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。

粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土力学性能与微观结构

为考察不同配合比对地聚物混凝土性能的影响,开展了粉煤灰与矿渣比例、水玻璃模数以及水玻璃掺量(质量分数)对其宏观力学性能影响的实验研究,并从微观层次扫描电子显微镜(SEM)、能量弥散X射线分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)以及压汞实验(MIP)对微观结构进行研究。结果表明:养护龄期的增加,使聚合反应进行的程度提高,SEM微观形貌中观察到的凝胶量与种类逐渐增多,宏观上表现出更高的强度值;水玻璃模数的降低引起反应体系中硅铝比降低以及Na;的增加,促进了凝胶的生成,使其表现出较高的力学性能;粉煤灰与矿渣比例的减小,即在矿渣为反应体系中引入钙的含量增多,促进了凝胶的生成;当水玻璃掺量由20%增加到25%时,硅铝比由1.31增大到3.37,试样的微观结构致密性与宏观强度均表现提升;当水玻璃掺量过量时,硅铝比由3.37降低到2.00,导致凝胶结构不易形成,表现出强度的下降。降低水玻璃模数与提高矿渣比例均可促进聚合反应的进行,有助于地聚物混凝土力学性能与微观结构致密性的提升。

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。

粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土的抗碳化性能

F级粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土,即GPC-10(矿渣掺量10%,80°C高温养护)和GPC-50(矿渣掺量50%,标准养护)力学性能良好,为进一步研究其抗碳化性能,首先,对这两种地聚物混凝土进行了快速碳化试验,并与作为对照组的普通水泥混凝土(OPCC)进行了比较,通过抗压强度和劈裂抗拉强度评价了碳化对混凝土的损伤;其次,为分析损伤原因,分别通过X射线能谱分析(EDS)和压汞测试(MIP),对碳化后的成分和孔结构进行了研究;最后,建立了两种地聚物混凝土的碳化模型.研究结果表明:相比OPCC,地聚物混凝土的抗碳化能力薄弱,尤其是钙含量较高的GPC-50,其主要产物C—A—S—H会与CO2反应而发生分解,导致孔隙率增大,进而加快了碳化速率,且碳化深度与时间呈线性关系;OPCC、GPC-10以及GPC-50的28 d碳化深度分别达到了2.0、9.2、18.8 mm.

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%。

粉煤灰基地聚物混凝土的抗氯盐侵蚀性能研究

对比研究了氯盐侵蚀0~360 d内,粉煤灰基地聚物混凝土(以下简称FABGC)与普通混凝土(以下简称OPC)的抗压强度、质量损失率、氯离子含量、氯离子扩散系数、微观结构。结果表明:各侵蚀龄期下,OPC的抗压强度、质量损失率、氯离子含量基本均高于FABGC;随着侵蚀龄期的增加,FABGC和OPC的抗压强度、氯离子扩散系数基本呈下降趋势,质量损失率、氯离子含量呈增大趋势;当侵蚀龄期达到60 d后,OPC的抗压强度损失率、质量损失率和氯离子扩散系数均明显高于FABGC;随着侵蚀深度的增加,FABGC与OPC氯离子含量逐渐降低;与FABGC相比,未受氯盐侵蚀时,OPC的微观结构更致密,但受氯盐侵蚀后,OPC的微观结构劣化速率较快。

矿渣掺量对热养护粉煤灰基地聚物收缩和抗压强度的影响及机理分析

本文通过数字图像相关(DIC)方法研究了0%、10%、20%、30%、40%、50%六种矿渣掺量(质量分数,下同)对粉煤灰基地聚物(FAGP)混凝土热养护过程中收缩的影响,测试了热养护后混凝土和净浆的抗压强度,并且结合同步热分析(TGA-DSC)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对微观机理进行了分析。结果表明:随着矿渣掺量的增加,FAGP的收缩量和收缩速率均先减小后增大,抗压强度先增大后减小,水化程度增大,微裂缝数量增加;当矿渣掺量为40%时,FAGP混凝土的收缩量最小,抗压强度最大;当矿渣掺量较低时,地聚物水化程度小,微裂缝少,地聚物收缩的主要原因是热养护初期的弹性模量较低;当矿渣掺量较高时,地聚物水化程度大,微裂缝较多,地聚物收缩主要由较强烈的化学反应引起。

