固氚用粉煤灰-矿渣基地聚物水泥体系研究

针对核工业含氚废水安全处理的难题,构建了一种以碱激发粉煤灰-矿渣为基础的地聚物水泥固化体系。优化设计制备的地聚物水泥固化体具有优异的抗硫酸盐侵蚀、抗冻融性能,且微观结构致密。引入聚丙烯酸极大地增强了纤维与基体间的界面粘结性能,从而有效提高了固化体的抗压和抗折强度。模拟氚水的固化实验研究表明,地聚物水泥固化体的氘渗漏率显著低于传统的普通硅酸盐水泥固化体。地聚物水泥固化体采用聚脲喷涂表面处理后,10%氘水浓度下的喷涂前后氘渗漏率分别为25.11%、0.68%。

复合石灰石粉-粉煤灰-矿渣混凝土抗冻融性能研究

为探究复合石灰石粉-粉煤灰-矿渣混凝土的抗冻融性能,对三种胶凝材料体系的混凝土,在四种不同水胶比下,进行快速冻融试验与压汞试验。从外观损伤、质量损失、相对动弹性模量及孔隙结构等方面研究其抗冻融性能退化规律。结果表明:在相同条件下,适当降低水胶比可以提高混凝土的抗冻融性能;与普通混凝土相比,由石灰石粉、矿渣和粉煤灰等矿物掺合料与水泥组成的复合胶凝材料体系,提高了混凝土抗冻融性能;因矿渣活性高于粉煤灰,“20%(质量分数,下同)石灰石粉+15%粉煤灰+15%矿渣”混凝土抗冻融性能弱于“20%石灰石粉+30%矿渣”混凝土;矿物掺合料能细化混凝土孔径,提升抗冻融性能。通过理论分析与试验数据回归,建立了不同胶凝材料体系下复合石灰石粉-粉煤灰-矿渣混凝土冻融损伤模型。

碱激发粉煤灰-矿渣灌浆材料的流变性与流动性

采用Brookfield R/S plus流变仪和Marsh筒分别研究了碱激发粉煤灰-矿渣灌浆材料的流变性和流动性,并探讨了硅酸钠溶液模数和固含量、矿渣掺量的影响;采用灰色关联度分析法探究了流变性与Marsh流动性之间的关联性.研究表明:下端出口内径为10 mm的Marsh筒适用于碱激发粉煤灰-矿渣灌浆材料的流动性测试;碱激发粉煤灰-矿渣灌浆材料为流变性指数大于1的剪切增稠浆液,流变性与Marsh流动性存在经时突变性;当水玻璃模数为1.7、水玻璃用量为18%、矿渣掺量为10%时,浆液具有良好的工作性能;浆液Marsh流动度与浆液屈服应力和塑性黏度之间的关联度均大于0.8,关联性良好,其中在20 s^-1剪切速率时流变性与Marsh流动性的关联性最好,可采用Marsh筒法来检测评价浆液的流变性.

粉煤灰-矿渣复合超细粉蒸养混凝土力学性能

研究了在蒸汽养护和标准养护条件下掺粉煤灰 -矿渣复合超细粉混凝土的力学性能 .试验结果表明 :粉煤灰 -矿渣复合超细粉的掺入改善了蒸养混凝土的力学性能 ,并使蒸养混凝土具有较大的后期强度增长率 ;与空白对比组的混凝土相比 ,掺粉煤灰

沥青及聚丙烯纤维增韧粉煤灰-矿渣基地质聚合物的制备

本文采用双掺沥青和聚丙烯纤维对碱激发粉煤灰-矿渣基地质聚合物进行了强化增韧研究。结果表明当沥青及聚丙烯纤维掺量分别为1wt%和0.6wt%时,地质聚合物28 d龄期表现出9.7 MPa的最高抗折强度。XRD物相分析结果表明,双掺沥青和聚丙烯纤维对该地质聚合物的物相结构没有造成影响。SEM结合断裂韧度计算结果发现纤维与地质聚合物基体结合紧密,纤维的拔出长度较长,表明聚丙烯纤维可以提高试件的断裂韧度,达到增韧效果。

