低品位硅藻土无熟料胶凝材料制备及机理研究

为提高低品位硅藻土在建筑材料领域利用率,减少堆存量,本试验采用石灰(钙质)、Na_(2)SO_(4)协同激发活化改性低品位硅藻土制备胶凝材料,研究了其强度变化并通过X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)仪探讨了作用机理。结果表明,低品位硅藻土的最佳活化改性温度为850℃,胶凝材料中CaO与SiO_(2)摩尔比为1.4,Na_(2)SO_(4)掺量为1.2%时,其28 d抗折强度、抗压强度、表观密度最优,分别为3.8 MPa、19.5 MPa、0.98 g/cm^(3)。低品位硅藻土胶凝材料中石灰与SiO_(2)形成了水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,Na_(2)SO_(4)复合石灰和改性硅藻土中偏高岭土反应生成地聚物,最终改善了强度。

硅藻土调质污泥制备水硬性胶凝材料试验研究

为了改善水硬性凝胶材料的力学性能,提高污泥的处置率,选用硅藻土等材料对污泥进行调质处理,利用张家口充足的太阳能及风能自然干化调质污泥。对干化后的污泥焚烧并粉磨制灰,通过胶砂强度对比试验及火山灰活性试验,分析调质污泥灰的火山灰活性。通过分别掺加同等质量的硅藻土、粉煤灰、页岩和沸石调质的污泥灰,测试其火山灰活性并进行水泥技术性能试验及胶砂收缩率试验,结合XRD及SEM进行微观的活性产生机理分析。对硅藻土调质污泥灰进行水泥技术性能试验及胶砂收缩率试验等试验,分析其取代部分水泥作为水硬性胶凝材料后的各项性能指标。试验结果表明:随硅藻土掺量的增加,污泥灰的火山灰活性先增加后趋于平缓,当掺量为9%,抗压强度比达到最高为87.3%;污泥中掺9%的硅藻土可获得较好的干化效果和最佳的火山灰活性;同掺量情况下硅藻土较粉煤灰、页岩、沸石调质的污泥灰具备更高的火山灰活性,且调制后的污泥灰制备水硬性胶凝材料其部分性能优于水泥,收缩率也较纯水泥更小。X射线衍射分析可见,未煅烧硅藻土含有石膏、石英及白云母晶体,煅烧过的硅藻土的石膏衍射峰消失,石英的各衍射次峰得到削弱。硅藻土与污泥混合搅拌干化煅烧后,石英晶体程度变弱。整体来看单烧及与污泥混合煅烧的硅藻土衍射图中尖锐的衍射峰较少,平整度高,活化程度高。SEM分析可见未煅烧硅藻土藻体壁上分布着排列整齐,大小均匀的微孔。经煅烧后其表面变得粗糙,覆盖着的无定形物质变得分散,增大了硅藻土与氢氧化钙反应时的接触面积,利于其火山灰活性的发挥。与污泥混烧的硅藻土藻体破坏程度较重,所见多为硅藻碎片,火山灰活性得以充分发挥。

硅藻土对水泥铜尾矿粉胶凝材料性能的影响

针对铜尾矿粉-硅酸盐水泥力学强度差的问题,本文拟将硅藻土加入到该胶凝体系中,硅藻土以0.5%,1.0%,1.5%和2.0%等质量替代铜尾矿粉-水泥,测试了复合胶凝材料的流动度、凝结时间、吸水率、孔隙率、体积密度、力学性能和微观性能。结果表明,随着硅藻土掺量的增加,净浆的流动度降低,凝结时间缩短,吸水率和孔隙率减小,体积密度增大,砂浆的抗压强度和抗折强度增加。净浆养护28 d后,硅藻土的加入使得净浆中的SiO_(2)和Ca(OH)_(2)晶体含量减少,C-S-H(水化硅酸钙)凝胶增多,整体比较致密。

