的线膨胀率Table 3㊀Linear expansion rate of paste containing different steel slag contentSpecimen SS0SS10SS20SS30Linear expansion rate /%0.060.47 1.212.2㊀碳酸化预处理对钢渣固碳量及微观形貌的影响图3为不同条件下碳酸化预处理钢渣的XRD 谱,SS 表示未碳酸化处理钢渣,CSS1和CSS2分别表示用99.9%浓度的CO 2碳酸化3㊁10min 的钢渣,CSS3和CSS4分别表示用20.0%浓度的CO 2碳酸化3㊁10min 的钢渣㊂从图3中可以看出,经过碳酸化预处理后硅酸二钙(C 2S)的衍射峰强度明显降低,而方解石的衍射峰强度显著增强㊂文献[21-22]表明钢渣在加速碳酸化过程中也会形成结晶度差的CaCO 3㊁文石㊁球霰石和1004㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷方解石,但在XRD 分析中只观察到方解石的衍射峰㊂CaCO 3种类的差异可能是钢渣的矿物组成不同造成的㊂γ-C 2S 碳化过程中很容易形成球霰石,而β-C 2S 易碳酸化形成方解石[8,17]㊂碳酸化钢渣中铁铝酸四钙(C 4AF)的衍射峰强度没有明显降低,说明C 4AF 的碳酸化反应活性较低㊂图2㊀SS30压蒸后的外观形貌和TG-DTG 曲线Fig.2㊀Appearance and TG-DTG curves of SS30afterautoclaving 图3㊀不同碳酸化条件下钢渣的XRD 谱Fig.3㊀XRD patterns of steel slag carbonated at differentconditions 图4㊀不同碳酸化条件下钢渣的TG-DTG 曲线及固碳量Fig.4㊀TG-DTG curves and CO 2uptake of steel slag carbonated at different conditions 对钢渣和碳酸化预处理的钢渣进行TG 分析,以评价其固碳结果,结果如图4所示㊂可以看出质量损失主要集中在400~450ħ和500~850ħ,分别是Ca(OH)2和CaCO 3的分解造成的㊂钢渣碳酸化过程中形成的CaCO 3与天然CaCO 3相比,分解温度较低,为500~850ħ[17]㊂根据TG 曲线计算得到的固碳量也列于图4中㊂碳酸化过程中的CO 2浓度和碳酸化时间对碳酸化效果影响较大,用20.0%浓度的CO 2碳酸化3㊁10min 的钢渣中CO 2含量仅为1.2%和2.5%(质量分数,下同),相对应地,固碳量分别为0.27%和1.57%;而用高浓度CO 2进行碳酸化养护3㊁10min时,CO 2含量达到4.6%和5.9%,此时固碳量分别为3.67%和4.97%㊂在不同CO 2浓度下,碳酸化预处理不同时间的钢渣的SEM 照片如图5(a)~(d)所示㊂尽管在图3和图4的XRD 谱和TG 曲线中表明,碳酸化3min 就已生成大量方解石,但在SEM 照片中未发现具有特定形第3期房延凤等:碳酸化预处理对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性及水化活性的影响1005㊀态的结晶良好的碳酸钙,其原因可能是在碳酸化过程早期的碳酸钙颗粒粒径较小或为结晶度差的无定形碳酸钙㊂随着碳酸化时间的增加,碳酸钙的粒径逐渐增大㊂CO 2压力对碳酸钙的颗粒尺寸有明显影响,低浓度CO 2有利于碳酸钙颗粒尺寸的增大㊂图5㊀不同碳酸化条件下钢渣的SEM 照片Fig.5㊀SEM images of steel slag carbonated at different conditions 2.3㊀碳酸化预处理对钢渣水化活性的影响将含有30%钢渣和碳酸化钢渣的砂浆试块养护至3㊁7㊁28d 后测试其抗折强度和抗压强度,结果如图6所示㊂碳酸化预处理对钢渣的水化活性有显著影响,适当的碳酸化预处理可有效提高钢渣的水化活性㊂与对照组SS30相比,CSS-1和CSS-2的3d 抗压强度分别提高了28.3%和15.8%,而28d 抗压强度分别提高了13.4%和10.8%㊂因此碳酸化钢渣可以加速水化进程,改善砂浆的早期力学性能㊂在低浓度(20.0%)CO 2下对钢渣进行碳酸化预处理,碳酸化效果较差,对钢渣胶凝活性的提升作用并不明显,CSS-3和CSS-4的3d 抗压强度分别为对照组SS30的108.9%和96.0%,这是由于低浓度CO 2条件下碳酸化程度较低,生成的C-S-H 和CaCO 3数量较少,且CaCO 3颗粒尺寸较大,晶核效应较弱㊂图6㊀碳酸化预处理钢渣对砂浆抗折强度和抗压强度的影响Fig.6㊀Effect of carbonation pretreated steel slag on flexural strength and compressive strength of