Effect of waste gypsum on the setting and early mechanical properties of belite-C2.75B1.25A3$ cement
PVA和PVA纤维增强石膏基复合材料性能研究
第 ４１卷 第２期 ２０１ Ｍ ｉｎｅｓ
ＰＶＡ和 ＰＶＡ纤维增强石膏基复合材料性能研究
曹文湘 彭家惠 易 伟 朱 聪
（１ 重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 ４０００４５；２ 重庆建大建材有限公 司，重庆 ４０００３０）
摘 要 研 究 了聚 乙烯醇（ＰＶＡ）及聚 乙烯醇纤维掺量对石 膏工作性能 、力学性能 、耐水性能 、吸水性 、弯曲韧性 的影响。研 究表 明：ＰＶＡ及 ＰＶＡ纤 维会 降低 石 膏浆 体 的 工 作性 能 ，掺 量越 大 ，扩展 度越 低 ，凝 结 时 间 降低 ；石 膏硬 化 体 抗 压 强度 略 微 降低 ，加 入 ＰｖＡ以后 ，抗 压 强 度 大幅 度 上 升 ， 抗折强度随纤维掺量增大而增大，弯曲韧性进一步增 强；ＰＶＡ能有效改善石膏的吸水性 能，降低吸水率。最佳掺量组合为 ＰＶＡ质量掺量 ２％，ＰＶＡ
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＰＶＡ ａｎｄ ＰｖＡ ｆｉｂｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ，ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｗａｔｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：ＰＶＡ ａｎ ｄ ＰＶＡ ｆｉｂｅｒ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｇｙｐｓｕｍ ．ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｗａｓ．ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｅｒ ｔｈｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｔｉｍ ｅ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｗ ｈｅｎ ＰＶＡ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ａｄｄｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ， ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｅｎ ＰＶＡ ｗａｓ ａｄｄｅｄ ｔｏ ｇｙｐｓｕｍ．ｔｈｅ ｃｏｍ ｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ．ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ，ｗｈｅｎ ＰＶＡ ｗａｓ ａｄｄｅｄ，ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｒｅａｄ ｗａｓ ｏｂｖｉｏｕｓ，ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．ＰＶＡ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｄｏｓａｇｅ ｗａｓ ＰＶＡ ｃｏｎｔｅｎｔ ２％ ，ＰＶＡ ｆｉｂｅｒ ｂｙ ｖｏｌｕｍｅ １．２％ ．
贝利特-硫铝酸钙水泥的收缩性能
测试温度
在（20.0 士 1.0）°C.试样之间保持
30 mm 的间隔，利用千分表及计算机自动测量记
录波纹管的长度变化.自收缩测试时长为7 d. 7d后
剥除塑料波纹管，将管内的水泥样品杆置于膨胀计工
作台上，在温度为（20. 0 士 2. 0） C，相对湿度为（60 士
5）%的条件下进行为期60 d的干燥收缩测试,利用千
ternalporousstru8tureatearlyageoftwokindsof8ementwasstudiedthroughlow-fieldnu8learmagneti8 resonance technique. The results show that autogenous shrinkage of BCSAF cement paste is larger than that of reference cement paste, but drying shrinkage is smaller due to different hydration products and internalporousstructure.Add1tonofflyashcanefect1velylowerdownautogenousanddry1ngshr1nkageof BCSAFcementpaste.Flyashcandecreaseautogenousshr1nkageanddry1ngshr1nkageofBCSAFcement pasteefect1vely.Dry1ngshr1nkageat60dofBCSAFcementmortar1sbeterthanthatofreferencecement mortar.
场核磁共振分析仪，磁场强度为(0. 28 + 0. 05)T,测
水化热抑制剂对水泥-粉煤灰胶凝材料水化和混凝土性能的影响
第49卷第8期2021年8月硅酸盐学报Vol. 49，No. 8August，2021 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20200724 水化热抑制剂对水泥-粉煤灰胶凝材料水化和混凝土性能的影响陈炜一1，周予启1,2，李嵩2，阎培渝1(1. 清华大学土木工程系，北京 100084；2. 中建一局集团建设发展有限公司，北京 100102)摘要：探究了水化热抑制剂(TRI)对水泥-粉煤灰胶凝材料水化过程和混凝土性能的影响。
通过改变粉煤灰在胶凝材料中的占比和水化热抑制剂的掺量，观察了胶凝材料的水化过程以及混凝土的绝热温升、力学性能和干燥收缩特性。
胶凝材料的水化热测试结果表明，在含有粉煤灰的胶凝材料中，水化热抑制剂降低胶凝材料的放热速率峰值、延后放热峰出现时间的作用更加明显。
硬化浆体的相组成和微观结构测试表明，水化热抑制剂对胶凝材料水化程度的抑制主要发生在7d前。
混凝土试验结果表明，水化热抑制剂会放缓混凝土的绝热温升速率，降低粉煤灰混凝土的早期强度并增加干燥收缩。
关键词：水化热抑制剂；粉煤灰；胶凝材料；混凝土；水化；强度中图分类号：TU528.45 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)08–1609–10网络出版时间：2021–06–18Impact of Temperature Rising Inhibitor on Hydration of Cement-Fly Ash CementitiousMaterials and Performance of ConcreteCHEN Weiyi1, ZHOU Yuqi1,2, LI Song2, YAN Peiyu1(1. Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;2. China Construction First Division Group Construction & Development Co. Ltd, Beijing 100102, China) Abstract: Effect of temperature rising inhibitor (TRI) on the hydration process of cementitious materials containing fly ash and the performance of concrete was investigated. The hydration process of cementitious materials was examined as a function of the contents of fly ash and TRI. The adiabatic temperature rise, mechanical properties and drying shrinkage of concrete derived from the cementitious materials and TRI were also evaluated. According to the hydration heat of the