高钙粉煤灰地质聚合物的制备及耐久性研究

以新疆某电厂高钙粉煤灰为原料,水玻璃为碱激发剂制备了高钙粉煤灰地质聚合物胶凝材料。研究了水玻璃掺量、水胶比、水玻璃模数等对高钙粉煤灰地质聚合物抗压强度的影响,并对制备的聚合物材料进行了耐久性研究。结果表明,以高钙粉煤灰为原料,水玻璃（模数为1.1）掺量为8%、水胶比0.37、标准养护条件下,制备的高钙粉煤灰地质聚合物3 d、7 d和28 d抗压强度值分别为23.0 MPa、33.3 MPa与51.7 MPa。对所制备的地质聚合物进行耐久性研究表明,高钙粉煤灰地质聚合物所有龄期抗压强度均优于42.5水泥胶砂的强度,同时120 d龄期时能够到达83.3 MPa的高强度。      

3D打印地聚合物层间黏结强度及力学各向异性研究

3D打印地聚合物是一种兼具资源化利用及智能建造的新型建筑材料,其试件各方向上的力学性能和层间的黏结强度是影响建筑可建造性和耐久性的重要因素。以粉煤灰、石英砂为主要原材料,无水硅酸钠为碱激发剂,矿粉为辅助性胶凝材料,硅酸镁铝为专用外加剂,制备了3D打印粉煤灰基地聚合物砂浆;在最适宜掺量和配比下,3D打印出粉煤灰基地聚合物3D打印试件,研究了其层间黏结强度与抗拉强度,并且通过力学性能及超声波速表征其力学各向异性性能。     

镍渣—粉煤灰基地质聚合物力学性能及耐久性能的研究

作为新型胶凝材料,地质聚合物应用前景广阔,而利用镍渣制备地质聚合物对实现固废综合利用有重要意义。通过硅酸钠和氢氧化钠复合碱溶液活化制备了镍渣—粉煤灰基地质聚合物,探讨了粉煤灰掺量对地质聚合物力学性能、抗冻性能、抗海水侵蚀性能的影响,并结合XRD、SEM及孔结构分析等手段阐明变化规律。结果表明:(1)粉煤灰的引入,提高了地质聚合物的强度;当粉煤灰掺量为10%时,力学性能最优,7、28 d抗压强度分别为37.2、42.5 MPa,相比空白组试样分别提高了21.97%和17.40%。(2)适量粉煤灰的掺入能够进一步降低地质聚合物在冻融循环、干湿循环中的抗压强度损失及质量损失。当掺入10%粉煤灰时,50次冻融循环后试样的抗压强度损失率、质量损失率分别为24.7%、14.9%,50次干湿循环后的抗压强度损失率为21.5%。(3)粉煤灰对碱激发的反应有益,增加了反应产物;同时,粉煤灰更小的颗粒粒径,对地质聚合物提供了更好的填充效应。研究结果可为镍渣—粉煤灰基地质聚合物的开发及相关耐久性能问题的探索提供参考。     

粉煤灰基地聚合物的制备及性能研究

以电厂废渣Ⅱ级低钙粉煤灰为原料,利用碱激发搅拌法制备了粉煤灰基地质聚合物。当水玻璃模数为1.2,nSi/nAl为1.96,养护温度为60℃时,强度最高为41.13 MPa,体积密度为1.66 g/cm3;水玻璃的模数、nSi/nAl、养护温度对地质聚合物的强度、体积密度影响较大,随着参数的增加,抗压强度都表现为先增加后降低的趋势;粉煤灰地质聚合物XRD谱图与原灰相比,在29.508°处出现非晶的漫散射宽峰,且莫来石、石英衍射峰降低,说明地质聚合反应已发生,形成一种“半晶态”物质。     

