大掺量粉煤灰早期活性激发及其作用机理

针对水泥基材料中大掺量粉煤灰早期激发效率低的问题,本文选取不同品种化学试剂以单掺、双掺的形式获得6种不同类型的激发剂,通过宏微观系列试验相结合的方法,确定激发剂的种类、掺量、复掺的最佳比例和粉煤灰激发要求的最低pH;并通过X-射线衍射法(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、微区能谱分析(EDS)、热重分析(TG)和氮气吸附测试(BET)探明激发剂的激发时效和激发机理。结果表明:Ca(OH)_2是粉煤灰水化的前提条件,双掺激发优于单掺,其最佳组合为Ca(OH)_2+Na_2SiO_3,比例为3∶1,最佳掺量为3%;粉煤灰掺量为50%时,单掺Ca(OH)_2和复掺激发剂的作用时效分别为7 d和3 d,维持粉煤灰-水泥体系能够反应的最低pH值是13.11; Ca(OH)_2+Na_2SiO_3激发剂既促进了水泥的水化又激发了粉煤灰早期活化,使粉煤灰结构在钠-钙-硫共同作用下快速裂解、水化,提高了粉煤灰-水泥的早期强度。     

激发剂对发泡水泥制备与性能的影响

以快硬硫铝酸盐水泥作为胶凝材料,绝干密度为200 kg/m3的发泡水泥为对象,研究激发剂对发泡速度、发泡倍数和制品强度的影响.结果显示,随着激发剂掺量的增加,发泡速度呈现阶段性变化,并显著增加,但发泡倍数不发生改变.激发剂能够明显提高发泡水泥的抗压强度和抗折强度,其中当激发剂的掺量为0.5％时,发泡总时间为10 min,28 d的抗压强度增大43％,抗折强度增大13％,垂直表面的拉伸强度增大3％.     

激发剂在尾矿固化中的应用研究

以采用工业粉状废物为主要原料配制的无水泥固结剂对细粒铁尾矿膏体进行固化处理,以三乙醇胺、氯化钙、水玻璃为激发剂来提高固结剂的活性,重点研究这3种激发剂在单掺或复掺时对固结体抗压强度的影响。结果表明,激发剂单掺时,水玻璃的激发效果要明显优于三乙醇胺和氯化钙,水玻璃掺量为0．75％时,其激发效果最好,固结体7 d抗压强度比不掺激发剂时提高了29％;水玻璃与三乙醇胺复掺时的激发效果最优,当水玻璃掺量为0．75％、三乙醇胺掺量为0．035％时,固结体7d抗压强度达到1．4MPa,比单掺水玻璃时提高了16％。     

无熟料高炉矿渣水泥的物料配比与性能的关系

研究了Ca（OH）2、硬石膏及少量可溶性钙盐（甲酸钙、乙酸钙等）复合对高炉矿渣活性的激发作用及物料配比与性能的关系。结果表明：Ca（OH）2与硬石膏复合对矿渣活性有一定的激发效果,可溶性钙盐的加入降低了水泥的pH值,进一步激发了矿渣的活性,乙酸钙（Ca（CH2COOH）2）的激发效果好于甲酸钙（Ca（COOH）2）;在矿渣掺量为80％,Ca（OH）2掺量15％,硬石膏掺量5％,外加1．0％Ca（CH2COOH）2生产出的无熟料水泥28d抗压强度达54．6MPa;Ca（COOH）2与硬石膏促进高炉矿渣水化的主要水化产物为钙矾石和C—S—H凝胶。     