binder pastes, it was revealed that the addition of TRI lowers and delays the exothermic peaks more significantly in the presence of fly ash. The phase composition and microstructure of the hardened paste indicate that TRI mainly inhibits the hydration degree of the cementitious materials in the first 7 days. The presence of TRI slows down the adiabatic temperature rising rate, reduces the early strength of the concrete and increases drying shrinkage of the concrete.Keywords: temperature rising inhibitor; fly ash; cementitious materials; concrete; hydration; strength温度裂缝是混凝土结构中最常出现的裂缝类型。
高吸水树脂在水泥基材料中的早期吸水与释水行为
第44卷第11期2016年11月硅酸盐学报Vol. 44，No. 11November，2016 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2016.11.08 高吸水树脂在水泥基材料中的早期吸水与释水行为李明1，王育江2，王文彬1，张建亮1，田倩1，刘加平2(1. 江苏苏博特新材料股份有限公司，高性能土木工程材料国家重点实验室，南京 211103；2. 东南大学材料科学与工程学院，南京 211189)摘要：利用反相悬浮制备的球形高吸水树脂(SAP)在干燥及吸液过程中均能保持良好球形度的特性，基于图像统计分析，研究了SAP在不同早龄期压榨孔溶液中的吸水行为，同时利用毛细管压力和自收缩测试分析了SAP的早龄期释水行为。
结果表明：压榨孔溶液离子浓度及pH值在凝结时间前后的3~4 h范围内相对稳定，1 d后pH值超过13.6，且孔溶液实际上由KOH和NaOH组成；SAP在水泥浆体早期的吸水与释水行为主要受渗透压控制，在压榨孔溶液中的吸液行为符合Fick扩散定律，且饱和平衡吸液能力随水化龄期的延长而逐渐降低；SAP在浆体凝结前已开始释水，且塑性阶段的快速释水导致后期的内养护效果不足。
关键词：高吸水树脂；压榨孔溶液；吸水行为；释水行为中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2016)11–1595–07网络出版时间：2016–10–25 09:02:04 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20161025.0902.009.html Early-Age Water Absorption and Release Behavior of Superabsorbent Polymers inCement-Based MaterialsLI Ming1, WANG Yujiang2, WANG Wenbin1, ZHANG Jianliang1, TIAN Qian1, LIU Jiaping2(1. State Key Laboratory of High Performance Civil Engineering Materials, Jiangsu Sobute New Materials Co., Ltd. Nanjing 211103,China; 2. School of Materials Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China)Abstract: Since the spherical superabsorbent polymers (SAP) synthesized by inverse suspension polymerization can well maintain a spherical shape at dried state and during the absorption process, the water absorption behavior of SAP in the different early-age extracted pore solutions was investigated by image statistical analysis, and the water release behavior was evaluated by capillary pressure and autogenous shrinkage tests. The results indicate that the ion concentrations and pH value of the extracted pore solutions are unchanged for 3–4 h before and after setting. The pH value exceeds 13.6 after 1 d and the extracted pore solution can be considered as a composition of KOH and NaOH. The water absorption and release behavior were both controlled by osmotic pressure, the absorption kinetics of SAP governed by diffusion can be analyzed by the Fick second law of diffusion, and the absorption capacity at equilibrium decreases with increasing the hydration age. SAP shows a sustained release property before setting of cement paste, and a rapid water release rate during plastic stage resulting in an insufficient internal curing effect.Keywords: superabsorbent polymers; extracted pore solutions; absorption behavior; water release高吸水树脂(SAP)在高性能和超高性能混凝土内养护效果方面的优越性已得到广泛认同。
冲击载荷下石灰石力学特性与能耗规律研究
工程爆破 E N G I N E E R I N GB L A S T I N G 2022年4月第28卷第2期h t t p ://g c b p .c b p t .c n k i .n e t A p r i l 2022|E n g i n e e r i n g B l a s t i n g|V o l .28,N o .2文章编号:1006-7051(2022)02-0015-06收稿日期:2021-06-02基金项目:河北省高等学校科学技术研究资助项目(Z D 2018050)作者简介:张亚宾(1977 ),男,博士,副教授,从事采矿工艺理论与技术㊁岩石力学方面的科研与教学工作㊂E -m a i l :139********@163.c o m 通信作者:周 建(1996 ),男,在读硕士,从事采矿工艺理论与技术方面的研究㊂E -m a i l :2062352069@q q.c o m 冲击载荷下石灰石力学特性与能耗规律研究张亚宾,周建,艾蕊,谭志远(1.华北理工大学矿业工程学院,河北唐山063210;2.