用作水泥土搅拌桩的粉煤灰-矿渣地聚合物性能研究

以矿粉、粉煤灰为原料,以氢氧化钠为激发剂,制备了粉煤灰-矿渣地聚合物,探讨了不同碱浓度对粉煤灰-矿渣地质聚合物的抗压强度的影响;并以此粉煤灰-矿渣地聚合物与不同比例的黄土混合,测试它们在不同碱浓度条件下的抗压性能。结果表明,粉煤灰-矿渣地聚合物可取代水泥,用作高抗压强度的搅拌桩材料。

粉煤灰-矿渣地聚合物泡沫混凝土的性能研究

采用粉煤灰、矿渣和碱激发剂等作为原料制备地聚合物泡沫混凝土。考察粉矿比、Na2O添加量对泡沫混凝土抗压强度和导热系数的影响。当粉矿比例增加时,抗压强度减小,导热系数增大;当Na2O添加量从4%开始增加时,抗压强度先增后降,导热系数增大,Na2O添加量为6%时,抗压强度最高。当粉矿比为3:7,Na2O的添加量为6%时,粉煤灰-矿渣地聚合物泡沫混凝土的综合性能最佳。

基于粉煤灰-矿渣地聚合物的露天矿山运输道路筑路工艺研究

为了提高露天煤矿运输道路的质量,降低运输粉尘污染,以煤炭工业圈产生的工业固废粉煤灰和矿渣作为原材料修筑露天矿山运输道路,在此基础上,分析了不同配合比对粉煤灰-矿渣地聚合物单轴抗压强度的影响,得到了矿渣粉煤灰掺量、水玻璃模数和水胶比对材料强度的影响,发现应力应变曲线与普通岩石相似,在调整配合比后抗压强度最高可达25.78kPa,满足露天矿山运输道路的要求。并提出了适用于露天矿山生产作业的快速筑路工艺,在修筑试验路段经过7d后原位采样测试强度,道路抗压强度在10MPa左右,通过现场车辆碾压检验,同时满足矿山环保要求。

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。

碱激发矿渣粉煤灰地质聚合物力学性能改性及其混凝土性能

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。碱激发矿渣粉煤灰地质聚合物(ASFG)具有早期强度高、耐酸碱等优异性能,但脆性大、韧性差等缺陷影响其推广应用。为改善ASFG的性能且拓宽可应用于ASFG改性的矿物掺合料种类,以偏高岭土、沸石粉、膨润土、硅灰石粉、轻质碳酸钙和硅灰六种矿物掺合料作为改性材料,研究了其对ASFG力学性能的改性效果,并确定了硅灰为较佳改性材料。为深入探索硅灰对ASFG力学性能的改善作用,研究了硅灰掺量对ASFG力学性能的影响,并确定了硅灰的较佳掺量。最后,制备了碱激发矿渣-粉煤灰-硅灰地质聚合物混凝土(ASFSGC),并研究了其工作性、准静态力学性能和抗渗性。结果表明:膨润土、硅灰石粉、轻质碳酸钙、硅灰四种矿物掺合料对ASFG的抗折强度具有明显增强效果。硅灰石粉、硅灰两种矿物掺合料对ASFG的抗压强度具有明显增强效果。对ASFG而言,硅灰是一种优质矿物掺合料。随着硅灰掺量的增大,ASFG的力学性能先增大后减小,硅灰的较佳掺量为4%。ASFSGC具有良好的工作性、优异的抗渗性能,且ASFSGC的延性较普通硅酸盐水泥混凝土提高了14.1%。

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%。

室温条件制备矿渣——粉煤灰基地聚合物的试验和反应机理研究

地聚合物是一种新型的无机聚合物胶凝材料。为了便于现场浇筑以及固体废物资源化利用,对室温条件下用矿渣和粉煤灰来制备地聚合物胶凝材料进行了研究。矿渣和粉煤灰以2∶1混合后作为硅铝质原料,通过复合碱激发剂来激活,采用不同制备工艺、室温养护来制备地聚合物胶凝材料。探索了不同制备工艺、复合碱激发剂掺量对地聚合物抗压强度的影响,并对地聚合物物相组成、微观形貌和红外吸收性质进行了分析。结果表明:在地聚合物制备过程中,将硅铝质原料与氢氧化钠进行混磨,有利于硅铝质原料的激活;复合碱激发剂的最佳掺量为16%时,3 d龄期试样的抗压强度可达到16.1 MPa,28 d龄期达到33.6 MPa。最终试样结构类似于混凝土,由地聚合物凝胶和未反应硅铝质原料为骨料组成,生成的地聚合物凝胶将未反应的硅铝质原料颗粒黏结为一整体,其结构越致密抗压强度越高。

矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化软土的劈裂抗拉强度及预测模型研究

针对软土抗拉强度不足的问题,采用“一步法”(只加水)制备的地质聚合物代替水泥用于固化软土。具体研究固化剂中矿渣和粉煤灰质量比(即先驱剂,SL/FA)、固体氢氧化钠与先驱剂质量比(NH)和水灰比(水:先驱剂+碱性激发剂,WBC)对矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化软土的劈裂抗拉强度的影响,并获取最优配比。基于Box-Behnken设计模型,以SL/FA、NH、WBC三因素为自变量,固化软土劈裂抗拉强度为目标量,单因素和交互因素对试样劈裂抗拉强度的影响进行响应面分析。继而建立其预测模型,并进行显著性检验。研究表明:(1)当先驱剂为90%矿渣和10%粉煤灰,碱性激发剂占先驱剂0.15,水灰比为0.6时,其14D劈裂抗拉强度为0.39MPa;(2)单因素影响下,WBC对矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化软土劈裂抗拉强度的影响最大,SL/FA次之,NH最小;(3)交互影响作用下,SL/FA与NH对固化软土劈裂抗拉强度的影响最为显著,SL/FA与WBC次之,NH与WBC最小。研究结果可为地质聚合物在软土加固中的应用及设计模型的建立奠定一定的理论基础。

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-粉煤灰基地质聚合物稳定地基软土的试验研究

为解决水泥固化土早期强度不足、材料成本高、环境污染严重等问题,制备了一种矿渣-粉煤灰基地质聚合物,用于软土地基的加固。因此,主要研究了地质聚合物掺量、碱性激发剂掺量和矿渣与粉煤灰质量比对固化土强度的影响;通过无侧限抗压强度试验、SEM和EDS微观分析,对比分析了水泥固化剂和地质聚合物固化剂稳定珠三角流域软土的力学性能和微观结构。研究结果表明:地质聚合物加固软土的最佳配合比为地质聚合物掺量16%、矿渣与粉煤灰质量比为70∶30、碱性激发剂掺量10%;微观分析证明,在地质聚合物固化土中形成了均匀分布的凝胶状产物,从而使土颗粒紧密结合。该研究成果可为后续软土地基的处治提供参考。

铁尾矿-矿渣基地聚合物的制备及其性能

我国铁尾矿产生量较高,但利用率仍较低,为了高附加值资源化利用铁尾矿,将铁尾矿、高炉矿渣与粉煤灰混合后作为硅铝原料,通过机械粉磨和碱性激发剂来激发其反应活性,制备地聚合物胶凝材料。探讨了高炉矿渣与铁尾矿的配比、碱激发剂水玻璃的掺量对地聚合物试样抗压强度的影响,分析了地聚合物胶凝材料形成机理。结果表明:将铁尾矿和高炉矿渣采用机械粉磨活化时,粉磨时间超过60 min后其比表面积提高幅度变小,综合考虑原料活性和成本,机械粉磨时间定为60 min。当粉煤灰掺量为10%、高炉矿渣与铁尾矿的配比为5∶3、碱性激发剂水玻璃掺量为10%时,所制得的地聚合物试样3、7、28 d龄期的抗压强度分别为10.7、18.9、32.9 MPa。地聚合物试样在养护过程中,随着养护时间的延长,试样的结构越来越致密,尤其是28 d龄期的试样结构更加致密,生成的凝胶产物填充在原料颗粒之间的空隙,并将未反应的原料颗粒包裹,与相邻的凝胶产物相互胶结,形成一整体,从而有利于试样抗压强度的提高。

矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的基本性能研究

地质聚合物混凝土是一种新型混凝土类材料。为了研究地质聚合物混凝土的基本性能,以矿渣、粉煤灰为原料,以硅酸钠和氢氧化钠为激发剂,制备了矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土,测试了不同配合比下矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的坍落度以及7、14 d和28 d的抗压强度,分析了水胶比对和易性与抗压强度的影响,探讨了抗压强度的增长规律。结果表明:制备的矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土具有较高的抗压强度和良好的和易性,凝结硬化快,强度特性稳定;当水胶比为0.26,砂率为0.40,氢氧化钠和硅酸钠的质量比为0.29,碱溶液的浓度为56%时,矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的坍落度为110 mm,标准养护条件下7、14 d和28 d龄期的抗压强度分别达到40.4、50.3 MPa和60.20 MPa;随着水胶比的增大,和易性不断增强,抗压强度先增加,后减小;随着养护龄期的延长,抗压强度不断增长,但增速降低。