Ca(OH)_2和CaSO_4·2H_2O对粉煤灰水泥强度的影响

研究了外掺 Ca(OH)_2和 CaSO_4·2H_2O 对粉煤灰水泥强度的影响,并根据 X-射线定量、热分析和扫描电镜观察以及三甲基硅烷化试验结果进行解释。外掺 Ca(OH)_2降低粉煤灰水泥早期强度。虽然它可稍提高粉煤灰的反应率,但其反应率很低,除掺入量为5%者外,90天龄期的强度均稍低于未掺者。掺 CaSO_4·2H_2O 也使粉煤灰水泥早期强度降低,但掺量为2和4%者赶上不掺CaSO_4·2H_2O 的 4-28天强度所有掺 CaSO_4·2H_2O 的强度都超过90天龄期的未掺者。外掺的 CaSO_4·2H_2O 在28天内耗尽,由于生成钙矾石填充毛细孔空间而使结构致密后期强度提高。在采用相同体积水固比的情况下,无论掺还是不掺 Ca(OH)_2和 CaSO_4·2H_2O的粉煤灰水泥,其90天强度均低于纯波特兰水泥。在采用相同重量水固比时,后期强度赶上和超过波特兰水泥,不完全是粉煤灰的火山灰反应和形成钙矾石的结果,另一重要原因是粉煤灰和 Ca(OH)_2以及 CaSO_4·2H_2O 的比重小而使浆体初始总孔隙率低。三甲基硅烷化试验结果表明,粉煤灰中的 SiO_2主要以多聚物形式存在,单聚物只占8%左右,这可能是粉煤灰活性低的原因之一。外掺 Ca(OH)_2和 CaSO_4·2H_2O 的粉煤灰水泥浆体,60天龄期的单聚物减少而三聚以上的多聚物增多。     

Ca(OH)2对低掺量水泥土的强度影响

用低掺量水泥加固3种不同的土进行室内试验研究,测试了不同Ca(OH)2掺量及不同龄期下3种水泥土的无侧限抗压强度。分析了随Ca(OH)2掺量的增加,不同龄期的3种水泥土无侧限抗压强度变化规律及原因。试验结果表明:水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显,粉质粘土次之,砂土最弱。分析原因是由于土体的细度对水泥土强度影响较大。土体越细,土体中粘土矿物越多,Ca(OH)2掺量的增加促进了更多的离子交换作用和火山灰作用的发生,从而提高了水泥土强度。试验所用的3种土中红粘土最细,所以水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显。     

膨润土对硅酸盐水泥水化硬化的影响

研究了膨润土的种类和掺量对水泥硬化浆体抗压强度、Ca(OH)2含量、微观孔结构分布和对硬化浆体的水化形貌的影响。结果表明:掺钠基膨润土的水泥浆体抗压强度高于掺钙基膨润土的水泥浆体抗压强度。提高膨润土掺量,抗压强度和Ca(OH)2含量均降低;膨润土的种类和掺量对硬化水泥浆体的孔结构分布和形貌也有明显的影响。     

碱当量对铜渣基透水混凝土性能的影响

以磨细铜渣为活性材料、水玻璃为激发剂、偏高岭土为掺和料、玄武岩为骨料,研究了铜渣基透水混凝土的性能。调整激发剂的碱当量,按照体积法配制不同碱当量的铜渣基透水混凝土,分别对试样进行单轴抗压强度、透水系数和连续孔隙率测试。当碱当量为4%～10%时,铜渣基透水混凝土的连续孔隙率和透水系数随着碱当量的增加而减小,透水性能满足规范要求;相反,试样的单轴抗压强度随着碱当量的增加而增加,28 d最大抗压强度达到10.01 MPa。     

掺硫酸渣粉水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能

通过测定以0(参照样)、10%、20%、30%掺量的硫酸渣粉代替水泥制成的砂浆试件,在不同硫酸盐溶液环境中的抗蚀系数,并借助XRD测定水泥基内部主要化学成分,以探究硫酸盐对水泥基材料的侵蚀规律.试验结果表明:细小的硫酸渣粉可有效改善水泥石的孔结构,减缓硫酸根离子的侵蚀速率,并且与空白样对比,掺有硫酸渣粉的砂浆试件内部的Ca(OH)_2和石膏的量有所减少,表明硫酸渣粉与水泥水化产物Ca(OH)_2发生了化学反应,降低了水泥石的易蚀成分.不同比例硫酸渣粉的引入,并未提高水泥砂浆的抗压强度,但在一定程度上,改善了水泥材料的抗蚀性能.     

赤泥复合激发剂对粉煤灰的激发作用

目的以赤泥为主体成分,研制一种粉煤灰早期强度激发剂.方法先用赤泥单独激发粉煤灰早期强度,后使用赤泥与石灰、石膏复合激发.通过测定试块3 d、7 d和28 d抗压强度来评定激发效果.结果表明随着赤泥掺量的增加,各个龄期抗压强度都有升高.赤泥与石膏、赤泥与石灰复合后,抗压强度相对于赤泥单独激发有了明显提高.结论赤泥掺量为10%时,强度最大,而赤泥＋石灰掺量为6%时强度最高,赤泥＋石膏激发与赤泥＋石灰＋石膏掺量均在8%时强度最大.     