干粉激发煤矸石基地质聚合物的性能研究

将氢氧化钠与碳酸钙混合制备碱性干粉激发剂，并与煤矸石、粉煤灰混合制备地质聚合物胶凝材料，对碱性干粉激发剂特性，聚合物材料的凝结时间、吸水率、抗压强度等基本特性进行研究，并与采用氢氧化钠溶液激发剂的聚合物特性进行对比。结果表明：生成得到的聚合物的浓度与干粉激发剂中碳酸钙的量成反比；与采用氢氧化钠溶液激活的聚合物相比，采用干粉激发剂激发的聚合物凝结时间短、吸水率低、抗压强度高，说明干粉激发剂有独有优势。干粉激发聚合物的吸水率随水灰比的增加而增加，需注意控制水灰比；干粉激发聚合物抗压强度与干粉激发剂中的氢氧化钠浓度有关，氢氧化钠的浓度过高或过低都会导致抗压强度下降。     

硅钙渣复合地聚物水化机理研究

为实现硅钙渣、粉煤灰及矿渣三种固废的协同利用,本文通过开展不同粉煤灰、矿渣比(灰渣比)下的硅钙渣复合地聚物制备实验,对硅钙渣复合地聚物的水化机理进行了研究。结果表明,硅钙渣复合地聚物是由β-硅酸二钙自身水化和碱激发水化共同形成的一种以C—S—H和C(N)—A—S—H为主的二元复合胶凝材料;相较于晶相矿物,玻璃相矿物更易发生碱激发水化反应,导致灰渣比在0.5以上时7 d水化物中残存大量未反应的莫来石,但随养护时间的延长莫来石会继续进行水化,并在28 d时生成蠕虫状四方钠沸石和条状贝德石。同时在灰渣比为1.0时,硅钙渣地聚物微观形貌最均匀致密,28 d抗压强度最高,达到37.9 MPa,说明此时能够发挥出粉煤灰、矿渣、硅钙渣之间最佳的协同效应。     

干粉激发煤矸石基地质聚合物性能影响因素研究

为更方便、高效、安全地激发煤矸石的活性,制造出满足建筑需要的地质聚合物,用氢氧化钠与碳酸钙混合制备的碱性干粉激发剂替代氢氧化钠,对煤矸石、粉煤灰和标准砂进行处理,研究影响干粉激发煤矸石地质聚合物性能的因素,并与传统碱性溶液激发聚合物的特性进行了对比。结果表明：①升高养护温度、提高干粉激发剂中氢氧化钠的用量会加快地质聚合物的凝结和硬化速度。②养护温度升高可使试件的吸水率和抗压强度上升。③干粉激发剂中碳酸钙用量的增加会使地质聚合物试件的吸水率上升、抗压强度下降。④干粉激发剂中氢氧化钠用量为3%时,地质聚合物试件的吸水率最低、抗压强度最高。⑤无论从吸水率的角度还是从抗压强度的角度看,干粉激发剂的激发效果均好于氢氧化钠溶液。因此,干粉激发剂比氢氧化钠溶液更适合于激发煤矸石制备煤矸石基地质聚合物。     

全尾砂膏体充填粉煤灰活性效应研究

为降低膏体充填成本,提高粉煤灰利用率,以粉煤灰替代部分水泥作为膏体胶凝剂。通过化学方法激发粉煤灰活性,设计了激发剂选型实验和优化配比实验,研究了化学激发下掺粉煤灰膏体强度的变化规律,旨在解决掺粉煤灰膏体早期强度低的问题。结果表明:三乙醇胺、NaOH、CaO能有效提高粉煤灰活性,而Ca(OH)2、Na_2SO_4、CaSO_4·2H_2O和CaCl_2对粉煤灰活性激发效果不明显。不同龄期三乙醇胺的最佳掺量一致,为粉煤灰质量的1.2%;Na OH激发时掺粉煤灰膏体不同龄期的强度随其掺量增加不断提高,掺量超过3%时,强度增长速度逐渐降低;不同龄期的CaO最佳掺量不一致,3 d最佳掺量为4%、7 d为2%、14 d和28 d为6%,CaO激发膏体后期强度不显著。     