河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北唐山063210)摘 要:为了研究三友露天石灰石矿在开采过程中爆破引发的冲击载荷对于矿石力学特性的影响与破碎时能量的变化规律,采用S H P B 实验系统对石灰石进行不同冲压气压下的冲击加载实验,分析了石灰石的动态强度及能量变化规律反映岩石内部裂纹的产生发育过程㊂经研究结果表明,应变率为26.25s -1时,岩石的动态抗压强度80.67M P a ,应变率增加至34.30s -1时,岩石的动态抗压强度98.00M P a ;动态抗压强度随应变率增加呈现出指数增加的趋势,且存在一个应变率分界值,在应变率小于29.00s -1时,石灰石的动态抗压强度增长缓慢,在当应变率大于29.00s -1时,石灰石的动态抗压强度快速增加;随着入射能的增加,吸收能与其成线性增加趋势,透射能与其成二次函数增加趋势;随着应变率的增加,岩石单位体积吸收能从0.24J /c m 3增加到0.63J /c m3,表明岩石在高应变率下破坏耗能更大㊂关键词:冲击载荷;S H P B ;石灰石;应变率效应;能量变化中图分类号:T D 235 文献标志码:A d o i :10.19931/j.E B .20210118S t u d y o nm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d e n e r g y c o n s u m pt i o n l a wo f l i m e s t o n e u n d e r i m pa c t l o a d Z H A N GY a -b i n ,Z H O UJ i a n ,A I R u i ,T A NZ h i -yu a n (1.C o l l e g eo fM i n i n g E n g i n e e r i n g ,N o r t hC h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,T a n gs h a n 063210,H e b e i ,C h i -n a ;2.M i n i n g D e v e l o p m e n t a n dS a f e t y T e c h n o l o g y K e y L a bo f H e b e i P r o v i n c e ,T a n gs h a n 063210,H e b e i ,C h i n a )A b s t r a c t :I n o r d e r t o s t u d y t h e i m p a c t o f b l a s t i n g o n t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e o r e a n d t h e c h a n g e l a wo f e n e r g y d u r i n gc r u s h i n g i n t h eS a n y o uo p e n -p i t l i m e s t o n e m i n e ,t h eS H P Be x p e r i m e n ts y s t e m w a su s e dt oc o nd u c t i m p a c tc o m pr e s s i o n e x p e r i m e n t s o n t h es l o p er o c ku n d e rd i f f e r e n t i m p a c ta i r p r e s s u r ea n dh o wt h ed y n a m i cs t r e n g t ha n de n e r g y va r i a t i o no f l i m e s t o n e r e f l e c t t h e g e n e r a t i o na n dd e v e l o p m e n t o f c r a c k s i n s i d e t h e r o c kw a s a n a l y z e d .T h e r e s u l t s d e m o n s t r a t e 4t h i n gs :F i r s t ,w h e n t h e s t r a i n r a t e i s 26.25s -1,t h ed y n a m i c c o m p r e s s i v e s t r e n gt ho f t h e l i m e s t o n e i s 80.67M P a ,a n dw h i l e t h e s t r a i n r a t e i n c r e a s e s t o34.30s -1,i t r i s e s t o98.00M P a .S e c o n d ,i t i n c r e a s e se x p o n e n t i a l l y w i t ht h es t r a i nr a t e ,r i s i n g s l o w l y w h e n t h e s t r a i n r a t e i s l o w e r t h a n29.00s -1,t h e c r i t i c a l v a l u e o f t h e s t r a i n r a t e ,a n d r i s i n g r a p i d l y w h e n t h e s t r a i n r a t e i s l a r g e r t h a n29.00s -1.T h i r d ,t h e a b s o r p t i o n e n e r g y l i n e a r l y a n d t h e t r a n s m i s s i o n e n e r g yq u a d r a t i c a l l y i n c r e a s ew i t h t h e r i s e o f t h e i n c i d e n t e n e r g y .F o u r t h ,t h e a b s o r p t i o n e n e r g ype r u n i t v o l u m e of r o c k i n c r e a s e s f r o m0.24J /c m 3t o 0.63J /c m 3w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e s t r a i n r a t e ,i n d i c a t i n g t h a t t h e e n e r g y c o n s u m p t i o n f o r r o c k f a i l u r e i s g r e a t e r a t a h i gh s t r a i n r a t e .K e y wo r d s :i m p a c t l o a d ;S H P B ;l i m e s t o n e ;s t r a i n r a t e e f f e c t ;e n e r g y c h a n g e目前,伴随着我国大面积的基础建设工程的不断进行,石灰石作为重要的建筑工业原料的需求也不断的加大,因此对于矿山企业来讲,高效低成本的开采就更加的至关重要㊂据工程实践表明爆破产生的能量只有一小部分被应用于岩石的破碎中,大部分都以弹性波的方式无用耗散,如何提高炸药在爆破中的能量利用率和降低开采成本成为了露天矿的主要问题,由于炸药的爆破属于动态或超动态的力学问题,因此对于岩石在动力载荷下的力学特性的研究就变得至关重要㊂许多专家学者对不同岩石动态力学特性的研究成果也非常丰富㊂陈俊宇等[1]通过分离式霍普金森压杆装置对煤矿区的砂岩进行不同应变率加载的冲击实验,得出砂岩的动态弹性模量和峰值应力都表现出明显的应变率效应,岩石破坏程度与单位体积破碎耗能之间形成良好的对应关系㊂甘德清等[2]采用不同冲击气压下对磁铁矿石进行冲击实验,并反映出磁铁矿石的吸能效率随入射能的增加呈现出先增加后稳定的变化趋势,磁铁矿的破碎耗能密度随入射能增加呈线性增长趋势,破碎耗能密度越大,碎块的平均粒径越小㊂董英健等[3]通过对2种不同种类的矿石进行大量冲击实验研究,得出2种矿石的应变率随着冲击速度的增大呈上升趋势,随着应变率的上升抗压强度呈指数增大,但两2种岩石的变化速率明显不同,说明不同类型的岩石在相同情况下的反映是不一致的㊂王彤等[4]对红砂岩进行了循环冲击实验,实验表明随着冲击次数增加,岩石的峰值应力表现出先缓慢增长后急剧升高再趋于平缓的一种态势;随着冲击次数增加,红砂岩试件的吸收能开始增加,当到达一定冲击量时,吸收能则开始呈下降态势,吸收能与冲击次数存在二次函数关系㊂钱七虎等[5-6]探究了岩石及岩石的强度对于应变率的依赖机理,得出动力强度相对应变率依赖机理分为热活化控制区㊁声子阻尼区和高应变率区,提出了在应变率影响岩石强度的条件下的莫尔库仑准则,揭示了应变率与岩石破坏后破坏尺寸大小间的联系㊂郝家旺等[7-8]通过对磁铁矿石进行不同应变率的冲击实验,在不同的冲击载荷下,岩石的动态强度明显增加,呈现明显的应变率效应,并且磁铁矿石存在一个应变率临界值,在该临界值附近,矿石的动态抗压强度迅速增加㊂李夕兵等[9]根据应力波在岩石中传输与损耗的数值分析,结合岩石的脆性破坏断裂准则和富氏分析法,总结出了应力波在岩石之中能量消耗与传输的规律性㊂陆华等[10]通过对大孔隙的红砂岩进行循环冲击实验,得出在循环冲击下大孔隙红砂岩损伤先增加后减小且裂隙基本从透射杆端部开始产生的实验规律㊂以上研究可知,研究者对于冲击实验的研究对象一般为砂岩或铜铁矿石等岩石,针对于石灰石在冲击载荷作用下力学特性与能量损耗研究较少,有待进一步研究㊂基于三友露天石灰石矿开采过程中出现的爆破问题,为使三友露天石灰石矿更加高效的利用爆破能,降低开采成本,合理地确定单位岩石的炸药消耗量,进一步了解爆破作用下石灰石的力学性质变化与损伤破坏时能耗规律,于是开展石灰石在动力冲击载荷下的基础力学实验㊂本文选取唐山三友石矿开采的石灰石作为研究对象,实验采用S