赤泥-钢渣基胶凝材料稳定土性能研究

为实现交通工程绿色、低碳建设,以路基稳定土用胶凝材料为研究对象,选用赤泥、钢渣等固体废弃物,基于地质聚合物合成技术,制备了可替代水泥的赤泥-钢渣基胶凝材料。通过响应面法开展了赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料的配合比设计,采用红外光谱仪、X射线衍射仪以及扫描电镜等方式揭示了赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料稳定土工作性能参数和强度形成机理。结果表明:赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料7 d抗压强度为10.17 MPa,28 d抗压强度可达24.9MPa。新型胶凝材料掺量6%时,稳定土7d无侧限抗压强度达1.37MPa,水稳定性系数为64.6%,且赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料CBR强度达到81.7%,远高于规范要求。微观分析表明,赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料结构致密,水化产物为C-S-H凝胶和C-S-A-H凝胶。扫描电镜分析表明,赤泥基地聚物类胶凝材料水化产物在土中相互交接,包裹土颗粒,稳定土随着水化产物的增加而变得坚固。研究成果能够促进交通工程绿色低碳建设,并提升赤泥等固废的资源化利用效率。

活化赤泥基胶凝材料的抗冻融性能研究

赤泥资源化利用对氧化铝行业可持续发展和环境保护具有重要意义。本文以赤泥和热活化赤泥为主要原料与钢渣等多种固废协同制备赤泥基胶凝材料,并对其抗冻融性能进行了研究。分别对养护14和28 d的胶凝材料试样进行冻融试验,用万能试验机、XRD、SEM、工业CT等检测方法对试样冻融前后的强度、物相、显微结构、孔隙率等进行表征,并对冻融损伤机理进行了探究。结果表明,赤泥基胶凝材料冻融前后的质量损失、强度损失、显微结构差异显著。其中,赤泥-普通硅酸盐水泥胶凝材料较其他赤泥基胶凝材料的抗冻性能优异,其养护14 d试件冻融前后的质量损失和强度损失分别为23.68%和50.75%;用热活化赤泥制备的赤泥-钢渣胶凝材料冻融后的质量损失率较冻融前降低了16.30%。

赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能及评价方法

路面半刚性基层具有强度高、稳定性好等优点,但在强度形成及后期服役过程中由于内部相对湿度和温度变化会产生收缩应力,当收缩应力超过胶凝材料自身胶结力时,基层会发生干燥收缩裂缝和温度收缩裂缝.作为一种新型路面基层材料,赤泥基胶凝材料可100%代替水泥用于道路基层建设,然而赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能的经时演化规律尚不明确.因此,本文以赤泥基胶凝材料稳定碎石干燥收缩、温度收缩性能为研究对象,探究赤泥基胶凝材料掺量、养生龄期等因素对收缩性能的影响规律并运用灰色关联度确定了干缩抗裂性能指标、温缩抗裂性能指标与最大干缩应变、温缩应变的相关性.试验结果表明赤泥基胶凝材料稳定碎石的干缩应变、温缩应变随胶凝材料掺量的增加先降低后升高且干缩应变、温缩应变增长速率随养生龄期的延长逐渐减小,基于灰色关联度分析法确定了干缩抗裂性指数和温缩系数为赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能的最优评级指标,确定了赤泥胶凝材料掺量为7%时,赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能最优.

原位溶胶-凝胶法制备光固化3D打印大豆油基杂化材料及其性能分析

以2.7官能度大豆油多元醇(SBOP)与甲基丙烯酸乙酯二异氰酸酯(MOI)为原料,成功制备了2.7官能度可自由基光固化的大豆油基光敏树脂SBO-2.7A。将SBO-2.7A作为基体树脂,通过添加一定比例活性稀释剂丙烯酸羟乙酯(HEA),制备出了3D打印大豆油基光敏树脂。通过原位溶胶-凝胶法,将不同正硅酸乙酯(TEOS)添加量的大豆油基打印树脂配方进行3D打印成型,优选出最佳的酸性蒸汽后处理条件后,最终制备出具有机械性能提高的打印大豆油基材料。通过红外光谱仪、电子显微镜、哈克旋转流变仪、拉伸试验机等对3D打印树脂的黏度、光固化行为及其对3D打印样品的热力学性能、机械性能等的影响进行分析,结果表明,原位溶胶-凝胶法生成纳米SiO2使得3D打印制品拉伸性能、储能模量均得到提高,其中拉伸强度由起始的9.96 MPa增加到了14.14 MPa,提高了42%;储能模量由293 MPa提高至567 MPa,提高了93.5%。

