钙对地聚合物微观结构和性能影响的研究进展

地聚合物同时具备有机高分子材料、陶瓷材料和水泥材料的优异性能,并且具有制备能耗和碳排放低、原料来源广泛、固废消纳量大等优势。因此它近年来迅速成为无机胶凝材料领域的研究热点。当地聚合物体系中引入钙组分后,主要胶凝相的相互作用过程可能变得更加复杂,地聚合物的微观结构和主要宏观性能也会受到较大影响。综述了含钙地聚合物的研究进展,对于钙组分的引入方式,以及钙组分对地聚合物微结构和性能(包括凝结时间、抗压强度、固化/稳定化重金属性能、抗化学侵蚀性能、碱集料反应、热稳定性、抗泛霜能力等)的影响规律和作用机制进行概括分析,以期为含钙地聚合物的性能调控和应用研究提供技术参考。     

用于地聚合物的粉煤灰活性评价研究

由于粉煤灰的非均质性,很难直接预测粉煤灰的活性.本实验研究了不同粉煤灰在不同时间、温度和碱浓度条件下的浸出过程(先将粉煤灰在碱液中溶解,再将其残留物在酸溶液中解离).通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)和化学分析表明,温度、反应时间和碱浓度都会影响粉煤灰的溶解速率和浸出含量.粉煤灰中浸出的反应性n(Si)/n(Al)为2.3～2.7,粉煤灰中硅和铝的总浸出量与成型用其制备的地聚合物强度呈正相关.另外,可发现建立在硅酸盐水泥体系上的粉煤灰活性评价体系并不完全适用于地聚合物体系.通过XRD、FTIR和SEM分析可发现,粉煤灰由反应性材料和惰性材料组成,而活性物质在地聚合过程中迅速溶解,酸完全解离在地聚合过程中生成的凝胶,浸出过程更能准确表征粉煤灰中反应性物质的含量.碱溶解?酸解离法可定量估算粉煤灰的反应物含量和反应性n(Si)/n(Al),并简单预测用于地聚合物体系的粉煤灰的潜在反应活性,还可指导粉煤灰地聚合物的配比设计.     

建筑垃圾—矿渣地聚合物材料的制备及性能

以建筑垃圾、矿渣为原料,以硅酸钠为碱激发剂制备地聚合物材料,考察硅酸钠模数、建筑垃圾/矿渣重量比、水胶比及硅酸钠用量等因素对地聚合物初凝时间、抗压强度和抗折强度的影响规律。结果显示:当硅酸钠模数为1.0,建筑垃圾/矿渣重量比为0.5,水胶比为0.26,硅酸钠用量为10%时,地聚合物综合性能最佳:初凝时间65min;7d(28d)抗压强度33.3MPa(45.6MPa);7d(28d)抗折强度6.0MPa(4.5MPa)。SEM分析显示建筑垃圾包覆在地聚合物材料中,界面结合紧密。     

赤泥-偏高岭土地聚物的制备及水化机理研究

以不同配比的赤泥、偏高岭土为原料,制备赤泥-偏高岭土地聚物样品,研究不同配比对地聚物性能的影响,探讨赤泥-偏高岭土地聚物的水化机理。结果表明:用回收铁的赤泥制备赤泥-偏高岭土地聚合物是可行的,养护7 d的抗压强度可达到67.1 MPa,吸水率、容积密度分别为1.897 kg/m2和1 073.1 kg/m3,水玻璃模数为1.5;水化机理研究显示,添加赤泥制备的地聚物与空白对照组的水化机理相同,添加赤泥可使地聚合物的水化加快,养护7 d的水化程度比空白对照组的大。     

地聚合物胶凝材料的性能研究

在以往对地聚合物胶凝材料的研究中,碱性激发剂的制备都需要经过24h或者更长时间的陈化,这不利于地聚合物的实际应用.以偏高岭土和粉煤灰为硅铝酸盐材料,采用不经过陈化的双组分作碱性激发剂制备地聚合物胶凝材料.研究了激发剂的掺加方式、种类、含量以及粉煤灰对地聚合物胶凝材料力学性能的影响;初步研究了地聚合物的抗硫酸盐侵蚀性能以及耐高温性能.结果表明:不经过陈化的双组分作碱性激发剂制备的地聚合物3天抗压强度可以达到45MPa,抗硫酸盐侵蚀及耐高温性能比普通硅酸盐水泥更为优异,是一种值得关注的新型胶凝材料.     