H P B实验系统开展不同应变率下的冲击实验,对不同应变率下的应力应变曲线,岩石试件的峰值应力以及入射能㊁反射能㊁透射能3种能量的关系进行初步的探讨㊂探究石灰石动力学特性与破碎过程中的能量变化规律,为矿山长期稳定的高效安全的生产计划㊁爆破计划以及边坡灾害的预防和治理提供可靠依据㊂1S H P B冲击实验1.1S H P B实验系统S H P B压杆实验系统由储气室㊁发射腔㊁纺锤形子弹㊁入射杆㊁透射杆㊁缓冲装置㊁数据采集系统等部分组成(见图1)㊂该实验系统入射杆与透射杆采用材料为40C r合金钢,入射杆的长度为2000mm,透射杆的长度为1500mm,直径为50 mm,密度为7800k g/m3,泊松比为0.208,纵波波速为5200m/s,岩石试样的应变率范围是1~ 103s-1㊂61工程爆破E N G I N E E R I N GB L A S T I N G 第28卷E n g i n e e r i n g B l a s t i n g工程爆破,2022,28(2):15-20h t t p ://g c b p .c b p t .c n k i .n e t A p r i l 2022|E n g i n e e r i n g B l a s t i n g|V o l .28,N o .2图1 分离式S H P B 装置F i g .1 S e pa r a t eS H P Bd e v i c e 根据S H P B 技术的基本假设,子弹以一定的速度撞击入射杆产生入射脉冲,入射杆撞击岩石试件后会产生反射脉冲与透射脉冲,分别反映在入射杆与透射杆上㊂并通过杆件上粘贴的应变片反映电压的变化,再经过数据采集系统处理,将入射应变信号和反射应变信号,以及透射应变信号显示在计算机上㊂岩石试件的动态应力σS (t )㊁应变率ε㊃(t )和应变εS (t )采用如下公式计算㊂σS (t )=A E2A SεI (t )+εR (t )+εT (t )(1)ε㊃(t )=C 0L SεI (t )+εR (t )-εT (t )(2)εS (t )=C 0L S ʏtεI (t )-εR (t )-εT (t )d t (3)式中:A 为弹性杆横截面,mm 2;A S 为岩石试件的横截面积,mm 2;L S 为岩石试件的长度,mm ;E 为弹性杆的弹性模量,G P a ;C 0为弹性应力波在入射杆中的传播速度,m /s ;εI (t )为入射应变;εR (t )为反射应变;εT (t )为透射应变㊂1.2 岩石试件制备试样取自唐山三友石灰石矿,三友石灰石矿山位于河北唐山市古冶区,是市重点矿山之一㊂矿体赋存奥陶系马家沟组地层中,属于沉积矿床,矿体呈北东东向分布,共圈出8个矿体,自下而上分别是Ⅰ~Ⅷ,其中Ⅴ号矿体为主要开采矿体,储量占全区总储量的65%,矿体倾角为北倾75ʎ~87ʎ㊂开采方式为露天深孔爆破开采㊂为了确保实验的准确性,减小岩石物理性质差异对实验结果的干扰,在选取的岩石试件中挑选均质完整的试件㊂根据已有研究表明,在S H P B 冲击实验中岩石试件的长径比为0.5~0.6时,能够得到完整的应力应变曲线,长径比为0.4~0.5的岩石试件被冲击后破坏形式较为完全[11]㊂所以确定此次实验试件的长径比为0.5,通过岩石取芯机㊁岩石切割机和岩石自动双面磨石机,将试样加工为直径50mm ,高25mm 的圆柱试样㊂使两端面不平行度小于0.02mm ,直径误差小于0.3mm ,并用游标卡尺检测㊂1.3 实验过程及结果该实验系统通过高压氮气驱动子弹,子弹撞击入射杆,提供初始动能推动入射杆撞击岩石试件,在应力波的作用下使试件破坏,完成实验㊂首先,对实验岩石的力学性质进行初步探究,经过大量预实验表明,当冲击气压小于0.40M P a 时,岩石保持完整性,故确定本次实验所用气压为0.40㊁0.45㊁0.50㊁0.55M P a ㊂实验过程中严格遵守实验流程,本实验测得的平均应变率为26.25~34.30s -1,岩石的峰值应力为80.67~98.00M P a㊂实验结果如表1所示㊂表1 冲击实验结果T a b l e 1 I m pa c t t e s t r e s u l t s 编号冲击气压/M P a 冲击速度/(m ㊃s -1)抗压强度/M P a 平均应变率/(s -1)入射能/J 反射能/J 透射能/J 吸收能/J 单位体积吸收能/(J ㊃c m -3)C 1-1C 1-2C 1-30.405.1380.9328.4738.231.6125.6011.020.254.8680.6726.2537.041.5124.6010.930.244.9880.6726.9636.781.5224.3110.950.24C 2-1C 2-2Q 4-10.456.3284.2331.7045.152.4824.5718.100.396.1484.3031.2643.952.4523.6017.900.395.9283.9230.9943.042.4622.6017.980.39C 3-2C 3-3Q 2-20.506.7791.0033.1456.103.4027.7924.910.546.9591.0434.0056.943.4427.9725.530.546.8490.8733.7755.803.3926.6325.780.56C 4-3Q 1-2Q 1-30.557.6497.6134.1163.003.8930.1728.940.637.8098.0034.3063.693.9130.9628.820.618.0691.4633.8165.133.9432.0829.110.6371第2期张亚宾,等:冲击载荷下石灰石力学特性与能耗规律研究E n g i n e e r i n g B l a s t i n g工程爆破,2022,28(2):15-202 岩石动力学分析2.1 应力应变特征根据实验所得到的数据,在4种不同冲击气压下的应力应变关系如图2所示,由曲线可以看出,冲击作用下,岩石的压密阶段不明显,只表现出弹性阶段,弹塑性阶段㊂由不同应变率下的曲线对比可以看出,在弹性阶段,岩石试件的动态弹性模量随应变率的增加而增大,岩石的屈服强度也随应变率的增加而增加,承受外部荷载的能力越来越强㊂在应力大于屈服强度后,岩石进入弹塑性阶段,随着应变率的增加,岩石的应力峰值也随之增大,当外部荷载超过岩石的承受范围时,岩石发生不可逆的塑性变形,岩石的承载能力开始下降,岩石内部裂隙迅速扩张,岩石的破坏程度增大㊂图2 岩石试件冲击载荷下应力应变F i g .2 S t r e s s -s t r a i no f r o c ks p e c i m e nu n d e r i m pa c t l o a d 2.2 动态抗压强度特征根据表1的实验数据可以得到在常规的冲击实验下三友石矿石灰石不同应变率条件下与动态抗压强度之间的关系,如图3所示,动态抗压强度随应变率的增长而增长,当应变率为26.25s-1时,动态抗压强度最小,为80.67M P a ,当应变率为34.30s-1时,动态抗压强度最大,为98.00M P a ㊂动态抗压强度增加了近21.40%,这表明本次实验岩石的动态抗压强度对应变率变化十分敏感,表现出很强的应变率效应㊂由图3可知岩石试件的应变率与抗压强度的关系由指数函数拟合效果较好,从材料的变形与破坏的机制上来讲,在应变率小于29.00s-1时,试件的强度变化处于一阶段,在此阶段动态抗压强度随应变率的增长缓慢增加,是由于在应变率较小的时候,材料的变形和破坏主要受热活化机制的控制,当应变率大于29.00s-1时,试件的强度变化处于二阶段,岩石试件的动态抗压强度随应变率的增加而快速的增长,材料的变形和破坏开始表现出绝热性,材料的宏观黏性阻尼机制开始占据主导位置,这也导致一阶段与二阶段的变化明显不同,同时也可由图3可知两阶段的过渡是十分的平稳的,这也证明热活化机制与宏观黏性阻尼机制在岩石的变形破坏过程中是同时存在的,只是在不同的应变率下所占据的主导位置不同㊂再者就是岩石的破坏过程就是裂隙发育扩展的过程,整个过程都必须向外界吸收能量,岩石试件的破坏程度越高就越是需要更多能量,然而冲击是瞬间完成的,岩石无法在短时间内吸取足够的能量平衡冲量,只能增加内部应力来抵消,也就使岩石的动态抗压强度增长㊂图3 抗压强度与应变率F i g .3 C o m p r e s s i v e s t r e n gt ha n d s t r a i n r a t e 3 