粉煤灰地聚物的抗压强度及微观结构

通过无侧限抗压强度试验，探究水玻璃模数和水胶料配合比(水与粉煤灰质量比，简称水胶比)对粉煤灰地质聚合物宏观力学强度的影响，并结合扫描电镜、 X射线衍射等从微观角度解释内在机理。结果表明：水玻璃模数和水胶比均对粉煤灰地质聚合物力学特性产生重要影响。水玻璃模数为0.8、 1.1、 1.3和1.5时，粉煤灰地聚物试样的无侧限抗压强度先增大后减小，水玻璃模数为1.1时，试样的力学强度呈现出最优水平；在水胶比为0.28、 0.30、 0.32时，试样力学强度呈现递减的趋势。粉煤灰玻璃体在碱性环境中溶解，物质之间发生解聚-缩聚反应，N-A-S-H凝胶物质作为反应产物，起到填充孔隙的作用，在水玻璃模数为1.1、水胶比为0.28时，体系中的水化反应充分进行，较多的凝胶物质产生，结构的整体性提高效果最显著，表现在宏观上为试样力学强度最高。     

激发剂浓度对偏高岭土基地聚物性能的影响机制

研究了激发剂、固化温度等外部因素对地聚物力学性能的影响及其机制,以NaOH和Na₂SiO₃作为激发剂,通过正交试验考察了偏高岭土基地聚物的力学性能对激发剂模数、激发剂浓度、固化温度和固化时间等影响因素的敏感性。通过微量热、红外光谱和扫描电镜-能谱方法分析了激发剂浓度影响聚合反应过程及地聚物性能的作用机理。试验结果表明:激发剂浓度是影响地聚物力学性能的最关键因素,地聚物抗压强度随激发剂浓度增加而提高;次关键因素是激发剂模数,地聚物强度随激发剂模数增大而降低。随着激发剂浓度增大,聚合反应逐渐充分,地聚物力学性能也随之提高;激发剂浓度为80%时聚合反应趋向完全,地聚物强度提高到99.98 MPa,生成物Si/Al大于1。      

碱激发粉煤灰-钢渣粉协同固化膨胀土力学特性与微观机理研究

针对北疆供水一期工程的膨胀土受干湿-冻融循环作用引起力学特性劣化诱发的工程灾变问题,本工作采用钢渣粉、粉煤灰两种工业废渣作为固化材料,NaOH作为碱性激发剂对膨胀土进行改良,通过开展无侧限抗压强度、直接剪切、侧限压缩、SEM扫描电镜和X射线衍射试验,探究碱性激发工业废渣固化膨胀土的力学特性和微观结构机理。试验结果表明：(1)随着不同改良试剂的依次加入,孔隙结构得到改善,黏聚力不断增大,当粉煤灰质量掺量约为15%,钢渣粉掺量约为18%,烧碱掺量约为5%时,改良的膨胀土结构整体性最为致密,黏聚力达到峰值,土体抗压抗剪强度达到最高,固化效果最为显著。(2)最优配合比的改良土随着养护龄期的延长,生成的水化硅酸系列凝胶增多,胶结程度增强,孔隙含量减少,土体密实性和整体结构得到明显改善,抗压和抗剪强度均有较大幅度的提高,说明龄期对改良土体强度的形成有大幅度的影响。(3)通过对不同试验材料掺量下最佳改良土体的微观机理分析,可知随钢渣粉和烧碱的加入有针棒状的水化硅酸钙以及无定形状的硅铝酸盐凝胶物质生成,胶结联结土颗粒形成团聚体,颗粒间接触点增加,土体结构稳定性增强,从宏观力学行为上表现为固化土体整体强...     

碱激发对粉煤灰混凝土强度及微观结构的影响

为探究常温条件碱激发对粉煤灰混凝土强度及其微观结构的影响,本研究利用1.2模数钠水玻璃激发不同掺量粉煤灰配制混凝土试件,通过抗压强度试验、核磁共振试验和红外光谱试验,结合分形理论研究其宏观力学性能与微观孔隙结构与物质组成的变化规律。研究发现：适量钠水玻璃有助于N-A-S-H凝胶生成,使微观结构更加致密、提高混凝土早期抗压强度。碱当量4%、粉煤灰替代率40%的微观孔隙结构最优,28 d龄期抗压强度达46.45 MPa。基于分形理论建立核磁共振和红外光谱与其分形维数的关系,将碱激发粉煤灰混凝土微观特征量化。进一步,通过灰关联熵分析发现红外光谱分形维数D_S和0～0.02μm区间的孔隙是影响抗压强度的主要因素。此外,建立了GM(1,3)混凝土抗压强度预测模型,来反映碱激发粉煤灰混凝土的微观孔结构和化学生成物对其抗压强度的影响,为提高粉煤灰在混凝土中的利用率提供理论支撑。     

