减缩剂对碱激发煤矸石-矿渣胶凝材料性能的影响

本文探讨了减缩剂(SRA)对碱激发煤矸石-矿渣(AACGS)胶凝材料力学性能和干燥收缩的影响,进一步分析掺入SRA后水化热、水化产物及微观结构的变化规律。结果表明:掺入3%(质量分数)SRA明显降低了AACGS胶凝材料的力学性能,但随着水化的进行,降低幅度逐渐减小;随着SRA掺量的增加,干燥收缩显著减小。微观分析表明,SRA的掺入没有导致新的水化产物生成,但延缓了水化反应,抑制了碱激发材料早期的聚合反应,增加了碱激发胶凝材料的孔隙率,这也是SRA使AACGS胶凝材料力学性能降低的原因。SRA并没有明显改变孔隙溶液中碱金属离子的浓度,水化进程的延缓和固相结构的形成是其降低AACGS砂浆干燥收缩的主要原因。     

碱激发剂浓度及模数对碱矿渣胶凝材料抗压性能及水化产物的影响研究

采用水玻璃(复掺氢氧化钠调整模数)激发粒化高炉矿渣活性制备碱矿渣净浆试样.采用抗压强度测试、X-射线衍射(XRD)、综合热分析(TG-DSC)等技术手段研究了激发剂碱浓度(4%、6%、8%)及模数(0.75、1.00、1.50、2.00)对碱矿渣胶凝材料抗压性能及水化产物的影响.研究结果表明:激发剂模数较低时(0.75和1.00),碱矿渣胶凝材料抗压强度随着碱浓度的增加而呈下降趋势;激发剂模数较高时(1.50和2.00),试件强度在碱浓度为6%时达到最大值.在相同碱浓度下,激发剂模数为1.50时试件抗压强度值最大.碱矿渣胶凝材料主要水化产物为C-S-H凝胶,同时伴有C-A-S-H凝胶生成.另外观测到少量斜方钙沸石(CaAl2Si2O8· 4H2O)的生成.在部分配合比中还观测到水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3· 4H2O)的存在.碱浓度较高的碱矿渣胶凝材料中生成了较多的C-S-H水化产物.激发剂模数较高时(1.50和2.00),更有利于碱矿渣中C-S-H水化产物的生成.碱浓度/模数较低时, C-S-H产物结晶度有所提高.相较于C-S-H凝胶结晶度,其生成量对碱矿渣胶凝材料抗压强度的影响更为显著.     

SAP内养护对碱激发矿渣胶凝材料性能的影响

碱激发矿渣(AAS)胶凝材料存在早期收缩大、开裂风险高的问题,限制了其工程应用。本文采用TAM、TGA、MIP等方法研究了高吸水性树脂(SAP)内养护对AAS胶凝材料水化热、水化产物及孔结构的影响,同时研究了SAP对AAS胶凝材料抗压强度及自收缩的影响规律。结果表明,SAP的加入会增加基体的孔隙率,降低AAS浆体的抗压强度,但是随着水化时间的延长,SAP的内养护作用可以促进矿渣水化,抗压强度的降低幅度逐渐减小。SAP的加入对AAS胶凝材料的水化放热过程有一定的延迟作用,表现为诱导期延长,第二放热峰滞后。SAP的加入使AAS胶凝材料水化产物总量增加,增加程度随着模数的增加而提高。此外,SAP抑制AAS浆体自收缩效果明显,添加SAP之后自收缩降低率最高可达81%。     

氢氧化钾-钠水玻璃激发剂对碱激发矿渣胶凝材料性能的影响

采用氢氧化钾调节钠水玻璃模数制备复合碱激发剂,以钠水玻璃模数、碱掺量为变量,分析氢氧化钾对钠水玻璃激发矿渣胶凝材料性能的影响,研究氢氧化钾-钠水玻璃激发矿渣胶凝材料在流动度、凝结时间及抗压强度等方面的变化规律。结果表明,氢氧化钾-钠水玻璃复合激发剂的激发效果优于单一钠水玻璃激发剂。当钠水玻璃模数为1.2、碱掺量为8%(质量分数)时,氢氧化钾-钠水玻璃激发矿渣胶凝材料流动度可达240 mm,7 d、28 d抗压强度可达98.88 MPa和104.59 MPa,比同等条件下的钠水玻璃激发矿渣胶凝材料7 d、28 d抗压强度分别提高了16.7%和22.9%。     

粉煤灰物理化学性能对碱激发材料的影响

本文对6种不同的粉煤灰与1种矿渣的物理化学性能进行了表征,研究了粉煤灰的化学成分组成、活性及灰体细度对碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的凝结时间和强度的影响.实验结果表明,粉煤灰中钙、铁与活性铝含量是影响体系凝结时间的重要因素,钙、铁、活性铝含量越高,体系的凝结时间越短;活性铝含量与灰体细度是影响体系强度的重要因素,活性铝含量越高,灰体越细,体系强度越高.     

粉煤灰对碱激发矿渣胶凝材料耐盐酸腐蚀性能的影响

为了研究粉煤灰对碱激发矿渣胶凝材料耐盐酸腐蚀性能的影响,对不同粉煤灰掺量下碱激发矿渣砂浆在pH=1的盐酸环境中浸泡14 d、28 d和60 d后的外观、质量损失、腐蚀深度、抗压强度和耐蚀系数进行了研究,通过X射线衍射和化学滴定方法对其机理进行了分析.结果表明:碱激发矿渣砂浆在盐酸溶液中浸泡后表面被严重腐蚀,质量与强度损失均很大.粉煤灰的掺入使试块表面被腐蚀情况明显变好,质量与强度损失也明显减少,但粉煤灰的掺入会降低碱激发矿渣砂浆的强度,增大其腐蚀深度.XRD与化学分析的结果表明碱激发粉煤灰中可被盐酸溶出的物质含量较少,因而掺入粉煤灰可以提高碱激发矿渣胶凝材料的耐盐酸腐蚀性能.     