基于道路碎石底基层赤泥基胶凝材料应用研究

将赤泥基胶凝材料应用于道路碎石底基层是一项新兴的研究领域,旨在改善道路基础层的稳定性和耐久性。本文通过赤泥基胶凝材料在公路工程中应用,对其进行了研究和分析,通过改善赤泥在碎石底基层中的抗剪强度和抗水稳定性,添加适量的胶凝材料,提高了路基强度和稳定性,结果显示,该材料的使用提高了碎石底基层的抗冻融性能和耐久性,在路基工程中具有良好的应用前景。

电石渣-赤泥二元胶凝材料的理化性质与力学特性研究

以纯电石渣试样作为对照组,研究了赤泥掺量(10%、20%、30%)对电石渣-赤泥二元胶凝材料理化性质及力学特性的影响。结果表明,赤泥对材料的理化性质影响较大,能有效提高孔隙液电导率、p H值和无侧限抗压强度,掺量为30%时,28 d抗压强度可达0.857 MPa,较对照组提高了932.53%,但对破坏应变的影响无明显规律性。养护龄期引起了材料质量的损失,对其他性质的影响以14 d为界,前期迅速上升,后期缓慢下降。随着龄期的延长,应力-应变曲线形态逐步趋同。材料水化反应、聚合反应的强度和速率,对其性质的变化有着关键的影响。

硬脂酸钠对碱激发矿渣-赤泥胶凝材料吸水速率的影响

碱激发矿渣-赤泥胶凝材料(AASR)由于吸水速率较大,水分和侵蚀性离子易进入AASR内部,对其耐久性构成重大威胁。本文利用硬脂酸钠(NaSt)改善AASR的孔结构,并在孔隙壁上引入憎水膜,降低AASR的吸水速率。通过对AASR孔结构、接触角和微观形貌的分析,揭示了NaSt对AASR吸水速率的改善机理。结果表明:NaSt在AASR内部引入了较多的封闭孔,内部孔隙之间的连通性会被这些封闭气孔阻断,从而阻断水分在AASR孔径中的传输;NaSt在毛细孔壁形成憎水膜,增大了孔壁接触角,降低了毛细管吸力;掺入质量分数为0.5%的NaSt后,AASR的初始吸水速率的降低幅度高达83%,但对力学性能影响较小。

基于GA-SVM的钢渣基胶凝材料开发及料浆配比优化

针对某露天转地下矿山充填成本高的问题,充分利用矿山周边的工业废弃物开发满足嗣后充填采矿法所要求的充填胶凝材料,并对充填料浆的配比进行了优化.首先,分析了材料的物化特性,采用不同的激发配方进行了室内试验,构建了用于钢渣基胶凝材料配方预测的GA-SVM模型,确定了钢渣基胶凝材料的最佳配方(质量分数)为:钢渣30%、脱硫石膏4%、水泥熟料12%、芒硝1%;其次采用XRD和SEM分析了钢渣基胶凝材料的水化机理;最后基于灰靶多目标决策模型对料浆配比进行优化实验,以强度(7 d和28 d)、工作特性(坍落度、泌水率)、成本为指标优化料浆配比.结果表明,采用新型钢渣基胶凝材料,充填料浆的最佳配比参数为:灰砂比1∶4,固相质量分数为72%.并进行了验证实验,得到相应强度参数和工作特性参数分别为1.74 MPa、3.61 MPa、24.2 cm和5.91%,均满足嗣后充填的要求,此配比条件下的充填成本为每立方米113元,较水泥充填成本降低了38.92%.

