再生骨料裹浆改性用碱激发材料浆液配比优化

再生骨料的表面存在微裂缝和残余砂浆,导致由其制备的再生混凝土强度较差,因此需要对其进行改性处理。通过碱激发材料浆液对再生骨料进行裹浆改性处理,研究碱激发材料浆液中不同组分交互作用对再生混凝土强度的影响,并对浆液配比进行优化。通过响应面设计方法(RSM)中Box-Behnken优化试验设计,建立以碱激发材料浆液中矿渣粉与粉煤灰比值、水泥熟料掺量、氯盐掺量为变量,再生混凝土强度为响应的多元非线性回归模型,基于响应面数据库通过BP神经网络和遗传算法构建一种BP-GA高精度预测优化模型。研究表明:再生骨料裹浆改性用碱激发材料浆液中水泥熟料掺量和氯盐掺量交互作用对再生混凝土性能影响最显著;响应面优化浆液配比时,相对误差精度控制为4.00%;利用BP-GA模型进行预测优化时,相对误差精度控制为0.78%,实现了对裹浆改性用碱激发材料浆液配比高精度优化。

纳米二氧化硅对高流态矿渣-脱硫石膏复合碱激发材料早期强度的影响机理

以矿渣和脱硫石膏为前驱体的高流态复合碱激发材料(high-fluidity slag and desulfurization gypsum composite alkali activated material,HSD-AAM)是目前构筑物修复与加固工程中常用的新型建筑材料之一。为了保证流动性,HSD-AAM通常采用较高的水胶比,影响了其早期强度,从而限制了HSD-AAM的应用。针对这一问题,通过室内试验研究了纳米二氧化硅(nano-silica,NS)掺量对HSD-AAM凝结时间、流动性、抗折和抗压强度(1、3、7 d)的影响,以期在不影响HSD-AAM流动性的前提下提升其早期强度;进而,通过扫描电子显微镜(scanning electronic microscopy,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和热重-差示扫描量热仪(thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry,TG-DSC)等方法分析了不同类型HSD-AAM的水化产物和微观结构,揭示了NS掺量对HSD-AAM早期强度的增强机理。结果表明:随着NS掺量的增加,HSD-AAM流动性降低且凝结时间缩短,而早期强度明显提升。NS掺量在0~3%之间时,每提升1%,HSD-AAM流动性平均降低6.0%;初凝和终凝时间平均缩短13.7%和10.0%;1 d抗折强度和抗压强度平均提升10.7%和20.2%;3 d抗折强度和抗压强度平均提升23.3%和12.4%;7 d抗折强度和抗压强度平均提升11.1%和32.9%。这是由于NS具有较高的火山灰活性,在早期与浆体内的Ca(OH)2发生水化反应,促进其水化进程,生成大量的C-S-H凝胶,改善了浆体结构疏松的特点,使浆体早期微观结构更加致密。

C/S对碱激发材料强度影响机制研究

碱激发材料(AAM)的研发使用符合我国双碳政策,也为改善基层性能提供了新方向。本文利用高炉造粒炉渣和粉煤灰,制备了Ca0/Si0_(2)摩尔比(C/S)为0.5、1.0、1.5、2.0的AMM试件,宏观试验测试了其凝结时间、抗压强度、抗折强度;并以借助SEM、XRD、TG-DSC等微观角度进行分析。结果表明AAM凝结时间随着C/S的增加而缩短,初凝在受CaO含量较低时波动明显;AAM的抗压、抗折强度呈先上升后下降的趋势,且抗压强度受C/S的影响更显著。当摩尔比<1.5时,微观结构和水化产物随着C/S摩尔比的增加而逐渐致密和丰富。然而当CaO含量过高时,则会生成更多C-H晶体,既阻碍AMM的水化进程,还限制AMM的强度性能。因此,从性能和经济的角度综合考虑,推荐C/S摩尔比为1.5。该研究揭示不同C/S变化对AAM的力学性能和微观结构的影响机制,对路基工程的材料设计及质量控制都能提供一定的参考和依据。

纤维增强碱激发材料的物理力学和耐久性能研究

选择聚丙烯纤维(PP)和玄武岩纤维(BF),采用6种不同体积掺量,制备13组纤维增强碱激发材料(AAC),研究纤维种类和掺量对AAC的工作性能、抗压和抗折强度、抗裂和抗渗性能的影响,并引入纤维增强指数I对各项性能进行探讨。结果表明:相同掺量下PP在改善流动性能方面高于BF,但对抗压强度影响较低,而BF对抗折强度提升率比PP高17.3%;PP在0.5%掺量下可将抗渗等级提高2级,而BF几乎无改善效果。I可同时反映纤维掺量和物理特性,PP的I介于100和350时,其抗折性能、抗压性能均能得到进一步提升,但超过350后对各项性能均产生甚至加剧负面影响;掺加BF的AAC具有更低的阈值。