矿渣-粉煤灰基地质聚合物性能与微观结构的研究

本文重点研究了不同矿渣掺量对循环流化床粉煤灰基地质聚合物流变性能和强度的影响,以及矿渣-粉煤灰复合地质聚合的反应机理。矿渣的加入增加了地质聚合物浆体的粘度,且浆体粘度随着矿渣掺量的增加而增大。矿渣的加入明显增加了地质聚合物的强度,其中对早期强度的提高尤为明显,当矿渣掺量为30%时28d强度提高最为明显。X射线衍射,扫描电子显微镜和红外光谱分析证明矿渣的反应产物中有水化硅酸钙(C-S-H)生成,矿渣-粉煤灰基地质聚合物性能的提高来源于C-S-H和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)的共同作用。

高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料固化砷钙渣

以高炉矿渣、粉煤灰为地聚合物胶凝材料原料,配合复合化学激发剂固化砷钙渣,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)探究固砷机理。研究结果表明,固化体优选质量配比为高炉矿渣粉∶粉煤灰∶砷钙渣=4∶2∶4,配合1.5%~2.0%的NaOH和工业水玻璃复合化学激发剂,固化体砷浸出浓度0.5~0.9mg/L,低于危险废物浸出毒性鉴别标准限值(5mg/L)。XRD、FTIR和SEM结果表明,砷钙渣经高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料固化,反应体系液相环境pH>13,促使砷钙渣中的含砷矿物CaHAsO_4·3H_2O向更加稳定的Ca_5(AsO_4)_3OH及类质同象物Ca_5(AsO_4)_3(OH,F)转变。同时地聚合物胶凝材料水化产生的网络状水化凝胶可把砷钙渣中的各组分胶结在一起有效抑制固化体中砷的溶出。可见,高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料可作为固化含砷渣的一种潜在固结剂。

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。

矿渣-粉煤灰地质聚合物制备及力学性能研究

以矿渣、粉煤灰为原料,以硅酸钠和氢氧化钠为激发剂,制备了矿渣-粉煤灰基地质聚合物,测试了不同配合比下矿渣-粉煤灰基地质聚合物的7 d、14 d和28 d的抗压强度。结果表明:当水胶比为0.3,氢氧化钠和硅酸钠的质量比为0.63,矿渣与粉煤灰的质量比为2,标准养护条件下,矿渣-粉煤灰基地质聚合物的7 d、14 d和28 d龄期的抗压强度分别达到57.0 MPa、69.0 MPa和84.3 MPa。

矿渣-粉煤灰基发泡地质聚合物的微观结构与性能研究

讨论了矿渣掺量对矿渣-粉煤灰基发泡地质聚合物性能的影响。制备了掺加不同含量矿渣(0、10%、30%、50%)的矿渣-粉煤灰基发泡地质聚合物,并通过测试粘度、密度、孔隙率、抗压强度、抗折强度、扫描电镜、XRD等对发泡地质聚合物进行了性能研究,结果表明:30%矿渣掺量,体积密度为433 kg/m3,49%孔隙率下,发泡地质聚合物性能最优,抗压和抗折强度分别为1.66 MPa和0.97 MPa。

粉煤灰-矿渣基地质聚合物砂浆性能研究

运用正交试验探讨了Si/Al(A)、水玻璃模数(B)、外加剂(C)3个因素对粉煤灰-矿渣基地质聚合物砂浆扩展度、抗折强度和抗压强度性能的影响规律,最后进行了微观性能测试。结果表明:砂浆扩展度可以达到175mm,1d抗折强度和28d抗折强度分别可以达到5.2MPa和8.3MPa,1d抗压强度和28d抗压强度分别可以达到39.0MPa和76.6MPa。当Si/Al为1.49,模数为1,外加剂X添加量为3%时,砂浆扩展度、28d抗折强度和28d抗压强度三者性能最优,当Si/Al为1.49,模数为1.4,外加剂X添加量为1%时,砂浆1d抗折强度和1d抗压强度性能最优。

矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化淤泥质黏土的抗压强度试验研究

为解决水泥固化淤泥质黏土早期强度不足及制备水泥时高污染、高能耗及高成本等问题,采用"一步法"制备矿渣-粉煤灰基地质聚合物用以固化淤泥质黏土,研究硅铝原材料之比、固体激发剂与原材料比及水灰比对固化黏土抗压强度的影响规律,并采用电镜扫描和X射线能谱分析等试验方法进行微观分析,揭示其固化机制。试验结果表明:当硅铝原材料为90%矿渣和10%粉煤灰,碱性激发剂占硅铝原材料质量比为0.15,水灰比为0.7时,其14 d的无侧限抗压强度达到1.5 MPa。矿渣-粉煤灰基地质聚合物主要产物有无定型的水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶,是固化黏土抗压强度提升的主要原因。研究结果为地质聚合物在淤泥质黏土加固中应用奠定一定的理论基础。

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。