基于新疆粉煤灰的地质聚合物设计、制备及优化

以新疆粉煤灰为原料,以球磨为机械活化方式,以氢氧化钠和硅酸钠混合液为激发剂,在添加少量水泥熟料的基础上,制备出高强度的粉煤灰基碱激发地质聚合物材料。研究了球磨时间、碱激发剂用量和水玻璃模数对粉煤灰基地质聚合物试块力学性能的影响。结果表明,新疆粉煤灰由于碱金属M_2O含量高的地域特性(5.1%),在球磨时间为60 min,外加碱激发剂用量为5%,水玻璃模数为1.5,添加8%的P.O 42.5R普通硅酸盐水泥后,粉煤灰活性得以有效提高。在常温标准养护条件下,制得的地质聚合物材料28 d和180 d的抗压强度分别达42.6 MPa和49.3 MPa,抗折强度分别达7.6 MPa和9.3 MPa,力学性能可满足工程要求,提高了该粉煤灰的使用率。     

室温碱激发低钙粉煤灰地质聚合物配比试验研究

为得到室温下粉煤灰与碱激发剂质量比、水玻璃与氢氧化钠溶液质量比和氢氧化钠溶液摩尔浓度对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,以低钙粉煤灰为原料,制备了地质聚合物胶凝材料。采用正交试验方法,分析粉煤灰地质聚合物抗压强度,探讨碱激发剂配比对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,结合SEM、XRD和FTIR对试样进行表征,并对该材料的应力-应变曲线进行了研究。结果表明:粉煤灰地质聚合物的抗压强度随着激发剂掺量的减少而增大,水玻璃在激发剂中的比值与粉煤灰地质聚合物的抗压强度呈现正相关,其中粉煤灰与碱激发剂质量比为1.8,水玻璃与氢氧化钠溶液质量比为2.5且氢氧化钠溶液的浓度为10 mol/L时,120 d龄期的抗压强度可达51.98 MPa。对应力-应变曲线分析得出,在一定程度上,激发剂的掺入量对粉煤灰地质聚合物的破坏应变和弹性模量有较大影响。SEM、XRD和FTIR分析表明随着养护时间增长,胶凝材料体系内结构更致密,生成了更多的硅铝酸盐凝胶。     

碱激发剂对铸造粉尘-粉煤灰基地质聚合物抗压强度的影响

以粉煤灰和铸造粉尘为主要原料,以KOH、NaOH、Na2SiO3、K2SiO3和水玻璃为碱激发剂,制备地质聚合物.研究了不同激发剂对铸造粉尘-粉煤灰基地质聚合物抗压强度的影响.结果表明:不同浓度的NaOH和KOH溶液的激发效果较差,制备的铸造粉尘-粉煤灰基地质聚合物的抗压强度较低.NaOH和KOH溶液与K2SiO3溶液混配复合激发剂可提高铸造粉尘-粉煤灰基地质聚合物的抗压强度.水玻璃溶液激发效果最好,随着水玻璃溶液模数的增加,铸造粉尘-粉煤灰基地质聚合物的抗压强度逐渐提高;当水玻璃模数为1.2时,铸造粉尘基地质聚合物28 d抗压强度达到最大,为21.4 MPa;继续增大水玻璃模数,铸造粉尘-粉煤灰基地质聚合物28 d抗压强度趋于下降.     

氢氧化钾-钠水玻璃激发剂对碱激发矿渣胶凝材料性能的影响

采用氢氧化钾调节钠水玻璃模数制备复合碱激发剂,以钠水玻璃模数、碱掺量为变量,分析氢氧化钾对钠水玻璃激发矿渣胶凝材料性能的影响,研究氢氧化钾-钠水玻璃激发矿渣胶凝材料在流动度、凝结时间及抗压强度等方面的变化规律。结果表明,氢氧化钾-钠水玻璃复合激发剂的激发效果优于单一钠水玻璃激发剂。当钠水玻璃模数为1.2、碱掺量为8%(质量分数)时,氢氧化钾-钠水玻璃激发矿渣胶凝材料流动度可达240 mm,7 d、28 d抗压强度可达98.88 MPa和104.59 MPa,比同等条件下的钠水玻璃激发矿渣胶凝材料7 d、28 d抗压强度分别提高了16.7%和22.9%。     

基于正交及响应曲面设计的自燃煤矸石地质聚合物配体优化

为研究配体对自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物活性的影响,以3d、28 d地质聚合物胶砂抗折和抗压强度为目标,首先以配体中激发剂品种、激发剂掺量和水玻璃模数为参数,进行的正交试验,根据正交试验结果确定的显著因素与水平范围,再进行二次响应曲面试验,通过对连续试验点进行优化分析,建立激发剂掺量、水玻璃模数与胶砂强度之间的回归方程,获得配体的最佳配合比.试验结果表明,激发剂品种是影响其活性的最显著因素,激发剂掺量及水玻璃模数对活性影响比较显著,建立的回归方程显著性好.以阜新新邱矿自燃煤矸石为主要原料配制的地质聚合物最佳配体配合比是:水玻璃:氢氧化钾为1∶1、激发剂掺量26.6％(占胶凝材料)、水玻璃模数1.0,此时地质聚合物28 d胶砂抗压强度达到65.13 MPa.     