不同应变率加载下岩石的能量传递规律根据表1的实验数据可以得到岩石吸收能㊁透射能与入射能之间的关系和单位体积吸收能与应变率之间的关系㊂岩石吸收能与入射能之间的关系如图4所示,由图可以看出,随着入射能的增长,岩石的吸收能也呈现出线性增加的趋势,这是由于伴随着入射能的射入,能量会从反射能㊁吸收能和透射能3种途径被反馈回来,而吸收能可以间接81工程爆破 E N G I N E E R I N GB L A S T I N G 第28卷h t t p ://g c b p .c b pt .c n k i .n e t A p r i l 2022|E n g i n e e r i n g B l a s t i n g|V o l .28,N o .2地反映石灰石试件在受到冲击载荷后的损伤程度,吸收能主要用于岩石裂隙的产生与发育,所以随着入射能的增长岩石试件内部的裂隙越发育,内部损伤越大,岩石的破坏程度也就越来越大㊂图4 岩石吸收能与入射能F i g .4 A b s o r b e de n e r g y a n d i n c i d e n t e n e r g y of r o c k 岩石透射能与入射能变化关系如图5所示,由图可知,透射能与入射能的曲线整体呈二次函数的增长趋势,在入射能小于45J 时,透射能随入射能增长的趋势变化并不明显;当入射能大于45J时,透射能随入射能的增长而增长㊂但通过表1透射能与入射能的数值比值基本维持在0.5左右,这也说明不论入射能的数值是多少,都有近乎一半的冲击入射能以弹性能的形式被透射出去而无用耗散㊂图5 岩石透射能与入射能F i g .5 T r a n s m i s s i o ne n e r g y a n d i n c i d e n t e n e r g y of r o c k 岩石单位体积吸收能与应变率变化如图6所示,由图可知,石灰石试件的单位体积吸收能与应变率之间呈现出非线性二次函数增长关系,由此可以得出,应变率对石灰岩单位体积吸收能的影响很大㊂从拟合方程来看,在应变率处于较小状态时,石灰石的单位体积吸收能增长不明显,不过随着应变率的升高,石灰石的单位体积吸收能快速上升,这种走势与应变率与动态抗压强度的变化走势相近,也说明当应变率增加时,岩石的动态抗压强度增大,而高应变率下产生的变形与破坏将会消耗更多的能量,岩石试件的单位吸收能也随着增长㊂图6 岩石单位体积吸收能与应变率F i g .6 A b s o r pt i o n p e r u n i t v o l u m e o f r o c ka n d s t r a i n r a t e 4 结论1)岩石在冲击荷载作用下,峰值应力随着应变率的增长而增长,岩石的应变增加,岩石的损伤程度越高㊂2)动态抗压强度随着应变率的增加而呈指数增加,并且表现出很强的应变率效应㊂石灰石试件存在应变率临界值,在小于临界值时,动态抗压强度受应变率影响较小,大于临界值时,动态抗压强度随应变率增加而快速增加㊂3)冲击速度越大,产生的入射能越高,应变率越大,岩石的吸收能随入射能的增大而呈线性增大,透射能随入射能的增长而呈二次函数增长㊂当应变率增加时,岩石的单位体积吸收能增加㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1]陈俊宇,裴向军,杜瑞锋,等.冲击载荷作用下砂岩的动力学特性及能耗规律[J ].科学技术与工程,2019,19(31):304-310.C H E NJY ,P E IXJ ,D U RF ,e t a l .D yn a m i c c h a r -91第2期张亚宾,等:冲击载荷下石灰石力学特性与能耗规律研究a c t e r i s t i c s a n d e n e r g y c o n s u m p t i o n o f s a n d s t o n e u n d e r i m p a c tl o a d i n g[J].S c i e n c e,T e c h n o l o g y a n dE n g i n e e r i n g,2019,19(31):304-310.[2]甘德清,刘志义,李占金,等.冲击载荷作用下磁铁矿石破碎能耗特征[J].岩石力学与工程学报,2018,37(S1):3500-3506.G A NDQ,L I UZY,L I Z J,e t a l.E n e r g y c o n s u m p-t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f m a g n e t i t eo r ec r u s h i n g u n d e r i m p a c t l o a d[J].C h i n e s eJ o u r n a lo fR o c k M e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n 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多壁碳纳米管对钢渣混凝土力学及耐久性能的影响
第 54 卷第 8 期2023 年 8 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.8Aug. 2023多壁碳纳米管对钢渣混凝土力学及耐久性能的影响康玉梅，佟佳欣(东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳，110819)摘要：多壁碳纳米管(MWCNTs)作为新兴纳米材料，能够改善混凝土材料的宏观性能及微观结构。
本文研究MWCNTs 对钢渣混凝土的力学性能及耐久性能的影响，并利用扫描电镜(SEM)分析其增强机理。
研究结果表明：MWCNTs 掺量为0.08%时，钢渣混凝土的力学性能及耐久性能显著提高，28 d 标准养护条件下，钢渣掺量为15%时，与未掺加MWCNTs 的钢渣混凝土相比，抗压强度和抗折强度分别提高了13.2%和14.6%；28 d 氯离子扩散深度和氯离子扩散系数分别降低了29.8%和27.4%；200次冻融循环过程中，掺入MWCNTs 的钢渣混凝土质量损失率及相对动弹性模量变化率偏低，材料抗冻性能增强。
MWCNTs 通过桥联和拔出效应，可抑制微裂缝的产生和扩展，有效改善骨料界面过渡区，从而提高混凝土材料的力学性能及抗冻、抗氯离子侵蚀性能。
关键词：多壁碳纳米管；钢渣混凝土；力学性能；耐久性能；微观结构中图分类号：TU528 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）08-3070-09Effect of multi-walled carbon nanotubes on mechanical anddurability of steel slag concreteKANG Yumei, TONG Jiaxin(School of Resources & Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China)Abstract: As a new nanomaterials, multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs) can improve the macroscopic properties and microstructure of concrete materials. The effects of MWCNTs on mechanical properties and durability of steel slag concrete composites were studied, and the strengthening mechanism was analyzed by scanning electron microscopy(SEM). The results show that when the MWCNTs content is 0.08%, the mechanical properties and durability of steel slag concrete are significantly improved. When the steel slag content is 15%, the compressive strength and flexural strength increased by 13.2% and 14.6% respectively compared with steel slag concrete without MWCNTs under 28 d normal curing condition. The diffusion depth and diffusion coefficient ofchloride ions decreased by 29.8% and 27.4%, respectively. During 200 freezing-thawing cycles, the mass loss rate收稿日期： 2022 −07 −29； 修回日期： 2022 −09 −17基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(U1602232) (Project(U1602232) supported by the National Natural ScienceFoundation of China)通信作者：康玉梅，博士，副教授，从事结构健康检测研究；E-mail ：******************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.08.011引用格式： 康玉梅, 佟佳欣. 