煤矸石改良黄土的力学和抗冻融性能

【目的】提出用煤矸石改良黄土的解决方案,解决煤矸石存量逐年增大且利用率低、季冻区黄土地基病害严重的双重难题。【方法】分析煤矸石改良黄土的反应机制,通过无侧限抗压强度、直剪、固结压缩和湿陷性试验,分析煤矸石改良黄土试件的无侧限抗压强度、抗剪强度、黏聚力、内摩擦角、压缩系数和湿陷系数等力学性能指标,确定煤矸石的最优掺量;以黄土原料为对照组,将最优掺量的煤矸石改良黄土试件进行冻融循环试验,再次进行无侧限抗压强度和直剪试验,分析冻融循环后最优试件的力学和抗冻融性能。【结果】当煤矸石质量分数为20%,养护龄期28 d时,煤矸石改良黄土的无侧限抗压强度为585 kPa,抗剪强度为287 kPa,压缩系数约为0.19 MPa^-1,黏聚力为63.755 kPa,内摩擦角为29.646°,湿陷性完全消除;进行冻融循环试验后,随着冻融循环次数的增大,无侧限抗压强度逐渐减小,冻融循环次数为11时的无侧限抗压强度、抗剪强度、黏聚力损失率分别为26.9%、 7.4%、 18.6%,内摩擦角变化较小,煤矸石改良黄土的力学和抗冻融性能较好。【结论】煤矸石活性较低,改良后的黄土的强度虽然提升幅度...     

粉煤灰地聚物混凝土性能与环境影响的综合评价

目前对粉煤灰地聚物混凝土环境影响评价大多数只考虑环境效益单方面的因素，而力学性能和耐久性能是材料在工程应用中的重要评价指标，材料选取需要同时考虑其力学性能、耐久性能与环境影响。因此，本工作采用生命周期评价(LCA)方法，选取抗压强度、抗硫酸盐侵蚀性能和环境影响为评价指标，设计九组配合比的粉煤灰地聚物混凝土进行环境影响和抗硫酸盐侵蚀的量化分析，利用灰色聚类评价方法建立综合评价模型。结果表明：(1)粉煤灰地聚物混凝土的环境影响主要来自原材料生产阶段，占比高达73%以上；(2)粉煤灰地聚物混凝土的环境效益随碱激发剂用量、粉煤灰用量和硅酸钠与氢氧化钠比值的增大而降低，碱激发剂用量对环境效益影响最大；抗压耐蚀系数越大其抗硫酸盐侵蚀性能越好；(3)在本试验中，配合比1的环境效益最优，配合比5抗硫酸盐侵蚀性能最优，配合比3综合性能最优。     

氯化钠对碱激发地聚物强度影响机理研究

为阐明氯化钠掺量对碱激发地聚物强度的影响和机理,以水玻璃碱激发粉煤灰基地聚物为基础,采用UCS、XRD、FTIR、SEM和物理吸附试验研究了氯化钠掺量对碱激发地聚物强度及微观结构的影响。试验结果表明氯化钠掺入碱激发地聚物中总体效果不佳;氯化钠的少量掺入会反应生成方钠石,对强度有一定的促进作用。但随着掺入量的增加,Na~+离子的钝化效应导致碱激发效果下降,铝硅酸盐原料溶解受到限制,降低了地聚合反应程度;未反应的硫酸钠沉积于地聚物体系中阻碍了体系中离子迁移,并削弱了凝胶的胶结作用,致使试样中孔隙增多、孔径增大,微观结构遭到破坏,从而限制了强度的发展。     

水泥土的无侧限抗压强度试验研究

通过无侧限抗压强度试验,研究了水泥掺入比和养护龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响,并提出了具有工程实际意义的一些建议.     

尾矿砂-S-95矿渣粉地聚物对铅离子的固化及其作用机制

地聚物是一种新型凝胶材料，主要以物理吸附或化学封装的方式固化重金属。以铁矿尾矿砂和S-95矿渣粉为原料，在碱激发剂的作用下制备固化重金属Pb²⁺地聚物。以正交试验研究原料质量比、水玻璃模数、碱固质量比对地聚物抗压强度的影响；研究Pb²⁺的添加量对固化体抗压强度的影响，并通过毒性浸出试验及XRD、IR表征手段探究固化效果和机理。结果表明：当尾矿砂与S-95矿渣粉质量比为3∶7、水玻璃模数为1.1、碱固比0.25时，地聚物28 d的抗压强度可达47.1 MPa;当Pb²⁺添加质量分数为0.5%时，在3种浸出液中固化效果均能达到98%以上；Pb²⁺以微弱的化学键合作用影响地聚物的网状结构，没有键合到骨架结构中，以非晶体的形式存在。     

碱激发粉煤灰抗酸性侵蚀性能研究

以氢氧化钠和水玻璃作为碱激发剂对粉煤灰(掺入一定量氟化钙)进行活性激发,采用蒸汽养护制度对粉煤灰试样进行养护,测定碱激发粉煤灰的抗酸性侵蚀性能.研究结果表明:碱激发粉煤灰的抗酸性侵蚀性能高于普通硅酸盐水泥的抗酸性侵蚀性能.