化学激发剂对废弃粗粉煤灰火山灰活性的影响

通过研究不同化学激发剂对废弃粗粉煤灰-水泥系统的强度发展、水化程度、水化产物等的影响，发现掺入Na2SO4和K2SO4可以大幅提高废弃粗粉煤灰-水泥系统在早期和晚期的抗压强度，而掺入CaCl2和Ca(OH)2的效果则不明显，X射线衍射的测试结果也证明了这一点。由此说明化学激发废弃粗粉煤灰的火山灰活性重点在于提高系统的pH值。另外，水化程度测试的结果显示，化学激发剂对粗粉煤灰的促进作用主要集中在28d以前。     

碱-激发再生胶凝材料的研究

将废弃混凝土中的水泥浆经过破碎、筛分分离出来,再经过球磨、筛分得到水泥浆体粉末,再将水泥浆体粉末经过800℃煅烧得到再生胶凝材料.根据再生胶凝材料的性质选择了Na2SO4、CaSO4、Ca(HCO3)2和Na2SiO4为激发剂的研究对象,进行标准水泥胶砂强度试验.试验结果表明,掺量为2.5%的Na2SO4对再生胶凝材料具有良好的激发效果.     

不同系列碱矿渣水泥的对比研究

为全面了解不同系列碱矿渣水泥的一些基本性能,探索不同系列碱矿渣水泥基本性能之间的异同,以氢氧化钠、水玻璃、碳酸钠、硫酸钠为激发剂,通过变换每种激发剂的掺量及模数激发矿粉制得相应的碱矿渣水泥,同时以抗压强度、强碱比、抗压强度增长率为研究对象,对比分析4种碱矿渣水泥的特点,并与P.O 42.5做对比。结果表明:(1)从整体上而言,抗压强度从大到小的顺序为水玻璃体系、氢氧化钠体系、P.O 42.5水泥、碳酸钠体系、硫酸钠体系;(2)其强碱比从大到小的顺序为水玻璃体系、氢氧化钠体系、碳酸钠体系、硫酸钠体系;(3)与P.O42.5相比而言,氢氧化钠体系和水玻璃体系的碱矿渣水泥具有抗压强度早期增长快,后期还有较大幅度增长的优点,碳酸钠体系和硫酸钠体系的碱矿渣水泥则与碱掺量有关,碱掺量越大,其早期强度增长越快,但相应后期强度增幅就越小。     

用碱式硫酸盐激发废弃粗粉煤灰的研究

通过研究碱式硫酸盐对废弃粗粉煤灰一水泥系统的强度发展、水化程度及样品孔隙率等的影响，发现掺入Na2SO4和K2SO4可以大幅提高废弃粗粉煤灰一水泥系统在早期和晚期的抗压强度，在试验条件下，掺Na2SO4的最佳掺量为总重量的6％,K2S04的最佳掺量为总重量的4％，这些最优掺量都与激发剂的溶解度有关。抗压强度的结果显示，在养护后期Na2SO4对强度发展的促进作用要优于K2SO4。水化程度测试的结果则表明，在早期碱式硫酸盐作用下大量溶解的废弃粗粉煤灰中的活性成分，要在后期才能够完全参与火山灰反应。     

基于碱激发下精炼钢渣水稳基层材料制备及性能

为解决精炼钢渣的无害化和资源化利用问题,以精炼钢渣为研究对象,针对其颗粒偏细、低活性、存在六价铬等重金属成分及在公路应用中易于开裂等特点,研发专用碱激发剂制备低收缩抗裂钢渣路面基层材料,通过室内试验测试其力学性能并验证其安全性。结果表明：水泥稳定钢渣混合料中水泥的最佳掺量为8%; 3%激发剂掺量(NaOH碱激发组)、水泥掺量8%的水泥稳定钢渣路面基层材料7 d无侧限抗压强度达到6.19 MPa,弯拉强度及劈裂强度也分别达到2.13和0.93 MPa,均满足规范要求,且其干缩稳定性也明显优于未添加激发剂的水泥稳定精炼钢渣试件;激发剂对钢渣安全性也有改善效果,可显著降低水泥稳定钢渣浸出试验中的重金属析出量。     