多壁碳纳米管对钢渣混凝土力学及耐久性能的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(8): 3070−3078.Citation: KANG Yumei, TONG Jiaxin. Effect of multi-walled carbon nanotubes on mechanical and durability of steel slag concrete[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(8): 3070−3078.第 8 期康玉梅，等：多壁碳纳米管对钢渣混凝土力学及耐久性能的影响and the change rate of relative dynamic elastic modulus of steel slag concrete with MWCNTs are lower, and the frost resistance of steel slag concrete is enhanced. The MWCNTs can inhibit the generation and expansion of micro-cracks and effectively improve the aggregate interface transition zone through bridging and pulling out effect, thus enhancing the mechanical properties of concrete materials and the resistance to freezing and chloride ion erosion.Key words: multi-walled carbon nanotubes; steel slag concrete; mechanical properties; durability; microstructure耐久性是衡量水泥基材料性能的重要指标之一[1−3]。
木质素-石灰改良黄河冲积粉土的力学特性
磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验
收稿日期2019-09-16基金项目“十三五”国家重点研发计划项目（编号：2017YFC0602903）；河北省科技厅重大成果转化专项（编号：19073818Z ）。
作者简介李宏业（1968—），男，副矿长，高级工程师，硕士。
通信作者高谦（1956—），男，教授，博士，博士研究生导师。
总第537期2021年第3期金属矿山METAL MINE磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验李宏业1杨晓炳2，3温震江2，3高谦2，3王永定1（1.金川集团股份有限公司，甘肃金昌737100；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083；3.北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083）摘要针对金川矿山充填采用水泥作为胶凝材料成本较高的问题，利用当地固体废弃物资源开发矿用新型胶凝材料。
首先对试验材料进行物化分析，开展了磷石膏—矿渣复合胶凝材料强度正交试验，并在此基础上进行磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验确定最优配比；然后对磷石膏—矿渣复合胶凝材料强度的影响因素进行了分析，利用扫描电镜观察了各龄期水化产物的微观结构，并对磷石膏—矿渣复合胶凝材料成本进行了核算。
研究表明：磷石膏—矿渣复合胶凝材料早期强度较低，而后期强度较高；磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验确定最优配比为生石灰7%、磷石膏30%、芒硝2%和矿渣微粉61%；SEM 观察到水化产物以钙矾石和C—S—H 凝胶为主，并且随着养护龄期的增长，结构不断紧密，强度不断提高；对磷石膏—矿渣复合胶凝材料最优配比进行成本核算，得出其成本为180元/t，与金川矿山专用的38.5非标水泥成本相比，胶凝材料成本降低了44%；对复合胶凝材料充填料浆管输特性进行了测定，结果满足金川矿山自流输送要求。
关键词充填采矿法磷石膏矿渣胶凝材料优化水化机理中图分类号TD853文献标志码A文章编号1001-1250（2021）-03-028-06DOI 10.19614/ki.jsks.202103004Optimization Test of the Proportion of Phosphogypsum -slag Composite Cementitious MaterialLI Hongye 1YANG Xiaobing 2，3WEN Zhenjiang 2，3GAO Qian 2，3WANG Yongding 1（1.Jinchuan Group Co.，Ltd.，Jinchang 737100，China ；2.Key Laboratory of High Efficient Mining and Safety of Metal Mine ，Ministry of Education ，Beijing 100083，China ；3.School of Civil and Resource Engineering ，University of Science andTechnology Beijing ，Beijing 100083，China ）AbstractIn view of the high cost of using cement as cementitious material for filling in Jinchuan Mine ，new cementi⁃tious materials for mining are developed by utilizing local solid waste resources.Firstly ，the physical and chemical analysis of the test materials is carried out ，the orthogonal test of the strength of phosphogypsum -slag composite cementitious materials is done ，and on this basis ，the optimum proportion of phosphogypsum -slag composite cementitious materials is determinedby the optimum test.Then ，the factors affecting the strength of phosphogypsum -slag composite cementitious materials are ana⁃lyzed ，the microstructure of hydration products at different ages is observed by scanning electron microscopy ，besides that ，the cost of phosphogypsum -slag composite cementitious materials is calculated.The study results show that the early strengthof phosphogypsum -slag composite cementitious material is lower than that of later strength ；the optimum ratio of phosphogyp⁃sum -slag composite cementitious material is determined by optimizing the ratio of 7%quicklime ，30%phosphogypsum ，2%mirabilite and 