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。

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。

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。

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。

矿渣-粉煤灰基地聚物力学特性试验研究

为推进落实“双碳”国家发展战略,提高大宗工业固体废弃物的综合利用率,实现对矿渣、粉煤灰的协同使用,通过无侧限抗压强度试验,研究碱激发剂掺量、水胶比以及矿渣与粉煤灰之比对矿渣-粉煤灰基地聚物力学性能的影响。试验结果表明:当碱激发剂掺量为30%、水胶比为0.40、矿渣∶粉煤灰为80∶20为矿渣-粉煤灰基地聚物力学性能最佳,其28 d无侧限抗压强度可达到78.4 MPa。该研究结果可为矿渣-粉煤灰基地聚物的进一步研究提供借鉴和参考。

活性MgO对碱-矿渣-偏高岭土基地聚物干缩特性的影响

通过添加不同活性MgO,研究了其对碱-矿渣-偏高岭土基地聚物(ASM地聚物)干缩性能的影响,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和压汞仪(MIP)等微观测试手段揭示了其内在影响机制.结果表明:随着MgO活性的增加,ASM地聚物的干缩率先减小后增大,当MgO活性适中时,ASM地聚物干缩率降低约15.0%;所生成的镁铝水滑石及水化硅酸镁(M-S-H)凝胶能够有效填充ASM地聚物孔隙,减小干燥收缩,增加结构致密程度.

偏高岭土-粉煤灰基地聚物砂浆力学性能研究

本研究以偏高岭土和粉煤灰为原料,以不同模数(0.75、1.00、1.25、1.50)和碱浓度(质量分数)(40%、44%、48%)的钾水玻璃为碱激发剂,微珠、蛭石和珍珠岩为细骨料来制备地聚物砂浆试件。主要通过测试地聚物砂浆试件常温及1000℃高温作用后的抗压强度,探明碱激发剂模数和浓度对砂浆试件力学性能的影响,并利用XRD、SEM手段对地聚物的物相组成及微观形貌进行表征。结果表明:当碱浓度不变时,除40%碱浓度外,其余试件的抗压强度随模数的增大先升高后略微降低或者基本不变。当模数不变时,除模数为0.75的试件外,其余试件的抗压强度随碱浓度的增大先升高后降低。当模数为1.00且碱浓度为44%时,试件的抗压强度最高,历经1000℃高温后地聚物砂浆试件相对残余强度仍能维持42%及以上,该温度下水化产物为白榴石(KAlSi 2O 6)和钾霞石(KAlSiO 4),地聚物在常温下有大量絮状的水化产物生成且微观结构较为致密。

地聚物混凝土干燥收缩性能及活性氧化镁补偿收缩研究

制备粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土,并进行地聚物混凝土28 d抗压强度和干燥收缩测试,探究分析活性氧化镁含量、水玻璃模数、碱当量和矿渣含量对其抗压强度和干燥收缩的影响机理。结果表明:随着活性氧化镁掺量增大,地聚物混凝土28 d抗压强度下降,干燥收缩变形显著减小;与0%(质量分数,下同)活性氧化镁混凝土相比,掺量为3%、6%和9%时混凝土28 d抗压强度分别下降8.0%、8.2%和18.2%,干燥收缩分别减小21.5%、26.4%和38.2%,此外,当活性氧化镁掺量为3%和6%时,不仅有效补偿了干燥收缩,且抗压强度损失较小;随着水玻璃模数升高,地聚物混凝土28 d抗压强度和干燥收缩变形增大;随着碱当量升高,地聚物混凝土28 d抗压强度下降、干燥收缩变形增大;随着矿渣含量增加,地聚物混凝土28 d抗压强度增大、干燥收缩变形减小。综合考虑抗压强度及收缩的要求,建议实际应用中选择高活性、大掺量氧化镁,掺量宜控制在3%~6%。

