纳米硅溶胶−EVA−粉煤灰水泥基复合浆材配比正交优化及对其物性的影响

针对传统水泥基浆材不能满足煤矿大变形巷道注浆加固实际需求的难题,通过添加纳米硅溶胶、乙烯−醋酸乙烯共聚物(EVA)和粉煤灰对普通硅酸盐水泥进行改性获得高性能复合浆材。采用正交试验和极差分析法系统研究复合浆材物理力学性能的变化规律,确定最优配比,并进一步分析最优配比复合浆材与纯水泥的物性差异,构建复合浆材的水化反应机理模型,阐明其加固破碎岩石的力学特性。研究结果表明,复合浆材最优配比为:水灰比0.7,粉煤灰掺量15%,硅溶胶掺量2%,EVA掺量7.5%;相较于纯水泥,复合浆材流变性略有下降,但浆液稳定性、力学性能等均有显著提升,初凝时间缩短了38.9%,终凝时间缩短了53.8%,析水率降低了60%,结石率提高了3.3%,单轴抗压强度提高了39.1%,抗拉强度提高了97.2%,拉压比提高了41.7%;硅溶胶和粉煤灰在不同时期与Ca(OH)2发生火山灰反应生成更多水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(CA-H),促进复合浆材的水化反应,并加速EVA成膜,使结石体更加致密;复合浆材注入量和胶结体单轴抗压强度均随注浆压力的增大而增加,随Talbot指数的增加,抗压强度先增大后减小,破坏形式多呈鼓状,剪胀变形明显;当注浆压力大于2 MPa,Talbot指数为0.5时,胶结体强度较大,破坏较小。本研究为水泥基复合浆材早期强度、增韧改性提供了可行途径。

粉煤灰表面包覆二氧化硅及特性研究

以燃煤粉煤灰为改性研究对象,硅溶胶为改性剂,通过酸洗、混合、凝胶、真空干燥、培烧、研磨过筛等步骤得到表面包覆二氧化硅的粉煤灰,研究了改性配方、胶凝工艺、焙烧工艺对粉煤灰吸水率、白度、反射率等特性的影响。研究发现,硅溶胶中二氧化硅质量分数为25%～32%、粉煤灰与硅溶胶质量比为1∶(2～3)、胶凝温度为40℃、胶凝pH为10.0、焙烧温度为1 000℃、焙烧时间为2 h时,粉煤灰吸水率、白度、反射率等综合性能好,且可重现。重现实验得到:粉煤灰吸水率的期望为18.535%,方差为0.004 845%;白度的期望为21.8%,方差为1.558%;波长为200～800 nm处的平均反射率期望为37.72%,方差为1.652 544%;波长为800～2 400 nm处的平均反射率期望为68.26%,方差为0.626 806%。实验结果较粉煤灰吸水率降低了76.8%,白度提高了2.1倍, 200～800 nm处和800～2 400 nm处的平均反射率分别提高了72.7%和1.5倍。

新型AS界面剂对新老混凝土界面粘结性能的影响及机理

研究了新型AS界面剂对自然养护条件下新老混凝土界面粘结性能的影响及机理,结果表明,自然养护条件下,与低水灰比水泥净浆处理相比,AS界面剂处理时早期界面粘结强度较低,与未经处理时相当,但未经处理及低水灰比水泥净浆处理时,在较早养护龄期(7 d后)即开始出现强度倒缩;采用AS界面剂处理时,其界面粘结强度的增长与界面剂组分有关,以硅粉为主时,28 d后强度也有所倒缩,以粉煤灰为主时,56 d内强度均持续增长,其原因是由于新老混凝土变形差异过大形成界面剪切应力,导致过早形成的界面粘结结构局部破坏所致,而采用粉煤灰为主的新型AS界面剂处理时,其界面粘结作用则随养护龄期延长而缓慢形成,因而界面粘结强度得以持续增长。