61%slag powder ；SEM showed that ettringite and C —S —H gel are the main hydration products ，and with the growth of curing age ，the structure became close and the strength increased continuously ；and the cost calculation of the optimum ratio of phosphogypsum -slag composite cementitious material is carried out.The cost of cementitious material is 180yuan/t ，which is 44%lower than the cost of 38.5non -standard cement used in Jinchuan Mine.The pipeline transporta⁃tion characteristics of composite cementitious material filling slurry are measured ，and the results can meet the requirementsof gravity transportation in Jinchuan Mine.Keywordsfilling mining method ，phosphogypsum ，slag ，cementitious material ，optimization ，hydration mechanismSeries No.537March 202128低成本开采和循环经济、节能减排与环境保护是矿业研究开发的两大主题，尤其是近年来由于环境保护以及安全生产要求的提高，充填法采矿被广泛应用［1-2］，但是充填法采矿不仅采矿工艺复杂、生产能力低，而且成本高，直接影响矿山企业的经济效益，其中胶凝材料成本占充填成本的70%左右，因此开发低成本高性能的充填胶凝材料是降低充填成本的重要途径［3-4］。
再生微粉和石灰石粉对水泥浆体流变性能的影响
２ Ｘｉ’ ａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒꎬ Ｘｉ’ ａｎ ７１００００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｐｏｗｄｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔꎬ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ
浆体流变性能的影响机理ꎮ 结果表明: 再生微粉和石灰石粉对水泥浆体流变性能有着显著的影响ꎻ 随着再生微
粉掺量增加ꎬ 浆体的屈服应力和塑性黏度先增加后减小ꎬ 而石灰石粉体系则表现为随着掺量的增加ꎬ 浆体的屈
服应力和塑性黏度先减小后增加ꎬ 这主要与再生微粉和石灰石粉体系的 Ｚｅｔａ 电位有关ꎮ
关键词: 再生微粉ꎻ 石灰石粉ꎻ 流变性能ꎻ 屈服应力ꎻ 塑性黏度
ＰＯ: 纯水 泥 试 样ꎬ 各 组 水 泥 浆 体配 合 比 设 计 见
表 ２ꎮ
编号
ＰＯ
表 ２ 水泥浆体配合比设计
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍｉｘ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｐａｓｔｅ
水泥 / ｇ
再生微粉 / ｇ
石灰石粉 / ｇ
水胶比
９０
１０
０
０ ３２
７０
３０
０
０ ３２
ＺＳ１０
ＺＳ２０
ＺＳ３０
再生微粉加以利用会造成严重的资源浪费和环境
污染 [７] ꎮ 目前石灰石作为常见的微粉填料已经被
广泛的用于水泥材料的混合材料中 [８－９] ꎮ 本文通过
测量新拌水泥浆体流动度及计算流变参数ꎬ 研究
再生微粉和石灰石粉掺量对水泥浆体流动度、 屈
服应力、 Ｚｅｔａ 电位等性能的影响ꎬ 探讨混合材料
石膏激发矿渣活性的试验研究
矿渣基本为中性矿渣，略显酸性。
同时其具有膨胀和缓凝特性。利用其缓凝特性，石膏
1.2 脱硫石膏
的掺入可以延缓料浆的凝固时间，为矿山井下充填提
试验所用的脱硫石膏是某电厂湿法脱硫排出的， 供充足时间。同时，人们应当考虑其膨胀特性的影响，
其性质属于工业废弃物。衍射分析表明，其主要相是 该特性会降低胶结强度，石膏添加量过大会使充填体
收稿日期：2018-03-09 作者简介：李明艳（1984-），女，山东济南人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：环境影响评价、三废资源化利用。Email：
mingyan20032003@
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渣玻璃网格中的钙离子激发出来，促使网格一次解体。
被分解的矿渣生成 Ca（OH）2 后，又进一步暴露出 具有活性的 SiO2、Al2O3[3-4]。在碱性环境中，石膏能
与矿渣中的活性 Al2O3 发生化学反应最终生成钙矾石：
Al2O3+3Ca(OH)2+3(CaSO4·2H2O)+aq → 3CaO·
矿渣作为一种工业废渣，产生于钢铁冶炼过程， 矿山充填中。
每年的排放量十分巨大，人们需要将其合理充分利用 起来。矿渣的化学成分接近于研发制作胶结材料。
试验材料由矿渣、脱硫石膏、水泥三部分组成 [1]。
虽然矿渣具备较好的胶结活性，但是其活性需要特定 1.1 矿渣
用。矿渣活性的激发常用方法有化学激发、物理激发
和复合激发等。
石膏，作为一种硫酸盐可以激发矿渣活性，该
方法属于化学激发方法。在碱性环境下，矿渣中加入
一定量的石膏，其活性可以较为充分地发挥出来，作
为胶结剂才能充分发挥作用。主要原因是，一方面
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Effectofwastegypsumonthesettingandearlymechanicalpropertiesofbelite-C2.75B1.25A3$cement
BoLiu1•ShoudeWang1•YamingChen1•
ChenchenGong1•LingchaoLu1
Received:8September2015/Accepted:16January2016/Publishedonline:23March2016ÓAkade´miaiKiado´,Budapest,Hungary2016
AbstractBelite-bariumcalciumsulfoaluminate(C2.75
B1.25A3$)cementwasbelite-richcementcontaining
C2.75B1.25A3$mineralof9mass%.Duetothedifferencesindissolutionvelocityandelementsulfurcontent,theeffectsofcitro-,phosphor-andFGDgypsumonthesettingandearlymechanicalpropertiesofbelite-C2.75B1.25A3$cementwereinvestigated.Theexperimentalresultsshowedthatcitro-gypsumhadthefastestdissolutionvelocityamongallthewastegypsum.Thisresultedintheshortinitialandfinalsettingtimeofbelite-C2.75B1.25A3$cementwithcitrogyp-sum.Moreover,theearlycompressivestrengthofbelite-C2.75B1.25A3$cementwithcitrogypsumwashigh,owingtothatmuchcontentofAFtandC–S–Hgelwasformedatanearlyage.Insummary,thelatercompressivestrengthofbelite-C2.75B1.25A3$cementwithanytypeofwastegypsumwassuperiortothatofcementwithreferencenaturalgyp-sum.Also,theearlycompressivestrengthofcementwithanytypeofwastegypsumwascomparabletothatofcementwithreferencegypsum.Therefore,citro-,phosphor-andFGDgypsumallcouldreplacenaturalgypsumasanadjustingagentofbelite-C2.75B1.25A3$cement.KeywordsBeliteÁC2.75B1.25A3$ÁWastegypsumÁSettingtimeÁHydrationIntroductionBelite-richcementwithmainmineralofb-C2Swasonetype