锚固工程早强型水泥浆液试验研究

选用氯化钠、硫酸钠、三乙醇胺、水玻璃、硅友、粉煤灰等价格比较低廉的水泥外加荆或填料,对锚固工程水泥浆液进行了改性研究．通过室内水泥浆液配制试验优选出水泥外加剂类型及加量比例,使普通硅酸盐水泥浆2～3d凝期的抗压强度提高50％～1009,5,以加快锚固工程施工速度．对于高铝水泥,通过掺入一定量的粉煤友,在浆液早期强度满足要求前提下,可达到降低工程成本之目的．     

粉煤灰基地质聚合物发泡材料的性能与微观结构

本研究以循环流化床粉煤灰(CFA)、水玻璃(WG)和氢氧化钠(NaOH)为原料,双氧水(H₂O₂)为化学发泡剂,制备粉煤灰基地质聚合物发泡材料。通过添加掺量(wt)3%～8%的H₂O₂发泡剂,测试发泡材料的发泡倍数、孔径分布、表观密度、宏观孔隙率和抗压强度等物理和力学性能,研究该体系的发泡驱动力与浆体阻力的平衡点和宏观孔结构对抗压强度的影响。结果表明:掺量(wt)5%是该体系发泡驱动力与浆体阻力的平衡点;当H₂O₂发泡剂掺量(wt)为5%时,发泡倍数、表观密度、宏观孔隙率和抗压强度分别为4.2倍、255 kg/m3、81.7%和0.65 MPa。不同的孔径分布对抗压强度的影响程度是不同的,其中孔径10～20μm的孔为关键因子,对抗压强度影响最大。     

粉煤灰粒径对地质聚合物孔结构及性能的影响

对原状粉煤灰进行分级处理,获得3种不同粒径特征(D50=5.02μm、D50=15.74μm、D50=35.32μm)的粉煤灰颗粒,并利用其制备地质聚合物,研究粉煤灰颗粒粒径对地质聚合物孔隙率、孔径分布、显微结构、抗压强度的影响,探讨了影响抗压强度的关键因素,建立了该体系抗压强度与孔隙率的关系式。结果表明:细化粉煤灰粒径可制备具有高强度、低孔隙率地质聚合物。利用粉煤灰细灰取代粗灰,促进了致密凝胶相的产生,凝胶孔孔隙率明显减小,试样总孔隙率由18.72%降至11.04%;细灰颗粒与铝硅酸盐凝胶结合良好,试样早期强度基本无变化,28 d强度提升明显,达到62.6 MPa。地质聚合物的抗压强度与孔隙率符合y=80.53e~(-2.32x)的指数关系。     

煅烧煤矸石粉掺合料制备及对混凝土性能影响

通过胶砂强度评价法,确定煅烧煤矸石粉掺合料最佳制备工艺条件为:煅烧温度750℃、恒温2 h、研磨3 min;在此基础上,研究煤矸石掺合料与其他掺合料复掺比例对混凝土工作性、抗压强度、抗冻性的影响。结果表明:煅烧煤矸石粉与矿粉或粉煤灰最佳复掺比例为3∶7,与粉煤灰复掺,混凝土塌落度值、7 d、28 d抗压强度高于与矿粉复掺。与粉煤灰复掺,冻融循环次数可达550次;与矿粉复掺,冻融循环次数达到500次。综合各项指标,煅烧煤矸石粉与粉煤灰的相容性优于与矿粉之间的相容性,二者复合使用,既能改善混凝土拌合物的工作性,又能保证混凝土强度。     