钢渣基胶凝材料强度试验与充填料浆管输特性研究

以某选矿高泥全尾砂为骨料,进行新型钢渣基充填胶凝材料强度试验。在胶砂比和料浆浓度相同条件下,该高泥全尾砂充填体强度显著高于42.5水泥,且成本更低。在此基础上,开展不同料浆浓度和胶砂比的高泥全尾砂充填料浆的管输特性试验,包括料浆的流动性参数和稳定性参数,并建立充填料浆管输特性数学模型。结果表明:当料浆浓度提高时,充填料浆稠度、泌水率、分层度均逐渐减小;当胶砂比增大时,料浆稠度逐渐增大,而泌水率逐渐减小。

赤泥基胶凝材料路用性能及发展方向研究

赤泥基胶凝材料是一种新型的环保建筑材料,具有较高的强度和稳定性,能够承受较大的荷载和交通压力,具备良好的耐久性和抗裂性能。本文通过对赤泥基胶凝材料的路用性能进行研究和分析,通过在项目中进行实践表明,将赤泥与适量的水泥和其他添加剂混合后,形成的胶凝材料可以用于修补和加固老化或破损的路面,不仅成本低,而且可以快速施工,减少了交通中断的时间。

低品质固废协同制备绿色充填胶凝材料

随着国家对环境保护要求日趋严苛,水泥价格逐年提高,以水泥作为充填胶凝材料的充填采矿成本不断提高,利用低品质固废开发低成本绿色充填胶凝材料替代水泥,对于提高矿山经济效益具有重要的现实意义。以邯邢地区某磁铁矿选矿全尾砂为骨料,利用周边固废资源进行矿渣基胶凝材料配比优化试验研究,获得矿渣基胶凝材料的配比:盐激发剂13%+碱激发剂11%+矿渣粉76%。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂矿渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.42 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.1倍和2.5倍,成本约为42.5水泥成本的70%。在此基础上,进一步利用钢渣固废,开展钢渣基全固废绿色充填胶凝材料的配比试验研究,获得钢渣基胶凝材料的配比:33%钢渣微粉+14%硫酸盐激发剂+53%矿渣微粉。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂钢渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.28 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.2倍和2.5倍,成本约为42.5水泥的60%。研究结果可为低成本绿色胶凝材料研发提供新思路。

赤泥作矿渣基胶凝材料调整剂的研究

以赤泥作为调整剂加入到矿渣、石膏、水泥熟料组成的矿渣基胶凝材料中,考察其掺量对胶凝材料抗压强度的影响,并对胶凝材料的微观形貌进行SEM分析。结果表明:随着赤泥掺量的增加,胶凝材料的抗压强度先增大后减小;在赤泥掺量为6%时(矿渣、石膏、熟料用量分别为74%、10%、10%,PC减水剂用量为各原料总量的0.3%)效果最优,胶凝材料的3、7、28 d抗压强度分别达到61.93、70.53、81.02 MPa。胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石;随着反应龄期的增长,C-S-H凝胶的覆盖面积不断增大,钙矾石晶体也紧密交织,水化过程趋于完全。

胶凝材料仿地设计--硅铝基胶凝体系建立初探

提出仿地成岩思想,即遵循地壳元素组成丰度和/或岩石矿物组成,运用地质学理论和岩石矿物学理论,以获得类似于地壳中已存在的岩石为研究目标.材料仿地设计是将仿地成岩思想运用于材料设计中,主要包括组成仿地、过程仿地、结构仿地以及功能仿地.并以硅铝基胶凝材料--凝石为例说明材料仿地设计的步骤和层次.

碱-偏高岭土基胶凝材料的热稳定性研究

将粉煤灰漂珠、G碱-偏高岭土基胶凝材料Geopolymer(普通水泥为对比样)和水按比例混合,成型为3cm×3cm×3cm的试块并养护28d;将试块在规定的温度和时间内煅烧,并用其剩余抗压强度来判断其热稳定性.试验结果表明:Geopolymer的剩余抗压强度随煅烧温度升高而提高,并从800℃到1000℃呈现大幅度提高的趋势,而相应的普通水泥的剩余抗压强度随煅烧温度升高而下降.对Geopoly mer和水泥的水化产物进行了差热分析和热失重分析,发现Geopolymer具有优良的热稳定性能,这可能是由Geopolymer特殊的水化产物而引起的.