TiO_2-煤系高岭土纳米复合物的制备及其吸附性能

为改性煤系高岭土,以原矿煤系高岭土和硫酸钛为原料,采用水热法合成TiO_2-煤系高岭土纳米复合物,并研究其对有机染料的吸附性能。结果表明,当染料质量浓度为100 mg/L、吸附液体积为20mL、吸附剂用量为50mg、吸附时间为60min、溶液pH=12时,TiO_2-煤系高岭土纳米复合物对阳离子型染料次甲基蓝的吸附率达到95. 5%,对阴离子型染料刚果红在中性条件下的吸附率达到98. 0%,分别比原矿提高30%和24%;复合物对2种染料的吸附均符合准二级吸附动力学模型,同时也符合Langmuir吸附等温式,属于单分子层吸附。     

交流电养护对偏高岭土基地聚合物组成、结构和性能的影响

本研究以偏高岭土为主要硅铝原材料,通过添加碳纤维来提高固化效率和导电性能,得到了不同交流电压养护2 h后的地聚合物抗压强度以及试样内部温度的变化规律,并通过扫描电镜(SEM)、压汞法(MIP)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段研究了其电养护机理。结果表明：随着交流电压的增大,地聚合物试样内部温度峰值增高,峰值到达时间减小,抗压强度增大;交流电压为5 V时抗压强度达到45 MPa,与常温养护相比增加了36%,与同时间烘箱养护相比增加了32%。随着交流电压的增大,凝胶结构致密,孔隙较小,碳纤维与凝胶界面之间粘接很好;Si—O—Si键和Si—O—Al键不对称拉伸和振动,波长向低方向移动导致抗压强度升高。     

壳聚糖改性地聚合物的力学及吸附性能

采用壳聚糖增韧改性矿渣基地聚合物,研究了壳聚糖掺量对矿渣基地聚合物强度与弯曲韧性、吸附重金属离子性能的影响规律,采用FTIR、NMR、SEM及EDS等测试手段揭示了壳聚糖对矿渣基地聚合物的改性机制。结果表明,与空白样相比,壳聚糖掺量（与矿粉质量比）为2%的矿渣基地聚合物28天弯曲韧性系数提高497.22%,对Pb2+、Cr3+的吸附效率分别提高68.89%、81.45%。壳聚糖在分子层面（C—O—Si键的形成及[SiO₄]聚合度的降低）及亚微观层面（三维互穿网络结构的形成）对矿渣基地聚合物进行增韧改性。壳聚糖自身较高的吸附性及低Ca/Si比C—S—H凝胶数量的增加,是矿渣基地聚合物吸附性能显著提升的关键。      

聚丙烯/改性煤系高岭土复合材料的制备与性能

煤系高岭土经过硅烷偶联剂表面改性后,与聚丙烯(PP)树脂熔融共混制备出聚丙烯/改性煤系高岭土复合材料。通过X射线衍射、红外光谱、力学性能和扫描电镜分析,研究了改性煤系高岭土的填充量对复合材料力学性能的影响。结果表明,利用硅烷偶联剂可以实现煤系高岭土的表面改性。改性煤系高岭土填充量为3%时,复合材料具有最佳的冲击韧性。填充量为5%时,复合材料的断裂伸长率达到最大值。随着改性煤系高岭土填充量的增加,复合材料的弯曲强度和弯曲模量逐渐增大,填充量为10%时,二者比纯PP分别提高14.5%和27.5%。     

