TiO2改性煤气化粗渣基地质聚合物的微观结构与性能

煤气化渣可分为粗渣和细渣,其有在碱激发领域应用的潜力。本文对煤气化粗渣的理化性能进行了研究,使用煤气化粗渣制备了地质聚合物,并对其进行了TiO₂的改性研究。结果表明,在煤气化粗渣基地质聚合物中掺入一定量的TiO₂可明显改善其力学性能。当掺入质量分数为10.0%的TiO₂时,样品28 d的抗压强度可从23.4 MPa提高到42.9 MPa。此外,通过对样品进行物相分析与微观结构分析, TiO₂的掺入明显改善了地质聚合物的微观结构,促进了碱激发反应,提高了材料的力学性能。     

矿渣-电石渣基地质聚合物的性能及作用机制

以粒化高炉矿渣为主要材料，在碱性电石渣激发作用下，制备了一种矿渣-电石渣基地质聚合物。通过XRD、SEM、EDS、FTIR、TG-DSC等微观测试技术，对矿渣-电石渣基地质聚合物的性能及作用机制进行了分析，同时对地质聚合物进行了重金属浸出测试。结果表明：当外掺电石渣质量分数为14%、水胶比为0.34时，矿渣-电石渣基地质聚合物在4 d常温养护、32 h蒸汽养护环境下抗压强度达到31.8 MPa;地质聚合物的水化产物主要为水化硅铝酸钙、水化碳铝酸钙和少量钙钒石晶体；浸出液中重金属浓度均满足国家毒性控制标准，说明了地质聚合物的安全性；电石渣对矿渣碱激发作用效果良好。     

煤气化粗渣-粉煤灰基地质聚合物的制备与性能

煤气化渣与粉煤灰均为煤炭资源利用过程中产生的固体废弃物,可以应用在碱激发领域。从煤气化粗渣的性质入手,采用粉煤灰对煤气化粗渣进行改性,利用碱激发技术制备了煤气化粗渣-粉煤灰基地质聚合物,并对所制备产物的性能进行研究。结果表明,在体系中掺入粉煤灰可以明显改善其力学性能,当粉煤灰掺入量为30%(质量分数)时,样品的28 d抗压强度最高,达到44.5 MPa。此外,通过对样品进行物相分析与微观形貌表征发现,样品的无定形产物主要为N(C)-A-S-H凝胶,它能够结成相互连接的空间网状结构,具有较强的黏结能力,这是样品材料具有较高强度的主要原因。     

富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物的制备与性能表征

以工业固体废弃物富镁镍渣和粉煤灰为原料,以水玻璃和NaOH为碱激发剂,制备了一系列富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物。研究了不同粉煤灰掺量对地质聚合物力学性能的影响,并测定地质聚合物的线性收缩和碱溶出,通过XRD、IR、DTA等手段对产物进行表征。结果表明:富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物的强度随粉煤灰的掺入先升高后降低,当掺量为30%(质量分数)时,地质聚合物的抗压强度可达最高值22.15 MPa,较镍渣基地质聚合物强度提高42.2%;XRD分析表明富镁镍渣中MgO以镁橄榄石相存在,而非游离态,故地质聚合物具有良好的体积安定性。     

粉煤灰基地质聚合物力学性能及碱渣改性机理

为探索粉煤灰基地质聚合物的力学特性,通过12组胶砂试样的抗折和抗压强度研究NaOH掺量、养护条件、龄期和碱渣掺量对力学性能的影响,对比不同因素下试样胶砂表面孔隙特征,分析了碱渣对粉煤灰基地质聚合物体系的改性机理.结果表明:1.NaOH溶液过剩使强度降低;高温养护能提高强度;粉煤灰基地质聚合物的养护不需要太大的湿度.2.碱渣掺量小于27％时,对粉煤灰-NaOH体系强度有显著的改性作用.CaCO3增大溶液碱性,减小胶砂流动性,影响地质聚合物的微观结构,有效改善体系收缩程度.3.可溶性含钙组分中Ca2参与生成C-SH凝胶,与地质聚合物协同作用提高胶结性,减小孔隙的连通性.     

镍矿渣地聚合物的制备及其增韧改性

以工业固体废渣-水淬镍渣为主要原料,在碱激发剂作用下制备地聚合物.通过加入矿渣和纤维的方法对镍渣地聚合物的力学性能进行优化,并通过孔结构测试、断面形貌分析等方法,对矿渣的增强作用和纤维的增韧作用进行研究.结果表明:矿渣的掺入有利于镍渣地聚合物抗压强度的提高和内部孔径结构的改善.50 ℃养护7 d时,与镍渣地聚合物相比,矿渣掺量为50％的镍矿渣地聚合物的抗压强度提高了209.7％,总孔隙率和最可几孔径尺寸分别降低了32.7％和53.1％.PP纤维的掺入能有效提高镍矿渣地聚合物的韧性,当纤维掺量为1.6％时,50 ℃养护7 d的镍矿渣地聚合物抗折强度和抗冲击功分别较未掺纤维试样提高了42.0％和114.3％,基体中纤维的拔出和拉断消耗了荷载能量,提高了地聚合物的抗裂能力.     