高温对碱-粉煤灰-矿渣水泥石微结构及力学性能的影响

对比研究了碱矿渣水泥石与不同粉煤灰掺量(质量分数,下同)的碱-粉煤灰-矿渣水泥石在室温至1 000℃时的抗压强度和外观变化,应用X射线衍射和扫描电镜分析了常温及高温后上述水泥石的物相及微观结构.结果表明:常温下,碱矿渣水泥石抗压强度高于碱-粉煤灰-矿渣水泥石,且碱矿渣水泥石耐高温性能优于碱-粉煤灰-矿渣水泥石;600℃下,碱矿渣水泥石发生固相反应,产物为钙黄长石;粉煤灰掺量分别为50%和30%的碱-粉煤灰-矿渣水泥石在800,1 000℃时的抗压强度降低为0,在1 000℃下,其固相反应产物为钙黄长石和透辉石.

碱-粉煤灰-矿渣水泥作GRC胶结材的试验研究

研究了影响碱-粉煤灰-碱矿渣水泥(AAFSC)的强度的因素,测定了其凝结时间。结果表明: 当水玻璃掺量为3%,硅酸盐水泥熟料为5%以及适量减水剂,其28 d抗压强度大于50 MPa,且凝结时间正常。AAFSC浆体浸泡液的pH值随着水化龄期的生长而降低,SEM照片显示抗碱玻璃纤维在AAFSC浆体中所受侵蚀极小。

粉煤灰-矿渣基地聚合物砂浆凝结时间及力学性能试验研究

采用低钙粉煤灰为硅铝质原料,研究矿渣取代率、碱激发剂浓度和水胶比对地聚合物砂浆凝结时间和力学性能的影响,结合SEM-EDS和XRD等分析了粉煤灰地聚合物的微观形貌和物相组成,并对其凝结固化机理进行研究。结果表明:随着碱激发剂浓度的增大,砂浆的初凝时间逐渐延长、终凝时间逐渐缩短,抗压、抗折强度呈先提高后降低的趋势;随着矿渣掺量增加,砂浆的凝结时间大幅度缩短,抗压强度显著提高。随着水胶比的增大,砂浆的凝结时间逐渐延长,强度逐渐降低。SEM结果显示:矿渣的取代率越大,试样的微观结构越致密;碱激发剂浓度过高或过低都会使材料的微观结构变得疏松,强度降低。

不同碱当量、粉煤灰和矿渣掺量对碱激发粉煤灰-矿渣地聚物力学性能及微观结构的影响

粉煤灰、矿渣复配组成碱激发复合水泥可以改善单一组分碱激发水泥的性能劣势。为了研究不同碱当量、不同粉煤灰和矿渣掺量对碱激发粉煤灰-矿渣砂浆力学性能、干燥收缩及微观结构特性的影响,采用抗压、抗折强度试验、吸水率试验、干燥收缩试验、微观扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)及傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)试验进行表征。结果表明:3、7、28 d龄期时,随着碱当量和矿渣掺量增加,粉煤灰-矿渣砂浆抗压、抗折强度呈逐渐增加趋势,吸水率和干燥收缩率呈逐渐下降趋势。其中龄期为28 d,碱当量为6%、矿渣掺量为100%时,碱激发粉煤灰-矿渣砂浆抗压强度达到峰值110.84 MPa,抗折强度达到峰值10.77 MPa,吸水率最小,为1.2%,与4%的粉煤灰-矿渣砂浆相比,碱当量为6%的砂浆干燥收缩率均减少10%以上。由微观分析知,粉煤灰-矿渣砂浆在碱激发作用下水化产物主要为铝硅酸盐凝胶和水化硅酸钙凝胶,粉煤灰掺量越大,凝胶结晶度越低。碱当量越大,体系水化产物数量越多,结构越密实。

粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土不同龄期动态力学性能

为探究冲击荷载条件下粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土的动态力学响应特征,考察不同养护龄期和应变率对粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土动态力学特性的影响,利用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置分别对3 d、7 d、28 d龄期的粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土进行了不同应变速率下的冲击压缩试验。结果表明:在各个龄期下,粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土均表现出显著的应变率敏感性,动态抗压强度和比能量吸收随应变率的增加而增大,其中动态抗压强度随应变率增加呈现指数函数增长趋势;随着龄期的增长,粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土的动态抗压强度和比能量吸收均增大,应变率敏感性逐渐增强。在对比了多个应变率增长因子(DIF)计算公式之后,提出了拟合程度更高的地聚物混凝土DIF计算模型,在应变率基础上,重点考虑养护龄期对动态强度增强效应的影响,计算结果与试验值吻合效果良好,可为粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土的实际应用提供参考。

电石渣掺量对粉煤灰-矿渣复合材料的凝结时间与抗压强度影响

为确定电石渣掺量对粉煤灰-矿渣复合材料的凝结时间和抗压强度影响,以粉煤灰、矿渣为主要原料,外掺电石渣作为碱激发剂,采用普通自来水拌合,实验室成型20 mm×20 mm×20 mm净浆试样,标准养护3,7,28 d,分析了不同配合比下,各试样的凝结时间和抗压强度性能。结果表明:电石渣的掺加,增强了复合胶凝体系的碱性环境,具有较好的碱激发作用。在强碱环境下,随着矿渣掺量的增加,加速了C—(A)—S—H凝胶的生成,缩短了其初凝及终凝时间。在m(粉煤灰)∶m(矿渣)为7∶3,外掺电石渣掺量为10%时(粉煤灰和矿渣物料质量之和的比例),试件最高强度达到25.5 MPa。复合材料体系中主要水化产物为C—(A)—S—H,AFt,AFm,这些水化产物都是试件强度形成的主要来源。

粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土抗盐冻性能试验研究

对1.0、1.5、2.0三种激发剂模数和0、10%、20%、30%四种矿渣替代率下的粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土在盐冻融循环损伤作用下的力学性能进行了试验研究。结果表明:粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土的质量损失率呈先减小后增大的变化特征,当激发剂模数为1.0,抗盐冻整体性能最佳;矿渣对地聚物混凝土的抗盐冻性能有较大幅度提升,随着矿渣替代率增大,粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土的质量损失率和吸水率等均呈先减小后增大的变化特征,相对弹性模量和相对抗压强度呈先增大后减小的变化特征,当矿渣替代率为20%时,抗盐冻整体性能最佳;在试验数据基础上,基于Lemaitre等效应变原理,建立冻融损伤模型,该模型可以较好描述不同矿渣替代率下粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土随盐冻融循环次数的损伤发展趋势。

硅灰对粉煤灰-矿渣基地聚物性能的影响

研究了硅灰掺量对粉煤灰-矿渣基地聚物力学性能、抗冲蚀磨损性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并通过SEM进行了微观形貌分析。结果表明,当硅灰掺量为6%时,地聚物的抗压强度、抗折强度、抗冲蚀磨损性能、抗硫酸盐侵蚀性能均达到最佳。经28 d标准养护后,硅灰掺量为6%的试样与空白对照组相比,抗压和抗折强度分别提高了18.3%、12.5%,冲蚀率降低了51.2%,硫酸盐侵蚀造成的质量损失减小了26.1%。SEM分析表明,硅灰颗粒具有填充作用,提高了试样的致密度。

粉煤灰-矿渣复合超细粉蒸养混凝土的氯离子渗透性能

粉煤灰-矿渣复合超细粉蒸养混凝土氯离子渗透性能研究表明:随着矿物掺合料的加入,蒸养混凝土的氯离子渗透系数明显降低;掺加复合超细粉的混凝土经标准养护或蒸气养护后,其抗氯离子渗透性都有显著的增强。