martor1006㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷2.4㊀碳酸化预处理对钢渣体积安定性的影响图7和表4分别为掺加碳酸化钢渣净浆试块经3h 的压蒸试验后的外观形貌和膨胀率,可以看出经碳酸化预处理后,体积安定性得到了有效改善㊂即使用20.0%浓度的CO 2处理3min,体积安定性也较原钢渣有明显的提升,处理10min 后试块经压蒸后表面未出现任何裂纹,但相应砂浆试块的抗压强度为参比样的94.5%,尽管在此条件下钢渣水化活性稍有降低,但解决了钢渣体积安定性不良的问题㊂图7㊀含碳酸化钢渣的净浆试块压蒸后外观形貌Fig.7㊀Appearance of paste containing carbonated steel slag after autoclaving表4㊀碳酸化钢渣对净浆试块膨胀率的影响Table 4㊀Effect of carbonated steel slag on expansion rate of pasteSpecimen CSS-1CSS-2CSS-3CSS-4Expansion rate /%0.520.25 0.433㊀结㊀论1)钢渣的掺加对砂浆试块早期强度发展的不利影响更为明显㊂钢渣中的f-CaO 和f-MgO 会对硬化浆体的体积安定性产生不利影响,掺加30%钢渣的试样在经过3h 的压蒸试验后由于膨胀过大而溃散㊂2)碳酸化过程中的CO 2浓度和碳酸化时间对钢渣的固碳量影响较大,用低浓度(体积分数20.0%)CO 2对钢渣进行碳酸化预处理3㊁10min 后的固碳量仅为0.27%和1.57%,而用高浓度(体积分数99.9%)CO 2进行碳酸化养护3min 时其固碳量就达到了3.67%㊂碳酸化过程中形成了方解石,且20.0%CO 2浓度下生产的方解石尺寸较大㊂3)钢渣的碳酸化预处理对早期水化和钢渣的体积安定性有显著影响㊂适量的碳酸化可提高钢渣的水化活性,过度碳酸化反而会降低水化活性㊂掺加30%用高浓度(99.9%)CO 2碳酸化预处理3㊁10min 钢渣的砂浆3d 抗压强度较掺30%原始钢渣的矿浆分别提高了28.3%和15.8%,这归因于碳酸化过程中形成的C-S-H 和方解石,为水泥水化提供了形核位点㊂在低浓度(20.0%)CO 2下对钢渣的碳酸化效果不佳,对钢渣胶凝活性的提升作用并不明显㊂钢渣的体积安定性与碳酸化程度呈正相关,因此需要通过调整碳酸化条件来获得体积安定性和水化活性的平衡㊂参考文献[1]㊀SHU K Q,SASAKI K.Occurrence of steel converter slag and its high value-added conversion for environmental restoration in China:a review[J].Journal of Cleaner Production,2022,373:133876㊀第3期房延凤等:碳酸化预处理对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性及水化活性的影响1007 [2]㊀张长森,李㊀杨,胡志超,等.钠盐激发钢渣水泥的早期水化特性及动力学[J].建筑材料学报,2021,24(4):710-715.ZHANG C S,LI Y,HU Z C,et al.Early hydration properties and kinetics of steel slag-cement activated by sodium salts[J].Journal of Building Materials,2021,24(4):710-715(in Chinese).[3]㊀WANG X B,LI X Y,YAN X,et al.Environmental risks for application of iron and steel slags in soils in China:a review[J].Pedosphere,2021,31(1):28-42.[4]㊀GUO J L,BAO Y P,WANG M.Steel slag in China:treatment,recycling,and management[J].Waste Management,2018,78:318-330.[5]㊀LAI M H,ZOU J J,YAO B Y,et al.Improving mechanical behavior and microstructure of concrete by using BOF steel slag aggregate[J].Construction and Building Materials,2021,277:122269.[6]㊀LE D H,SHEEN Y N,BUI Q B.An assessment on volume stabilization of mortar with stainless steel slag 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