中热水泥-粉煤灰体系的贫钙问题

为了提高水工大体积混凝土中的粉煤灰掺量,研究了中热水泥 粉煤灰体系的贫钙问题.通过抗折和抗压强度试验研究了粉煤灰掺量对中热水泥-粉煤灰体系的强度的影响，通过水化率测定和XRD分析研究了中热水泥-粉煤灰体系的水化特性.结果表明：在强度实验中，粉煤灰存在一个允许掺量，这个掺量随着养护龄期的增长而提高0.3 d和28 d时，允许掺量小于10%， 而在3.5a时，允许掺量高达65%以上；体系中粉煤灰的水化速率很慢，粉煤灰明显降低了体系中的Ca(OH)₂，随着粉煤灰掺量增加和龄期延长，Ca(OH)₂减少.在中热水泥-粉煤灰体系中并不存在贫钙问题.     

复合白云石表面链状纳米CaCO_3的制备

在Ca(OH)_2-H_2O-CO_2反应体系中,根据非均匀成核原理,通过调整体系反应温度、Ca(OH)_2浓度、ZnSO_4添加量等反应参数,控制在白云石颗粒表面生成具有链状结构的纳米Ca-CO_包覆层.利用SEM,XRD等检测表征手段,分析了不同反应参数对纳米CaCO_3晶形的影响.结果表明:当反应温度为25℃,ZnSO_4加入量为Ca(OH)_2的4%,Ca(OH)_2浓度为0.3mol/L时,在白云石颗粒表面生成了长径比为7:1的链状纳米CaCO_3.提高体系的反应浓度能够减少ZnSO_4的加入量.     

碱激发粉煤灰水泥再生沥青混凝土性能研究

通过无侧限抗压强度、劈裂强度(删除劈裂强度)、水稳定性、弹性模量以及扫描电镜测试,研究了NaOH激发水泥-粉煤灰(C-FA)胶凝材料对再生沥青混凝土性能的影响.研究表明:NaOH激发粉煤灰水泥胶凝材料能够对再生RAP(reclaimed asphalt pavement)进行有效的化学固化;当组分为1/5≤A/S≤5/5、水泥2%～4%、粉煤灰5%～6%时,随着NaOH掺量的增加,再生沥青混凝土的抗压强度、水稳定性以及体积稳定性随之提高;随着NaOH的掺量和加载频率的提高,再生沥青混凝土7 d龄期动载荷条件下的弹性模量明显提高.     

激发剂对高掺量粉煤灰早期水化的作用机理

结合力学性能研究和微观测试技术(XRD、SEM、EDS和NMR),考察了化学激发剂对高掺量粉煤灰水泥浆体早期水化的作用和机理。结果显示:激发剂促进了浆体中粉煤灰活性的早期释放,提高了浆体早期强度;粉煤灰被激发后所生成的活性成分显著影响了粉煤灰水泥体系的水化,降低了水泥水化产物C-S-H的n(Ca)/n(Si)值,同时,在激发剂作用下粉煤灰颗粒周围生成有外形不完整、n(Ca)/n(Si)值低、类似C-S-H的产物及水化铝酸钙。     

垃圾焚烧炉渣活性激发及对水泥性能的影响

通过外掺法研究了城市生活垃圾焚烧炉渣用作水泥混合材对水泥性能的影响,同时考察了炉渣活性激发和炉渣水泥的环境安全性。实验结果表明:炉渣具有较弱的火山灰活性,随着其掺入量的增加,水泥标准稠度用水量增加,凝结时间延长,水泥强度下降,当PO 42.5水泥中炉渣掺量达到25%时仍能达到PO 32.5水泥生产要求。在炉渣活性激发方面,钙系列激发剂能够提高炉渣水泥的早期和后期强度(CaCl2会使后期强度倒缩),钠系列激发剂均会降低其强度。炉渣的掺入能够降低水泥净浆化学收缩率。在炉渣掺量35%时,砂浆试块的重金属极限溶出含量远低于国家标准最高允许浓度,不会对环境带来二次污染。