低温制备硅灰-偏高岭土-矿渣基地聚物砂浆试验及微观研究

为提升低温环境下矿渣基地聚物砂浆性能,通过掺加硅灰、偏高岭土实现对矿渣基地聚物砂浆的复合改性,并通过正交试验研究硅灰、偏高岭土、减水剂的掺量以及水玻璃与氢氧化钠溶液质量比对硅灰-偏高岭土-矿渣基地聚物砂浆(SMSGM)力学性能和工作性能的影响,并确定最佳配合比。在此基础上作对比验证试验,探究低(负)温对SMSGM力学性能的影响,并分析了低(负)温养护下地聚物砂浆的微观形貌、红外吸收性质、孔隙结构。结果表明:SMSGM的流动性及强度受水玻璃与氢氧化钠溶液质量比影响最大;正交试验中,硅灰掺量为10%、偏高岭土掺量为20%、减水剂掺量为0.8%、水玻璃与氢氧化钠溶液质量比为0.5是最优配合比,3 d抗压强度可达30.1 MPa;温度降低至-10℃后,SMSGM表面存在大量未参与反应的原材料,水化产物未充分胶结,孔隙量增大,毛细孔数目增多,宏观表现为强度降低,但水化反应释放的大量热可支持SMSGM早期强度的形成,验证了其在寒冷条件下使用的可行性,以期为寒区基础设施快速修复的应用提供理论依据和指导。

粉煤灰地聚物混凝土单轴受压力学性能试验研究

进行了粉煤灰地聚物混凝土力学性能试验研究,重点关注了地聚物混凝土的抗压强度、弹性模量、应力-应变关系曲线以及泊松比等基本力学性能。试验表明,掺加少量水泥可以降低地聚物混凝土的养护要求,在常温养护条件下,混凝土的强度和弹性模量发展与采取早期升温养护的地聚物混凝土基本相当。随着地聚物混凝土龄期的增加,其应力-应变关系曲线逐渐变得陡峭,峰值应变也随之减小。同时,研究发现,当地聚物混凝土压应力低于极限抗压强度的60%左右时,混凝土的泊松比基本为一常数,大约在0.1~0.2之间。当压应力超过这一数值时,地聚物混凝土的泊松比急剧增大,在破坏时,泊松比达到1.0左右。这一试验现象表明,地聚物混凝土在单轴受压下表现出良好的横向膨胀变形性能。

二元基地聚物修复材料的制备及工作性能研究

为研发针对既有混凝土结构的新型修复加固材料,实现固废利用,拟采用大宗工业固废粉煤灰和矿渣二元基作为反应前驱体,采用碱性溶液对粉煤灰矿渣进行激发,制备新型绿色地聚物修复材料。以试件抗压强度、净浆流动度和凝结时间为研究对象,分析了粉煤灰/矿渣比、水胶比和碱激发剂掺量对地聚物修复材料工作性能的影响规律。研究结论可为粉煤灰-矿渣基地聚物修复材料的制备及工程应用提供参考。

养护方式对地聚物混凝土基本力学性能的影响

文章介绍基于不同粉煤灰-矿渣比的地聚物混凝土,测试了其在不同养护条件下的抗压强度、劈裂抗拉强度以及体积吸水率,旨在揭示养护方式对粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土基本力学性能的影响规律。结果表明:前期(7 d前)养护加大湿度有利于提高试件强度的发展速度,后期(7~28 d)养护湿度过高会阻碍地聚物的继续水化,不利于其后期强度的发展;高温养护会显著提高前期的强度;此外,高温养护会增大地聚物混凝土的脆性。