稻壳灰对地聚合物混凝土收缩开裂性能的影响

地聚合物混凝土制品的体积收缩严重,影响其在建筑工程中的推广应用。为提高体积安定性,在粉煤灰-矿渣地聚合物混凝土中掺入吸水性较强的稻壳灰颗粒,研究稻壳灰对混凝土强度发展和收缩行为的影响。采用BET氮吸附法和扫描电子显微镜(SEM)表征硬化体的微观结构。结果表明,稻壳灰在地聚合物中的反应活性较高,可有效加速碱激发反应进程,提高地聚合物混凝土的抗压强度,同时可有效改善自收缩和干燥收缩。掺入30%稻壳灰的混凝土的自收缩和干燥收缩分别为56.2μm/m和447.9μm/m,相较于未掺稻壳灰的试样,自收缩和干燥收缩减缩率分别为62.4%和48.0%。干燥的稻壳灰颗粒可吸附液体碱激发剂中的水分,有助于保持基体内的相对湿度。此外,掺入稻壳灰还有助于硬化体结构的致密化,降低毛细孔所占比重,抑制裂纹扩展。     

养护温度对核防护用地聚合物早期强度影响研究

分析了养护温度、养护时间及砂子种类对核防护用地聚合物强度性能的影响,并进行了一系列的温度响应实验,实验结果表明,养护温度对核防护用地聚合物的早期强度影响巨大,温度越高,早期强度越高,强度提升越快;发现养护温度对养护时间6.5小时以上地聚合物样品的影响不大,且不能改变地聚合物的最终强度;掺合湖北砂的地聚合物样品强度最高,性能最好。     

同一硫酸盐环境下地聚物混凝土与普通混凝土的耐蚀性能及机理分析

实验采用国家标准GB/T 50082-2009中推荐的混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法,将粉煤灰基地聚物混凝土(FGC)和普通混凝土(PCC)试样置于质量分数为5%的硫酸钠溶液中进行干湿循环侵蚀实验。以试样侵蚀后的结构形态变化、抗压强度损失、质量体积变化、动弹性模量变化为评价指标,并借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等分析手段对FGC与PCC在同一硫酸盐侵蚀环境中的耐蚀性能、损伤机理以及两者间的相互影响进行了研究与分析。结果显示,随着侵蚀周期的增长两种混凝土的抗压强度和体积均表现出先降低后上升的趋势;二者的最大质量变化率均较小,FGC为0.3%,PCC为0.6%;二者的动弹性模量变化均较为复杂。微观观测发现影响FGC和PCC结构形态的关键物质分别是粉煤灰颗粒与膨胀性产物。化学分析表明FGC与PCC间产生相互影响的原因是材料各组分在侵蚀液中的溶解与渗透。     

提高磷酸钙骨水泥抗压强度的方法及相关机理

抗压强度是评价骨填充材料性能优劣的主要因素之一。作为骨填充材料的磷酸钙骨水泥(CPC),较低的抗压强度限制了其应用。为拓展CPC的应用范围,研究者们采用多种方法提高其抗压强度,如增强CPC颗粒之间的键接,改变晶体微观形貌、结晶度、孔隙率、孔隙特征等。就各种提高CPC抗压强度的方法及相关机理进行综述。     

增进粉煤灰基地聚合物强度的两种方法比较

研究了粒化高炉矿渣(GGBFS)作为粉煤灰基地聚合物外加剂的可行性.GGBFS的掺量为4%,将其抗压强度结果和增进机理与氟硅酸钠作为外加剂的结果进行了对比.测试结果表明,外加剂GGBFS和Na2SiF6的掺入都可以提高粉煤灰基地聚合物的抗压强度,其中4%GGBFS掺入后粉煤灰基地聚合物在30℃下养护14天的抗压强度可以提高19MPa以上,而10%Na2SiF6掺入仅提高10MPa以上.采用X射线衍射分析(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和压汞测孔技术(MIP)研究了两种外加剂对粉煤灰基地聚合物抗压强度的增进机理.研究结果表明,GG-BFS的掺入可以产生更多的无定形产物,增加胶凝材料的数量,并且能细化其孔隙,减少孔隙率,从而提高粉煤灰基地聚合物的强度.     