碱激发材料与混凝土收缩之间的相互作用研究综述

碱激发材料在混凝土技术中的应用日益广泛,针对碱激发材料与混凝土收缩特性的关系进行了综合分析和总结。首先,介绍了碱激发材料的定义、分类和作用机理。然后,对混凝土收缩特性进行了概述,包括收缩的定义、分类和对混凝土性能的影响。通过综合分析已有的研究结果,探讨了碱激发材料对自由收缩、干缩、水化收缩和温度收缩的影响,并对影响因素进行了综述和讨论。最后,总结了碱激发材料与混凝土收缩相互作用的研究成果,并提出了未来研究的发展方向。

缓凝剂对碱激发材料性能影响的研究进展

以工程中常见的缓凝剂为研究对象,探讨了缓凝剂在碱激发胶凝材料(AAM)体系中的作用机理;通过建立国内外现有文献的试验数据库,阐明了缓凝剂对AAM凝结时间、流动性和抗压强度等性能的影响规律;评价了缓凝剂对环境的影响,并对适用于AAM的缓凝剂进行成本分析,为缓凝剂在AAM工程应用中的有效性及适用性提供了参考依据;指出了现有研究的不足,给出了AAM缓凝剂进一步研究的方向。结果表明:钡盐、锌盐、BCH、VAE乳液和硼砂缓凝效果良好,其中钡盐和锌盐缓凝效果较为显著,而且凝结时间随着使用掺量的提高而延长;适量的氯化钡和硼砂能够略微提高AAM的流动性,而葡萄糖酸钠虽然不能高效延长AAM凝结时间,但能够极大地提高流动性;适量掺入钡盐、锌盐、硼砂和磷酸及磷酸盐不会对强度造成重要影响,但当掺量超过5%时,钡盐和锌盐会造成AAM严重的抗压强度损失;AAM对重金属具有出色的固化效果,所以掺入适量带重金属离子缓凝剂后的AAM不会对环境造成危害;当采用缓凝剂调节矿渣基地聚物混凝土凝结时间时,为达到同样缓凝效果,氯化钡使用成本分别为硝酸锌和硝酸钡使用成本的0.47倍和0.4倍。

粉煤灰性质对微波加热碱激发材料强度发展的影响

以Ca含量和细度不同的粉煤灰制备碱激发粉煤灰(AAFA)胶凝材料,并在水化早期对其进行微波加热养护,研究其抗压强度和微观结构的发展规律,探讨微波加热养护对强度发展的影响机理.结果表明:增加粉煤灰的Ca含量及适当减小粉煤灰的细度均可显著提高微波加热养护后AAFA试件的抗压强度,但会加剧其28 d龄期后的强度倒缩;水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)凝胶中的Ca2+溶出后碳化形成致密度较差的海绵状凝胶、水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶分解及其体积缩小均是引起微波加热养护后AAFA试件强度倒缩的原因;由超细粉煤灰(D50=3.96μm)制备的AAFA试件呈现出远低于基准试件的抗压强度,不适合采用微波加热养护.

花岗岩/矿渣基碱激发材料的制备及性能研究

为探讨花岗岩废料的再生利用问题,以水玻璃和氢氧化钠为碱性激发剂,利用花岗岩和矿渣制备花岗岩基碱激发材料代替水泥,降低水泥生产过程中的二氧化碳排放,进而实现“碳达峰、碳中和”目标。通过力学性能试验和微观测试研究矿渣掺量、水玻璃掺量、氢氧化钠掺量、液固比等因素对花岗岩基碱激发材料性能的影响。结果表明:花岗岩/矿渣复合基碱激发材料具有良好的力学性能,在配比范围内,该碱激发材料的抗压强度随着矿渣掺量和水玻璃掺量的增加而增大。同时氢氧化钠掺量对该碱激发材料的抗压强度有显著影响,液固比对于抗压强度也有一定的影响。此外,花岗岩/矿渣复合基碱激发材料的强度主要由矿渣提供,花岗岩粉末主要起填充作用。