赤泥基胶凝材料钙硅比对Na^＋固化性能的影响

运用NMR、IR等分析手段,采用结构分析的方法研究了赤泥基胶凝材料的水化过程,揭示了胶凝材料钙硅比对水化产物Na+固化性能的影响规律。结果表明,随着钙硅比的降低,在Al对Si的取代作用下,[Si(Al)O4]结构单元聚合度增大,桥[SiO4]、[AlO4]四面体增多,Si以Q1、Q2结构形式存在的C-S-H凝胶转变为具有SiQ2、SiQ3和SiQ4结构单元的(Na,Al)-C-S-H凝胶,利于Na+以化学吸附和化学固溶形式的固化。

矿物掺和料对铝业赤泥基胶凝材料力学性能影响的研究

在研究利用赤泥制备胶凝材料的基础上,向其中掺加煤矸石、粉煤灰、矿渣等矿物掺加料,利用XRD、SEM等现代测试技术,对混合胶凝材料体系的水化过程、水化产物及显微形态进行了分析和研究,揭示了煤矸石等掺加料对赤泥基胶凝材料体系力学性能的影响及其机理。

脱硫石膏-粉煤灰基胶凝材料的特性研究

以脱硫石膏和粉煤灰为主要原料,以水泥熟料为激发剂,以矿渣粉为增强剂,开发高强耐水脱硫石膏-粉煤灰基胶凝材料.结果表明,按照脱硫石膏40％、粉煤灰35％、水泥熟料15％、矿粉10％配比制备的脱硫石膏-粉煤灰基胶凝材料在水上环境中,其28d抗压强度为41.56 MPa,28 d后,随着水分的不断排出,抗压强度产生倒缩,当样品中水分达到平衡时,抗压强度在360d内稳定在38.04～39.23 MPa;在水下环境中,其360d内抗压强度一直在稳步增长,最高可达53.15 MPa.这种材料用于水下工程或高湿度环境下的地下工程、井下工程和充填工程是物美价廉的好材料.

首钢水钢固废基胶凝材料的生产及应用实践

使用高炉水渣;转炉钢渣和脱硫石膏混合粉磨生产的全固废基胶凝材料可替代硅酸盐水泥应用于混凝土道路。不仅为水钢冶金渣固废的消纳提供有效的途径,而且契合国家双碳政策的发展目标,为全固废基胶凝材料的应用拓展奠定了良好的生产基础。生产实践表明:高炉水渣60%;转炉钢渣30%;脱磷石膏10%,全固废凝胶材料的28d抗压强度最高达到37.3 MPa;制备C20级全固废基胶材混凝土,水胶比为0.42,28d强度达到20.2 MPa;全固废基胶材混凝土应用在厂区道路改善方面取得良好的实践成效。

聚甲基丙烯酸羟乙酯/乙二醛交联体系的溶液-凝胶-溶液转变

聚合物凝胶的溶液-凝胶-溶液(sol-gel-sol)转变通常依赖于外界条件(温度、pH等)的变化,但构建可在恒定条件下实现sol-gel-sol转变的凝胶体系依然是一个挑战。采用聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)、乙二醛(GX)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)成功构建了一种恒温自发随时间进行sol-gel-sol转变的聚合物凝胶体系(HGX)。考察了GX质量分数、温度和水质量分数对HGX的成胶时间、凝胶强度及降解时间的影响。结果表明,通过改变GX质量分数和温度,HGX可形成弹性模量达847 Pa的凝胶,且最快可在1.5 h后降解为低黏液体(黏度<30 mPa·s)。FTIR光谱和GPC揭示了sol-gel-sol转变的内在机理是缩醛反应和酯基断键的动态竞争。

钢渣-矿渣透水混凝土力学性能的试验研究

采用钢渣矿渣复合粉替代硅酸盐水泥,钢渣骨料替代天然骨料制备碱激发钢渣-矿渣透水混凝土(ASSPC),研究不同因素下ASSPC抗压强度的变化规律,结合XRD、TG、FESEM和SEM-EDS表征ASSPC硬化胶凝材料和界面过渡区(ITZ)的微观性能,阐明胶凝材料对ASSPC力学性能发展的作用及影响机理。结果表明,ASSPC具备较高的早期抗压强度,随矿渣-钢渣掺比提高,ASSPC的抗压强度先上升后下降。采用钢渣作为骨料制备透水混凝土,可有效优化ITZ的微观性能,改善ASSPC的力学性能。随着水胶比(0.24~0.32)提高,ASSPC的抗压强度先增大后减小。