粉煤灰替代矿渣作为胶凝材料早期强度激发的研究

粉煤灰是热电厂排放的火山灰粉体废弃物,具有潜在活性通常用于水泥掺合料。但掺加粉煤灰的胶凝材料降低早期强度,导致粉煤灰掺加量受到很大限制。针对金川矿山充填采用棒磨砂充填料和水泥胶凝材料,开展了粉煤灰和矿渣微粉等复合胶凝材料早期强度激发剂试验。试验设计料浆浓度为78%,胶砂比为1:4。首先,采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝、亚硫酸钠等复合激发剂的正交设计,进行粉煤灰和矿渣微粉早期激发作用的材料配比试验;然后,采用DPS数据处理软件,建立充填体强度与激发剂材料掺量的回归方程,并通过优化决策确定激发剂最优配比。结果显示,由质量分数分别为5%的生石灰、17.5%的脱硫灰渣、3%的芒硝、1.5%的亚硫酸钠构成的复合激发剂,胶结充填体3d强度达到2.19MPa,大于金川矿山设计的1.5MPa强度要求。当采用20%的粉煤灰替代矿渣微粉时,3d强度达到1.504MPa,也满足金川矿山对充填体强度要求,且28d沉缩率仅为8.68%。由此可见,充分利用粉煤灰和矿渣微粉开发充填胶凝材料,不仅可以降低充填成本、提高采矿经济效益,而且还能够保护环境,实现绿色开采。     

Solidification and stabilization of Pb, Zn, Cd and Cu in tailing wastes using cement and fly ash

Three types of acidic solution (0.1 N HCl, HNO₃---HClO₄ and HNO₃---HCl) were applied to determine the elemental compositions for tailing wastes and fly ash. In addition, a sequential extraction was carried out to determine the chemical partitioning. The curing period of the solidified/stabilized (S/S) materials was estimated for its unconfined compressive strength (UCS) at three, seven and 28 days in order to learn the mixing ratio of cement, tailing wastes and fly ash, respectively. To obtain the highest strength, the optimum mixing ratio was considered to be 85% tailing wastes and 10% fly ash (TW5FA10).     

Silica-alumina molar ratio and some factors effect on the synthesis of zeolites from fly ash

In order to improve the activity and eliminate some impurities, pretreatment was used before hydrothermal synthesis. The fly ash was mixed with an aqueous NaOH solution, the alkali melted fly ash was also adopted, which is hydrothermally treated at about 104 °C, and the liquid/solid ratio was controlled at 6:1. In order to control Si/Al molar ratio, SiO₂ or Al₂O₃ powers were added to the fly ash. The results of XRD and SEM show that the alkali melted can activate fly ash and eliminate its quartz and mullite, along with the improvement of Si/Al molar ratio and alkalinity. In addition, zeolite Na-A changes into sodalite gradually, and nepheline is the synthesized intermediate product. Those results were discussed on the basis of a formation mechanism of zeolite from fly ash.     

掺超细循环流化床粉煤灰的水泥性能试验研究

通过对新拌水泥浆体的流变特性和水泥胶砂强度的测定,结合MIP与SEM等微观测试手段,研究了超细循环流化床粉煤灰(UCFA)对不同掺量循环流化床粉煤灰(CFA)水泥物理性能和力学性能的影响。结果表明:单掺CFA水泥的需水量较大,流动性差,强度下降明显;而用5%UCFA(最佳掺量)部分替代CFA,相比于单掺CFA水泥,需水量相应减少,流动度增加,水泥浆体的屈服应力τ₀和塑性黏度η值均有所减小,浆体的工作性能得到明显改善。30%粉煤灰掺量的水泥3 d强度提高6%;60%粉煤灰掺量的水泥28 d强度提高5%,达到32.5等级水泥要求;UCFA的掺入能够促进CFA水泥生成更多的钙矾石和C-S-H凝胶,改善硬化水泥浆体的孔隙结构,提高水泥强度。     