碱激发材料氯离子传输性能测试方法及影响因素研究进展

水泥基材料中氯离子的传输是一个非常复杂的过程。在介绍水泥基材料氯离子传输机理及常用试验方法的基础上,综述了碱激发材料氯离子传输性能测试方法及影响因素。碱激发材料氯离子传输性能受激发剂种类的影响,改变矿渣掺量、碱掺量和水玻璃模数能不同程度地改变体系的氯离子传输性能。快速氯离子渗透试验结果受孔溶液化学组成影响,碱激发材料孔溶液碱性高、化学组成更复杂,孔溶液影响更显著,所以该方法不适用于评价碱激发材料氯离子传输性能。自然扩散试验因时间长而不常用。非稳态电迁移试验是目前快速测试水泥基材料中氯离子传输性能最好的方法,但由于碱激发材料与普通水泥基材料的碱度不同,其变色边界氯离子浓度也会不同,将该方法用于评价碱激发材料时,还需进一步研究测试样品的准备和硝酸银变色边界氯离子浓度。

碱激发材料固化低液限粉黏土路用性能及抗冻融特性研究

以伊犁地区S315线蜂场至尼勒克段低液限粉黏土为研究对象,以碱激发材料为固化剂,对粉质黏土和其固化土开展了路用性能指标试验与冻融循环试验,并利用电镜扫描试验(SEM)与X射线衍射试验(XRD)研究了固化土的微观特征,探讨了碱激发材料对粉质黏土路用性能指标与抗冻融特性的影响。试验结果表明,固化土的无侧限抗压强度与抗剪强度随碱激发材料掺量和养护龄期的增加而增大;固化土的CBR值与回弹模量随碱激发材料掺量的增加而显著增大,固化土路用性能指标满足规范要求。低液限粉黏土对冻融敏感,其冻胀、融沉率的大小与降温速率、含水率有关,相同温差下温度梯度越小土体受冻融影响越明显,相同温度梯度下含水率越高土体受冻融影响越明显。不同碱激发材料掺量下的固化土在补水条件下冻胀率均小于1%,不发生冻胀。微观特征分析结果表明,碱激发材料的主要水化产物是C(-A)-S-H凝胶,其生成量随龄期增加,其填充和胶结作用使土体形成致密的微观结构,从而提高土体的强度,同时增强其抗冻融稳定性。

基于注浆模拟的道路基层碱激发材料加固效果研究

为更好地将碱激发材料应用于道路基层注浆加固工程中,开发了室内注浆模拟小型足尺试验装置,测试评价了不同级配水稳碎石基层及不同脱空工况下的碱激发材料注浆加固效果,预测了碱激发注浆材料及其注浆后形成结石体的7 d抗压强度相关关系。结果表明:碱激发注浆材料对于处治水稳碎石基层脱空病害具有良好的适应性,对于间断级配型基层的处治效果更优,其处治后结石体7 d抗压强度可达10. 91～12. 54 MPa,满足重载交通下水稳碎石基层的强度要求;在处治不同脱空程度的基层病害时,整体芯样的抗压强度随着注浆高度的增加而增大,碱激发注浆材料形成结石体早期强度形成速度较快,有利于快速开放交通;注浆后的混合料结石体与注浆材料的7 d抗压强度呈现出较强的相关性。

基于铅锌冶炼渣碱激发材料固化铬渣的研究

利用铅锌冶炼渣(LZSS)制备碱激发材料并固化铬渣(COPR)来实现废物共处理。通过单因素试验和正交试验探讨了碱含量、水玻璃模数、液固比和初始养护温度对碱激发LZSS强度的影响。基于上述试验,利用碱激发LZSS固化铬渣,并通过抗压强度和重金属浸出评价铬渣固化体的性能。结果表明:碱含量为2.5%(质量分数,下同),水玻璃模数为1.5,液固比为0.19,初始养护温度为35℃时,碱激发LZSS的最高抗压强度达到84.49 MPa;随着铬渣掺量的增加,铬渣固化体的抗压强度逐渐下降;铬渣掺量为40%(质量分数)时固化体强度降低至1.42 MPa;铬渣固化体(掺量0%~40%)中重金属Zn和Cr的浸出浓度远低于相应标准限值(美国EPA方法1311和中国GB 5085.3—2007),且环境扫描电镜(配备能谱仪)、X射线衍射和傅里叶红外光谱表征结果证明Zn和Cr可以通过化学和物理手段被有效固定。

新型碱激发材料固化铁尾砂的强度特性研究

通过测试不同掺量和养护龄期下的新型碱激发材料固化铁尾砂后的无侧限抗压强度,且基于无侧限抗压强度值分析了固化铁尾矿的路用可行性。结果表明:与水泥固化剂掺量相同条件下,28 d龄期下的碱激发材料固化体强度分别是水泥固化体强度的1.67和1.78倍;本试验压实度条件下,8%掺量的CAM固化剂能满足任意等级公路对基层的强度要求。