早强快硬粉煤灰地质聚合物的制备

本文研究了复合碱掺量(水玻璃与氢氧化钠),水玻璃模数及固化温度对制备粉煤灰地质聚合物早期抗压强度的影响。结果表明:当复合碱掺量为50g(复合碱:原料=0.35),水玻璃模数为0.8,固化温度为80℃时,制备得到的粉煤灰地质聚合物早期抗压强度最佳,1天龄期样品抗压强度即可达到近40MPa,自然条件下养护,早期强度增长较快,5d时,粉煤灰地质聚合物的抗压强度可达到71.3MPa,5d后强度增长缓慢;对地质聚合物材料进行IR、XRD、SEM等分析表明,地质聚合物与原料粉煤灰在微观结构上并没有大的变化,地聚合物抗压强度的增长是由于样品内部发生聚合反应。     

偏高岭土地质聚合物的制备及其抗压强度研究

在采用偏高岭土碱激发制备地质聚合物的基础上,优化配合比,为制备出早期强度较高的地质聚合物。以NaOH和水玻璃为复合碱激发剂,研究水玻璃模数、碱当量、液固比以及养护条件对偏高岭土地质聚合物抗压强度的影响。试验结果表明,偏高岭土130g、水玻璃模数1.0、碱当量11%、液固比0.31、标准养护时,制备的偏高岭土地质聚合物3d抗压强度最高,达到53.7MPa。另外,在初始液固比为0.31时,不同模数下的地质聚合物强度都达到最佳。本文为偏高岭土地质聚合物的制备提供了有效的借鉴。     

赤泥基发泡地质聚合物的性能研究

拜耳法赤泥含有较多赤铁矿且活性较低，一定程度上限制了其资源化利用。将拜耳法赤泥、矿渣微粉和粉煤灰以5∶3∶2的质量比混合，以水玻璃和氢氧化钠为碱激发剂，硬脂酸钙为稳泡剂，双氧水为发泡剂，制备发泡地质聚合物。通过调节碱激发剂模数，探究其对赤泥基发泡地质聚合物表观密度、强度以及微观结构的影响。结果表明，随着碱激发剂模数的增加，发泡地质聚合物的表观密度呈先增加后降低的趋势，抗压强度逐渐下降。当碱激发剂模数为1.4时，发泡地质聚合物的28 d表观密度最低，为195.86 kg/m³;28 d抗压强度达到最高值，为0.55 MPa,对应比强度为2 821.12 N·m/kg。这说明碱激发剂模数为1.4时发泡地质聚合物兼顾轻质与高强的性能。     

碱激发冶炼铅渣-偏高岭土复合胶凝材料的制备及水化机理

为探究水玻璃碱激发条件下冶炼铅渣和偏高岭土基复合胶凝材料的力学性能,采用单因素试验与正交试验,研究冶炼铅渣球磨时间、碱当量、碱激发剂模数和偏高岭土与冶炼铅渣的质量比对复合胶凝材料力学性能的影响。利用XRD、SEM和FTIR对复合胶凝材料的水化机理进行综合分析。结果表明:以上因素对复合胶凝材料28 d抗压强度的影响顺序依次为碱激发剂模数、冶炼铅渣球磨时间、碱当量、偏高岭土与冶炼铅渣的质量比;当冶炼铅渣球磨时间为4 h,碱当量为6%(质量分数),碱激发剂模数为1.4,偏高岭土与冶炼铅渣的质量比为3∶7时,复合胶凝材料28 d抗压强度达56.18 MPa;偏高岭土能够促进冶炼铅渣水化,产生更多凝胶和网状结构的硅铝酸盐类晶体填充基体孔隙,对胶凝体系后期强度发展起到促进作用。     

碱激发矿渣/粉煤灰胶凝材料力学性能研究

采用矿渣、粉煤灰为原料,液体水玻璃、固体水玻璃、固体NaOH为激发剂,研究Na_2O掺量、模数、粉煤灰掺量、萘系减水剂掺量对矿渣/粉煤灰胶凝材料胶砂强度、凝结时间的影响。结果表明:液体水玻璃最佳Na_2O掺量6%、模数1.00,28d抗压强度63.0MPa、抗折强度12.2MPa;固体水玻璃最佳Na_2O掺量4%、模数0.50,28d抗压强度20.5MPa、抗折强度6.3MPa;随着萘系减水剂掺量的增加,胶凝材料的凝结时间增加,萘系减水剂掺量1.5%的初凝时间362min、终凝时间392min、间隔30min,缓凝效果显著。