以煤矸石为硅铝质原料制备水泥熟料的试验研究

为探索以煤矸石为硅铝质原料制备水泥熟料的热工工艺和合理配方,选取不同配方配制8种水泥生料,在实验室进行不同温度下煅烧水泥熟料的试验研究。对熟料样品进行了f-CaO质量分数测定和矿物组成分析,并对水泥凝结时间、抗压强度、水化放热进行了测试,结果表明:以煤矸石为硅铝质原料制备水泥熟料时,石灰饱和系数KH=0.89~0.95、铝率IM=1.2~1.6、硅率SM=2.1~2.6的范围内配制的水泥生料易烧性较好,适宜的煅烧温度为1400~1450℃。制备的水泥72h水化放热量低于PⅡ42.5型硅酸盐水泥。当熟料理论率值KH=0.95,IM=1.55,SM=2.55时,制备的水泥净浆3d抗压强度为45.3 MPa,28d抗压强度为95.3 MPa。     

含砷废渣水泥固化/稳定化技术研究进展

含砷废渣作为一种持久性污染物被广泛关注,固化/稳定化技术是治理含砷废渣的一种行之有效的途径。对硅酸盐水泥基胶凝材料固砷效果以及其固化机理等方面的研究进行了综述,水泥水化过程中产生的大量Ca(OH)_2与可溶性砷酸盐反应生成较为稳定的砷酸钙盐,降低砷的浸出浓度,从而实现砷的有效固化,但其存在污染物包容量小、耐久性差等缺点。本课题组提出了利用地聚物水泥(地聚物材料)固化含砷废渣,通过在地聚物材料水化聚合过程中,以同晶取代的方式实现AsO43-与SiO_4~(4-)、AlO_4~(5-)之间的化学键合,并辅以地聚物材料的高强、耐久性好的优良特性,利用地聚物材料固化含砷废渣实现砷的大容量、持久性地安全稳定固封。     

玉米秸秆灰柠檬酸改性处理对水泥基材料主要理化性能的影响

中国是农业大国,每年都会产生大量的玉米秸秆,亟需提高其综合利用率。玉米秸秆焚烧后的残渣具有潜在的火山灰活性,可望改善混凝土的性能。然而,玉米秸秆灰含有一定的杂质,不利于混凝土的相关性能,需要进行改性处理。为了减少杂质的影响,对玉米秸秆灰进行柠檬酸浸泡处理,对比分析了原状玉米秸秆灰和酸浸玉米秸秆灰在水泥基材料中的作用机制。结果表明：采用柠檬酸改性技术可以有效地减少玉米秸秆灰中的杂质,并能够提高水泥基材料的强度。随着玉米秸秆灰掺量的增加,试样基体的水化硅酸钙峰值面积先增大后降低,而界面过渡区处水化硅酸钙的Ca/Si摩尔比则先减小后增大。同时,试样的孔隙率不断增大,抗压强度则先增大后降低。当玉米秸秆灰掺量为15wt%时,水泥基材料的强度达到最大。与掺入原状玉米秸秆灰的试样相比,掺入酸浸玉米秸秆灰试样基体的水化硅酸钙峰值面积更大,而界面过渡区处水化硅酸钙的Ca/Si摩尔比下降了15.25%~26.72%。另外,试样的最可几孔径更小,抗压强度提高了2.53%~12.86%。本文可降低玉米秸秆灰杂质对混凝土相关性能的不利影响,并为玉米秸秆灰在混凝土中的应用提供了理论基础。