粉煤灰物理化学性能对碱激发材料的影响

在化工材料中,粉煤灰构成了其中很重要的一类。然而从现状来看,化工行业综合利用粉煤灰的效能并没有达到完善,这种状况仍有待改进。粉煤灰含有化学活性的玻璃体,碱性溶液可以与玻璃体之间产生反应,在此基础上生成胶凝性的物质,这种物质就可以叫做碱激发材料。经过化学反应后,粉煤灰将会改变理化性质,同时碱激发材料也会受到影响。为此,有必要明确碱激发材料受到粉煤灰性能的具体影响;结合粉煤灰的化学与物理性能,运用适当的措施确保粉煤灰具备稳定的理化性能。

轮胎绿色化激发材料升级

随着多个国家和地区先后实施轮胎标签法以及我国节能减排目标提高，轮胎高性能化成为必然趋势。溶聚丁苯橡胶（ssBR）可作为高性能轮胎的胎面胶，全面提高轮胎性能。但目前国产SSBR仅相当于国外的第一代或第二代产品，而国外现在已开发出第三代、第四代甚至第五代SSBR。

基于热力学模拟的碱激发材料物相演变与耐久性能研究进展

热力学模拟是研究碱激发材料化学反应的有效方法,对于深入研究和探明碱激发材料物相演变规律与耐久性能具有重要意义。本文从热力学模拟的基本原理出发,介绍了碱激发材料的热力学数据库以及热力学模拟方法,分析和总结了热力学模拟在碱激发材料反应机理、侵蚀性介质作用下物相演变规律、耐久性能和原材料组成设计等研究中的应用进展,指出了现阶段碱激发材料领域热力学模拟研究存在的不足并提出了展望,为基于热力学模拟的碱激发材料研究提供理论指导。

脱硫石膏对碱激发胶凝材料性能及微观结构的影响

将工业副产脱硫石膏引入碱激发胶凝材料,拟解决其高碱含量时凝结硬化过快问题,同时考察力学性能和水化反应特征,研究脱硫石膏对碱激发胶凝材料宏观性能影响规律,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段探索脱硫石膏对碱激发胶凝材料的作用机理。结果表明:脱硫石膏的引入可以有效延缓碱激发胶凝材料的凝结时间,且脱硫石膏掺量与凝结时间呈正相关,与强度、水化速率和累积放热量呈负相关,综合考虑,脱硫石膏掺量不宜超过9%(质量分数);脱硫石膏掺入后,碱激发胶凝材料水化产物中并未生成大量钙矾石晶体,且微观结构疏松,从而导致材料强度降低。

缓凝剂对碱激发胶凝材料凝结时间及流变性能影响的研究进展

碱激发胶凝材料具有制备能耗低、高强和耐久性好等特点,因其利废、节能、减碳而受到全球科技界和工业界的高度重视。但碱激发胶凝材料所用原材料来源广泛,品质波动较大,导致碱激发胶凝材料的性能变化差异较为明显,稳定性控制难度较高。其中对凝结时间的调控是当下亟待解决的问题,掺入缓凝剂是调控碱激发胶凝材料凝结时间的有效途径之一。本文总结了缓凝剂对碱激发胶凝材料凝结硬化及流变性能的影响,阐明了不同类型缓凝剂对碱激发胶凝材料的调凝机理(包覆、增黏和中和),并分析了其推广应用的可行性,以期为突破碱激发胶凝材料大规模工程应用的技术瓶颈提供理论基础和技术支持。

单组分碱激发胶凝材料的研究进展

碱激发胶凝材料(AACM)是普通硅酸盐水泥(OPC)的潜在替代品,可减少二氧化碳的排放,实现工业固废的综合利用。单组分碱激发胶凝材料(OP-AACM)有克服激发剂溶液的危险性、刺激性和腐蚀性方面的优势。综述了国内外关于OP-AACM的前驱体、激发剂、反应机理、力学性能与耐久性能等研究进展,并讨论和探索了OP-AACM面临的现实问题与尚需解决的问题。

粉煤灰基碱激发胶凝材料的制备及应用的研究进展

煤炭燃烧会产生大量的粉煤灰,如何实现这种工业固体废物的高附加值、高效利用是亟待解决的问题。制备碱激发胶凝材料是提高粉煤灰附加值的有效途径之一,可实现废弃物的资源化利用。介绍了粉煤灰的种类及性能,综述了粉煤灰基碱激发胶凝材料的制备及其应用,展望了其发展前景。