矿渣对阿利特-硫铝酸钡钙水泥硬化浆体结构和性能的影响

通过对水泥浆体凝结性能、力学性能和孔结构的测定,结合扫描电镜分析和差热-热重分析,研究了矿渣掺量对阿利特-硫铝酸钡钙水泥浆体硬化浆体结构和性能的影响.结果表明:随着矿渣掺量的增加,水泥的凝结时间延长,水化热减少,早期抗压强度下降.但其后期抗压强度已接近或超过了纯水泥的抗压强度,掺入矿渣对水泥的后期抗压强度影响不大.硬化水泥浆体中的Ca(OH)2含量随水化龄期的延长而增加,并随矿渣掺量的增加而降低.矿渣的活性效应和填充效应有效地改善了硬化水泥浆体的微观结构和孔结构,从而使水泥的力学性能有所提高.     

磷渣对水泥浆体水化性能和孔结构的影响

通过对水泥浆体凝结性能、水化放热、力学性能和孔结构的测定,以及扫描电镜分析和差热-热重分析,研究了不同掺量磷渣对水泥浆体水化性能和微观结构的影响.结果表明:随着磷渣掺量的增加,浆体的凝结时间延长,水化热减少,早期抗压强度下降.但掺磷渣水泥浆体的后期抗压强度已接近或超过了纯水泥浆体的,磷渣掺量的增加对水泥浆体的后期抗压强度影响不显著.浆体中的Ca(OH)2量随龄期的延长而增加并随磷渣掺量的增加而降低.磷渣的活性效应和填充效应的发挥有效地改善了浆体水化后期的微观结构和孔结构,从而使浆体的力学性能有所提高.     

钢渣对碱激发矿渣早期性能及组成的影响

为研究不同钢渣掺量对钢渣-矿渣碱激发复合材料性能的影响,以钢渣和矿渣作为原料,模数为1.4的水玻璃溶液作为碱激发剂,制备了不同钢渣掺量的矿渣基地质聚合物。通过抗压强度、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、孔结构分析（MIP）、红外光谱分析（FTIR）和场发射扫描电子显微镜与能量色散X射线（SEM-EDS）等检测方法和测试手段对试样进行检测和分析。试验结果表明,钢渣-矿渣基地质聚合物的抗压强度随钢渣掺量的增加先升高而后降低,钢渣的最佳掺量为15%。分析结果表明,当钢渣掺量较低时,钢渣的加入促进了无定形凝胶产物的形成,生成的凝胶产物填充了孔隙,并将其转化为孔径较小的凝胶孔,使得总孔隙率降低,提升了试样的抗压强度。然而,超过最佳钢渣掺量的试样,由于钢渣中存在的MgO与CaO发生了体积膨胀,导致样品产生裂纹从而造成抗压强度下降。     

磷渣对偏高岭土-矿渣地聚合物性能的影响

通过测定不同磷渣掺量时偏高岭土-矿渣地聚合物标准稠度用水量、凝结时间和抗压强度,研究磷渣对地聚合物性能的影响,并利用SEM、XRD分析碱激发地聚合物水化产物。结果表明：磷渣对复合地聚合物标准稠度用水量影响较小,当磷渣掺量由0增至50%,标准稠度用水量由0.34降至0.32;凝结时间随磷渣掺量增大而延长,磷渣掺量50%的试样初凝时间达84min;抗压强度随磷渣掺量增加先增大后减小,当磷渣掺量为25%时,28d抗压强度达到峰值65.5MPa。掺磷渣后地聚合物碱激发产物为无定形玻璃体,片层状产物与C-S-H凝胶交织在一起形成致密的结构。     

碱激发矿渣基地质聚合物微观结构与性能研究

以矿渣为原料制备矿渣基地质聚合物,重点研究了不同SiO2/Al2O3比对矿渣聚合物性能及微观结构的影响.选取4.5,4.8,5.1,5.4四个SiO2/Al2O3比制备矿渣基地质聚合物,通过XRF、XRD、SEM、TEM、FTIR等手段表征发现,SiO2/Al2O3比为5.1时,碱激发矿渣基地质聚合物具有较高强度,在3 d、7 d、28 d时强度高达97.86 MPa、97.54 MPa和114.91 MPa,其主要产物是水化硅铝酸钙(钠)(N,C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)的混合物.     