碱激发赤泥基可控低强度材料的制备与性能研究

以赤泥、粉煤灰以及矿粉为原材料,NaOH为激发剂、聚羧酸减水剂为分散剂制备了可控低强度材料,研究了不同赤泥、粉煤灰配比下材料的工作性能和力学性能。当赤泥与粉煤灰的质量比为2∶1、矿粉的掺量为10%,Na OH掺量为1.5%时,拌合物流动度最高为236 mm,试件28 d的无侧限抗压强度最大为6.5 MPa,满足可控低强度材料的规范要求。利用XRD、FTIR、SEM探究了可控低强度材料的矿物组成、微观结构,结果发现赤泥、粉煤灰以及矿粉在Na OH作用下水化形成了C—S—H、钙矾石(AFt)以及少量水化硫铁酸钙、C4AF;材料的强度发展与水化产物的絮状、蜂窝状以及片状结构密切相关。研究结果为工业固废在可控低强度材料领域的规模化应用提供了新的技术途径。     

碱激发高炉矿渣-粉煤灰制备充填胶凝材料

以河南某材料公司的高炉矿渣和粉煤灰为原料,NaOH溶液为碱激发剂,对山东某金属矿山的尾砂进行胶结充填体强度试验。结果表明,在高炉矿渣与粉煤灰的质量比为4,NaOH浓度为8 mol/L,液固质量比为0.5情况下,充填材料试件3 d、28 d的抗压强度分别为2.12和6.84 MPa,满足充填要求。SEM分析表明,高炉矿渣和粉煤灰在碱激发后生成大量的凝胶相,是充填材料试件产生强度的主要原因;XRD和FTIR分析表明,碱激发材料中出现了水化硅酸钙的晶相峰,Si（Al）-O-Si在碱激发作用下发生解聚后又重新聚合形成［SiO₄］,以及碱激发后的材料体系吸收空气中的CO2生成碳酸盐矿物,是净浆试件强度的主要来源。     

激发剂的性质对页岩提钒尾渣基地聚物性能的影响

为研究地聚物的弱碱性激发技术,以湖北某地的页岩提钒尾渣为原料,进行了地聚物碱激发研究。主要研究了不同偏高岭土掺量、激发剂模数和激发剂用量对地聚物抗压强度的影响。最终确定在m（提钒尾渣）:m（偏高岭土）=9:1,弱碱性激发剂Na₂SiO₃的模数为3.0,Na₂SiO₃的掺量为14%的激发制度下,地聚物试样3 d的抗压强度即可达到27.55 MPa,极大地提高了地聚物的抗压性能。对不同模数的硅酸钠下制备的地聚物进行物相转变、化学键变化和微观形貌分析,发现在液体硅酸钠的作用下,页岩提钒尾渣中的石英被进一步溶解;溶解的无定形硅铝物质与液体硅酸钠中的硅酸根反应逐渐生成硅铝凝胶相;液体硅酸钠中的硅酸根起一个诱导作用,液体硅酸钠的模数越高,其硅酸根含量越高,与页岩提钒尾渣中的无定形硅铝物质反应也越迅速,从而生成更多的硅铝凝胶相,促进了地聚物抗压强度的提高,实现了地聚物的安全制备。      

地质聚合物的制备及其在尾矿免烧制品中的应用

采用钢渣和粉煤灰作为原料,加入一定量的碱激发剂,制备出了一种较高强度的地质聚合物胶凝材料。当钢渣与粉煤灰比值为1∶1时,加入10%、模数为1的水玻璃,3d强度为29.20MPa,28d强度可达53.71MPa。并以其作为胶凝材料,以铁矿尾矿粉作为骨料,试制了一种钢渣粉煤灰基地质聚合物胶凝尾矿免烧制品。当尾矿加入量为50%或55%时,各个样品的3d强度均在10MPa以上,最高可达16.24MPa,28d强度均在15MPa以上,最高可达23.43MPa。本文还对胶凝聚合反应机理进行了初步探讨。