基于溶胶凝胶法改性的硅藻土对水泥基材料性能的影响

采用溶胶凝胶法对硅藻土进行改性,然后研究改性前后的硅藻土对水泥净浆(标准稠度用水量、凝结时间)及砂浆性能(力学性能、调湿性能)的影响。研究结果表明:(1)经改性后的硅藻土比表面积由初始的2.76m^2/g增大到158.52m^2/g,平均孔径由初始的3.82nm减小到1.41nm。(2)改性前后的硅藻土水泥净浆标准稠度用水量均高于纯水泥的标准稠度用水量,且随着硅藻土掺量的增加而逐渐增大;随着改性前后硅藻土掺量的增加,水泥初凝时间延长,终凝时间缩短。另外,在硅藻土掺量相同的条件下,改性硅藻土时凝结时间较原状硅藻土水泥凝结时间短。(3)改性后硅藻土的水泥砂浆强度较原状硅藻土的水泥砂浆高;随着改性前后硅藻土掺量的增加,水泥砂浆的强度均逐渐降低,而水泥砂浆吸、放湿率逐渐增大。另外,改性前后的硅藻土掺量相同时,改性后硅藻土的水泥砂浆吸、放湿率大于改性前的硅藻土水泥砂浆的吸、放湿率。(4)X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析结果表明,改性硅藻土的水泥砂浆较原状硅藻土的水泥砂浆有更多的水化产物,且硬化体结构更加致密。

硅藻土在胶凝材料领域的应用进展

硅藻土是死亡的硅藻细胞壁矿物质经地质作用沉积形成的矿物。硅藻土(主要成分为SiO_(2))是一种来源广泛、性质稳定、价格低廉的天然无机非金属矿产资源,其应用前景十分广阔。由于独特的微孔结构和成分组成,近年来硅藻土开始逐渐被应用到水泥基胶凝材料中,以期达到改善水泥基材料性能的目的。目前,硅藻土在水泥基材料中的用途可根据添加形式分为三类:以矿物掺合料添加、以纳米材料形式添加和用作轻质骨料。采用的添加形式不同,硅藻土对水泥基材料性能的影响也各不相同。与此同时,硅藻土在其他胶凝材料(如沥青、地质聚合物等)中也显示出其应用潜力。本文根据近年来国内外在硅藻土领域的研究现状,总结了硅藻土材料在水泥基材料中的用途,探讨了用硅藻土替代混凝土中不同组分对胶凝材料性能的影响;归纳了硅藻土在其他胶凝材料制备中的作用,并对其在水泥胶凝材料中的应用进行了展望。

焙烧硅藻土对水泥基材料力学性能的影响

采用焙烧法对硅藻土进行改性,将改性后的硅藻土通过外掺的方式掺入水泥基材料中,然后研究改性前后的硅藻土对水泥基材料力学性能的影响.结果表明:焙烧法改性的硅藻土具有良好的火山灰活性,且焙烧温度为800℃时硅藻土火山灰活性最高;当掺量为2%,硅藻土的焙烧温度分别为200,500,800,1100℃时,其3 d抗压强度比原始硅藻土水泥基材料分别提高了12.65%,8.08%,10.59%,16.32%,说明改性硅藻土对水泥基材料早期强度有一定促进作用;当掺量为2%、硅藻土焙烧温度为800℃时,改性硅藻土水泥基材料28 d抗压强度可达78.05 MPa,比纯水泥基材料提高了21.08%.XRD、SEM、综合热分析结果表明,改性硅藻土改善了水泥基材料的内部结构,使水泥基材料密实度增加,从而提高其强度.

改性硅藻土对水泥基调湿材料性能的影响

利用煅烧和酸浸对天然硅藻土进行改性,并取代部分胶凝材料制备出水泥基调湿材料。通过对比研究了改性前后硅藻土及其掺量对水泥基调湿材料的工作性能、力学性能及吸放湿速率的影响,并结合硅藻土改性前后的化学成分与表面结构变化规律,以及水泥硬化体孔结构特征参数,分析改性硅藻土的作用机理。结果表明:改性硅藻土水泥基调湿材料的力学性能与调湿性均好于同掺量天然硅藻土的试样;天然硅藻土经过400℃煅烧2 h和浓度50%(质量分数)H 2SO4溶液酸浸12 h后,其SiO2含量增加,比表面积、平均孔径及总孔容显著提高,也进一步增大了硬化体孔隙率与孔径,增强了对空气水分子的表面吸附与毛细孔道效应。