钢渣微粉-粉煤灰基地质聚合物性能研究及微观结构分析

采用钢渣微粉和粉煤灰为主要原材料制备地质聚合物,以抗压强度为指标优化制备条件,探讨影响地质聚合物强度的因素,利用SEM、XRD和TG-DSC等手段对产物的微观形貌、物相组成和热稳定性进行分析表征。研究表明,地质聚合物的抗压强度随着钢渣微粉掺量和激发剂掺量增加先增加后减小,随温度增加而增加,其中养护温度影响最显著,水玻璃模数影响最小。最佳工艺条件为:水玻璃模数1.0、激发剂掺量20%(质量分数)、钢渣微粉掺量20%(质量分数)、液固比0.3、养护温度60 ℃。其3 d和7 d抗压强度高达40.11 MPa和43.03 MPa,固化Pb²⁺后对其强度影响较小,固化率在99.99%以上。地质聚合物表面致密度高,无明显裂纹,未观察到明显的钢渣颗粒轮廓,晶相结构主要为石英和莫来石,热稳定好。     

矿粉掺量对偏高岭土基地聚合物性能和结构影响

以高炉矿渣、偏高岭土、水玻璃和氢氧化钠为主要原料,制备矿粉-偏高岭土体系地聚合物。通过调节矿粉掺量(0%~50%范围内),研究钙组分含量对地聚合物抗压强度、凝结时间、物相组成和微观结构的影响。结果表明:当矿粉掺量为30%时,地聚合物样品310 min初凝,395 min终凝,1、3、7和28 d抗压强度分别达到52.8、73.9、87.1和102.3 MPa,达到快凝、早强和高强的目的。     

Investigation on pore properties,thermal conductivity,and compressive behavior of fly ash/slag-based geopolymer foam

Geopolymer foam has emerged as a promising inorganic porous material in the last decade. Despite of the numerous advantages, there are some pending issues to be addressed, on top of that is the low compressive strength. To overcome this, this study synthesizes a high-strength geopolymer foam by the partial substitution of fly ash (FA) with ground granulated blast furnace slag and carries out an intensive investigation into its microstructure, pore properties, thermal conductivity as well as compressive behavior. The microstructure is firstly analyzed by X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy techniques. The pore characteristics are also scrutinized, including pore size distribution, total porosity and water absorption. Then, the thermal conductivity is investigated and the applicability of basic effective thermal conductivity models to characterize the relationship with total porosity is evaluated. Afterward, the compressive strength together with the softening coefficient is examined, and the relationship with total porosity is also studied. Finally, comparisons between the proposed geopolymer foam and other FA-based geopolymer foams in the literature are performed. The results show that the proposed geopolymer foam possesses not only a comparable thermal conductivity but also a far superior compressive strength, which sheds light on the widespread applications in thermal insulation.     

纳米SiO2对超硫酸盐水泥性能影响研究

为了克服超硫酸盐水泥(SSC)早期强度低的难题,探究了纳米SiO₂(NS)对SSC水化硬化性能的调控效果与机理。研究了NS对SSC力学性能、产物组成、微观结构和形貌,以及孔隙结构的影响规律。结果表明:掺入NS可显著提升SCC力学性能,其中3 d抗压强度提升了32%,3 d抗折强度提升了28%,90 d抗压强度提升了近一倍;同时,NS能够显著密实SSC孔隙结构,使其临界孔径从72.8 nm降低至6.5 nm。NS的增强机理主要为促进矿粉水化,增加产物中C-(A)-S-H凝胶的生成量和聚合度。本文证明了NS提升SSC水化硬化性能的可行性,为低碳SSC的性能提升提供了新思路。     

CaO对磷渣硅酸盐水泥水化硬化影响的试验研究

通过对磷渣水泥凝结时间、力学性能、化学结合水和磷渣反应率的测定,以及XRD和SEM分析,研究了不同掺量的CaO对磷渣水泥的水化性能和微观结构的影响。结果表明,随着CaO掺量的增加,磷渣水泥的强度增加,当CaO的掺量超过2%时,磷渣水泥3d和28d抗压强度下降。CaO对磷渣活性的激发主要发生在磷渣水泥水化早期,掺2%CaO的磷渣水泥28d的磷渣反应率只比1d时增加了4.1%。     

机械活化和不锈钢渣掺量对矿渣胶凝材料性能的影响

为了促进不锈钢厂废渣的资源化利用,以红土镍矿酸性高炉渣和不锈钢渣为主要原料制备胶凝材料,研究机械活化和不锈钢渣质量掺量对矿渣胶凝材料性能的影响,并利用XRD、SEM对胶凝材料的水化产物及微观结构进行分析。结果表明,机械活化主要通过改变原料的比表面积和颗粒级配来影响胶凝材料性能,且矿渣中细颗粒占比是影响其胶凝活性的关键因素,适宜的球磨时间为45 min,此时矿渣比表面积达到524.66 m²/kg。不锈钢渣与酸性矿渣之间存在协同作用,当不锈钢渣质量掺量为20%时,胶砂试块3 d、7 d、28 d抗压强度分别为17.8 MPa、24.3 MPa 和34.8 MPa,抗折强度分别为4.5 MPa、6.2 MPa和6.8 MPa,达到P·S 32.5R矿渣硅酸盐水泥强度标准。不锈钢渣的掺入在水化早期和后期都促进钙矾石及C-S-H凝胶的生成,对胶砂试块各龄期强度都有促进作用,而未水化的钢渣细颗粒也起着微集料填充作用,有利于胶凝材料早期强度的提高。