粉煤灰-矿渣微粉-脱硫石膏三元胶凝体系的物理力学性能研究

系统研究了粉煤灰-矿渣微粉-脱硫石膏三元胶凝体系的稠度、体积密度、抗折强度、抗压强度、软化系数和粘结拉伸强度等物理力学性能的变化规律。结果表明,相比于纯脱硫石膏,粉煤灰-矿渣微粉-脱硫石膏三元胶凝体系稠度明显增大,具有更好的流动性,略高的新拌体积密度和硬化体积密度,更高的抗折强度、抗压强度和粘结拉伸强度,尤其是后期抗折强度和抗压强度,软化系数也明显增大,耐水性明显提高;且随着粉煤灰和矿渣微粉含量增大,粉煤灰-矿渣微粉-脱硫石膏三元胶凝体系的上述物理力学性能明显提高。

基于粉煤灰-矿渣地聚合物的露天矿筑路材料疲劳性能研究

粉煤灰-矿渣地聚合物材料作为硬化露天矿山运输道路的黏结剂具有强度高、通车速度快的特点,并且可以消耗矿山工业圈内产生的固废,是未来有望规模性应用的矿山环保、高效、经济的筑路材料。为研究粉煤灰-矿渣基地聚合物疲劳强度,设计了粉煤灰与矿渣的质量比与碱激发剂含量2个变量的对照试验,测试了试样动载荷下的疲劳寿命。试验结果表明,疲劳载荷下地聚合物材料的破坏过程分为3个阶段,分别为压密阶段、弹塑性变形阶段和裂纹扩展阶段。疲劳试验的统计分析结果表明粉煤灰-矿渣地聚合物疲劳破坏概率密度函数服从Weibull分布,粉煤灰的加入增强了材料的疲劳强度,而碱激发剂的掺量对材料疲劳寿命的影响不具备统计意义,可认为对疲劳强度没有影响。最后给出了可供参考的粉煤灰-矿渣地聚合物疲劳寿命方程。

矿渣-粉煤灰复合材料混凝土抗冻融性能研究

为提高冰冻环境下钢筋混凝土结构的抗冻耐久性,减少混凝土冻融损伤,本文利用F-S代替普通水泥制备混凝土,采用快速冻融试验测量混凝土的损伤过程,评价混凝土氯离子的渗透性和导电特性,并建立了混凝土抗冻耐久性系数与混凝土宏观性能的关系。结果表明:与普通混凝土相比,F-S混凝土的电阻率显著升高,在经过冻融循环后,掺合料混凝土导电性仍然较低。混凝土的抗冻耐久性系数(DF)与冻融循环次数、抗压强度、氯离子扩散系数和电阻率间有显著的相关关系。研究结果可为寒冷混凝土配合比设计提供参考。

矿渣-粉煤灰地聚物胶凝材料制备与性能研究

综述了地聚物胶凝材料的定义,并研究了不同质量比例的矿渣和粉煤灰、不同的水胶质量比以及不同的水玻璃模数的矿渣-粉煤灰地质聚合物(地聚物)在不同龄期下的抗压强度。通过极差分析法得出,当矿渣/粉煤灰的质量比为70∶30,水胶质量比为0.40,水玻璃模数为1.3时,是最佳的配合比。

矿渣-粉煤灰地聚物固化淤泥力学性能和路用性能研究

为实现河底淤泥的资源化处置,常采用水泥等胶凝材料固化淤泥提高承载力作为路基材料。传统固化材料能耗大、碳排放量高。为开发可持续性固化材料,本研究采用矿渣-粉煤灰二元地聚物固化淤泥,研究其力学性能及路用性能。通过研究Si/Al摩尔比、Na/Al摩尔比对地聚物凝结时间和抗压强度的影响规律,确定地聚物配合比设计。依据优化配合比固化淤泥,研究地聚物掺量、养护龄期对固化淤泥力学性能的影响,并对固化淤泥进行水稳性、加州承载比、干缩和温缩试验,以评估其路用性能;采用扫描电镜和X射线衍射等试验方法对固化淤泥进行微观分析,揭示其固化机制。试验结果表明,矿渣-粉煤灰基地聚物地质聚合产物为无定形地聚物凝胶、水化硅酸钙、水化铝酸钙等,增强了土颗粒之间的胶结并且填充了孔隙,提高了固化淤泥的力学性能和路用性能。研究结果为地聚物固化淤泥土工程应用提供了实验基础。