粉煤灰制备SiO_2气凝胶及其复合材料的研究进展

气凝胶材料因其具有独特的性能而成为当今国际新材料领域的研究热点。简要分析了我国目前的粉煤灰利用状况,详细综述了国内外利用粉煤灰为硅源,采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备SiO2气凝胶材料的研究进展,列举了SiO2气凝胶在各个领域的应用现状,指出了当前研究中存在的问题以及未来的研究方向,并展望了利用粉煤灰制备SiO2气凝胶材料的研究与应用前景。

高铝粉煤灰烧结反应产物硅铝分离的研究

高铝粉煤灰与Na2CO3的烧结反应产物霞石,与HCl反应进行硅铝分离与提纯。通过对影响因素pH值与酸浓度讨论,得出随着pH值的不同,Si以H2SiO42-、H3SiO4-、H4SiO4等形式存在,Al以Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)2+和Al(OH)3等形式存在;酸化后的体系pH值在1附近,铝硅酸溶胶体系的胶粒结构被破坏,Si-O-Al键断裂,Al3+溶出,减少了溶胶胶粒的粒径,使溶胶的稳定性降低,Al3+在溶胶中起絮凝剂的作用,使得溶胶胶粒可以沉聚或是絮凝。

粉煤灰基防滑粒料的改性及其应用研究

把改性粉煤灰制备成防滑涂层的防滑粒料是对固体废弃物综合利用的一种新尝试。通过两种不同的表面改性剂对粉煤灰进行表面改性,考察改性效果,尝试作为防滑粒料与高分子乳液复合,分析所得到涂层的性能。结果表明:粉煤灰的双重改性是成功的;同时可以通过调整粉煤灰与树脂的比例,添加硅溶胶的方法,对涂层的表面性能和防滑性能进行调控。当颜料体积浓度与临界颜料体积浓度相近时,得到具有良好防滑性能的涂层,其最大湿摩擦系数达到了0.885。添加硅溶胶的涂层的亲水性得到较好改善,其湿摩擦系数也有较大提高,最大值达到了1.054。其涂层的铅笔硬度在3H左右,经过100次磨擦后湿摩擦系数仍能达到了0.821,具有良好的防滑效果,同时防滑涂层通过了72h的耐水性测试。因此,改性粉煤灰可作为防滑粒料应用于防滑涂层中,其不仅具有很好的经济效益,而且综合利用了固废,具有很好的环境效益。

粉煤灰隔热保温建筑厚质底漆研制

以苯丙乳液和硅溶胶为基料,粉煤灰、滑石粉、立德粉等为颜填料制备建筑厚质底漆。研究发现,该建筑厚质底漆不仅性能稳定、易施工、漆膜性能优异,而且具有良好的隔热保温性能。其理论VOC为10 g/L,原料成本为2～3元/kg,属循环经济产品。

辅助胶凝材料对再生混凝土性能影响的研究

再生混凝土力学性能较差,无法广泛应用,在预先浸泡再生骨料的基础上,将辅助胶凝材料纳米硅溶胶(1%,3%, 5%)与粉煤灰(10%, 15%, 20%)复合掺入再生混凝土中制备了改性再生混凝土。通过抗压强度、劈裂抗拉强度、坍落度试验探究了辅助胶凝材料对再生混凝土综合使用性能的影响;并在微观层次上揭示了辅助胶凝材料对再生混凝土性能影响的作用机理。结果表明,两种材料复合掺入后的协同作用使再生混凝土的力学性能、工作性能得到了全面提升,经试验测得纳米硅溶胶与粉煤灰的最佳复掺量分别为3%, 15%,其90 d抗压强度和劈裂抗拉强度最多提升50.5%, 73.6%,坍落度保持在165 mm左右。微观表征显示复掺两种材料加快了水泥水化反应,降低了水泥浆体的钙硅比,并由此增加了C-S-H凝胶含量;絮凝状C-S-H凝胶紧密包裹着水化产物,填充了混凝土内部的孔隙和裂缝,优化了界面过渡区结构,再生混凝土的强度得到显著提升。