ofenvironmental-friendlycement.ComparedwithOPC,ithasmanyadvantagesincludinglowCO2emissions,low
energyconsumption,useoflow-gradelimestone,gooddurability[1–3].Duetotherequirementofenergyconser-vationandpollutionreduction[4],belite-richcementnowhadbecomeahotspotincementresearch[5–9].However,lowearlymechanicalperformanceofbelite-richcementlimiteditspopularizationandapplication.C2.75B1.25A3$
mineralwiththeperformanceofprominentearlystrength[10]wasintroducedintobelite-richclinkersystem[11,12].Consequently,thenewtypeofbelite-C2.75B1.25A3$cement
wassynthesized,whoseearlycompressivestrengthwascomparableto32.5gradeofOPC.NaturalgypsumusuallywasusedasretarderinOPCandacceleratorinsulfoaluminatecement(SAC).Fromthemineralcomponents,itwasseenthatbelite-C2.75B1.25A3$
[13,14]cementhadboththemineralsofOPCandSAC.Sotheinfluencesofgypsumonthesettingtimeandhardeningprocessofbelite-C2.75B1.25A3$cementwerecomplicated
[15].Itwasreportedthattheadditionof10%contentofCaSO4Á2H2O(chemicalagent)asanadjustingagentwas
beneficialtoimprovetheearlycompressivestrengthofbelite-C2.75B1.25A3$cement[16],whosegypsumaddition
contentwasmuchmorethanthatofOPCorSAC.Atpresent,naturalgypsumresourcereserveofChinawaslimitedandcouldnotsatisfythedevelopingrequire-mentofthecementindustry.Fortunately,itwasfoundthatindustrialwastegypsum,suchascitro-,phosphor-andFGDgypsum,couldreplacenaturalgypsumtobeusedasanadjustingagenttoimprovetheperformanceofOPC[17].Moreover,theuseofindustrialwastegypsumnotonlyenlargedtheselectionofgypsumresource,butalso
&ShoudeWangpersonand98@163.com
1ShandongProvincialKeyLaboratoryofPreparationand
MeasurementofBuildingMaterials,UniversityofJinan,Jinan250022,China
123
JThermAnalCalorim(2016)125:75–83DOI10.1007/s10973-016-5265-5solveditsproblemofpollutionandlandoccupation.Untilnow,noresearchpaperwasinvolvedintheuseofwastegypsuminnewtypeofbelite-C2.75B1.25A3$cement.Differenttypesofindustrialwastegypsumhaddifferentdissolutioncharacteristics,whichwereoriginatedfromdifferentproductionprocess,crystalstructureandimpurity[18].Thedissolutioncharacteristicofwastegypsumwascloselyassociatedwiththesettingandhardenedperfor-mancesofbelite-C2.75B1.25A3$cement.InthecaseofsamedesignamountofSO3,thispapermainlyinvestigatedthedissolutioncharacteristicsofcitro-,phosphor-andFGDgypsumandtheireffectsonthesettingtimeandearlymechanicalperformanceofbelite-C2.75B1.25A3$cement.Inaddition,thepossibilityoftheuseofwastegypsumasanadjustingagentinbelite-C2.75B1.25A3$cementwasdiscussed.ExperimentalRawmaterialsNaturalgypsum(referencegypsum),phosphorgypsum(LuxiChemicalGroup),citrogypsum(HaihuiGroup)andFGDgypsum(HengrenthermopowerstationofTengzhou)werechosenastheadjustingagentsofbelite-C2.75B1.25A3$cementclinker,whosechemicalcomponentsareshowninTable1.Chemicalreagents(CaCO3,SiO2,Al2O3,BaCO3,BaSO4,CaF2andFe2O3)wereusedtosynthesizebelite-C2.75B1.25A3$clinker,whichcontained75%silicatemin-eral,16%intermediatemineraland9%C2.75B1.25A3$mineral.Accordingtocementdesigncomponents,therawmaterialswereblendeduniformlyinwater,driedandpressedintodiskwiththesizeofU60mm910mm.Thediskspecimenswereputintodryingovenof105°Cfor1–2h.Theywereburnedat1380°Cfor90mininhigh-temperaturefurnaceandcooledimmediatelyinairwithafan.Aftertheaboveprocedures,theclinkerforresearchwasobtained.Withironballasmillingmedia,themixtureofgypsumandclinkerwasgroundandhomogenizedbyplanetaryballmillwithtypeofQM-4L,untilthesieveresiduewasintherangeof2–5%.Previousresearchfoundthatthebestdosageofnaturalgypsuminthecementwas13.0%.ThecontentofSO3innaturalgypsumwasthereferenceofequivalentSO3.Theadditioncontentsofcitro-,phosphor-andFGDgypsumwerecalculated.Thecorrespondingdosagewas11.82,13.14and13.55%,respectively.Thespecimensofbelite-C2.75B1.25A3$cementwith13.0%natural,11.82%citro-,