基于注浆模拟的道路基层碱激发材料加固效果研究

为更好地将碱激发材料应用于道路基层注浆加固工程中,开发了室内注浆模拟小型足尺试验装置,测试评价了不同级配水稳碎石基层及不同脱空工况下的碱激发材料注浆加固效果,预测了碱激发注浆材料及其注浆后形成结石体的7d抗压强度相关关系.结果表明:碱激发注浆材料对于处治水稳碎石基层脱空病害具有良好的适应性,对于间断级配型基层的处治效果更优,其处治后结石体7 d抗压强度可达10.91～12.54 MPa,满足重载交通下水稳碎石基层的强度要求;在处治不同脱空程度的基层病害时,整体芯样的抗压强度随着注浆高度的增加而增大,碱激发注浆材料形成结石体早期强度形成速度较快,有利于快速开放交通;注浆后的混合料结石体与注浆材料的7d抗压强度呈现出较强的相关性.     

膨胀剂对碱-激发矿渣砂浆的减缩特性研究

开展了膨胀剂对碱-激发矿渣砂浆的减缩特性研究,分析了不同硫铝酸盐类膨胀剂掺量对碱-激发矿渣砂浆自收缩、干缩和抗压强度的影响,使用压汞仪研究了掺膨胀剂碱-激发矿渣砂浆的孔结构特征.结果表明,硫铝酸盐类膨胀剂对碱-激发矿渣砂浆自收缩和干缩具有一定的抑制作用,可降低收缩的增长速率,3％掺量下可分别减小自收缩35.4％和干缩29％.膨胀剂对碱-激发矿渣砂浆早期强度影响明显,但随龄期发展,其影响作用减弱,28 d时,膨胀剂组与对照组抗压强度相近.膨胀剂可增大碱-激发矿渣砂浆大于20μm的孔体积,有利于减小孔径小于20μm的孔体积,形成更为密实结构.     

高吸水性树脂对碱激发矿渣收缩与开裂性能的影响

碱激发矿渣收缩大、易开裂严重制约其工程应用.本研究基于高吸水性树脂(SAP)吸水-释水的性能特点,通过在碱激发矿渣加入适量SAP,研究了SAP对碱激发矿渣砂浆干燥收缩及干燥开裂行为的影响.研究结果表明:SAP通过释放吸收的水分降低砂浆硬化体毛细孔收缩压力,显著降低了碱激发矿渣砂浆的早期干燥收缩率;掺入的SAP失水后具有造孔功能,使得碱激发矿渣砂浆硬化体内大孔含量增多,降低毛细孔收缩压的同时缓解了毛细孔收缩应力,能有效降低碱激发矿渣砂浆的干燥收缩开裂风险.     

固体碱激发矿粉/粉煤灰注浆材料性能及机理研究

以矿粉和粉煤灰为主要原料,NaOH和Na₂SiO₃·5H₂O为固体碱激发剂,制备地聚合物注浆材料,考察激发剂的模数、掺量及养护条件对材料性能的影响。当固体碱激发剂模数为1.0,掺入量为8%(质量分数)时,注浆材料初凝时间为120 min,工作时间可达50 min,经28 d养护后抗折和抗压强度分别可达7.1 MPa和42.7 MPa。相较于非密闭养护,密闭养护有利于早期强度形成,1 d、3 d、7 d抗压强度分别提高了38.0%、38.2%和19.3%。XRD、FT-IR、SEM/EDS测试结果表明,原料水化完全,最终产物包含无定形水化产物、钙沸石、水合铝硅酸钠钙矿和C-S-H凝胶等组分。反应过程中原料的Si—O—Al、Si—O—Si发生重组生成凝胶物质,并团聚成钙沸石类球形产物,提高材料强度。     

Na2SiO3/Na2CO3复合制备清洁型碱矿渣胶凝材料

为解决弱碱单独激发碱矿渣胶凝材料(AASM)时存在的力学性能弱、矿渣反应程度低等问题,缓解AASM的操作危害性,本文采用Na₂SiO₃/Na₂CO₃复合激发矿渣,研究了复合激发剂组成对AASM凝结时间、抗压强度、水化产物及自收缩的影响,并评估了AASM的环境效益。结果表明:随着Na₂CO₃碱当量的增加,AASM缓凝效果较为明显,抗压强度也有所降低,但抗压强度的降低幅度随龄期增大而减小。通过加入Na₂CO₃,AASM水化产物种类增多,C-(A)-S-H的峰值强度随Na₂CO₃碱当量占比的增加呈现出先增加后降低的趋势,因而解释了AASM浆体自收缩的变化。另外,由CO₂排放指数可以看出,Na₂SiO₃/Na₂CO₃复合激发矿渣较Na₂SiO₃单独激发更为清洁,环境效益显著。     

耐水抗渗型高性能盾构同步注浆材料性能研究

采用一种新型盾构注浆材料添加剂Z201,配制出耐水抗渗型高性能盾构注浆材料.研究膨润土、硅灰、甲基纤维素和聚丙烯酰胺掺量对盾构注浆材料初始流动度与经时流动度、初凝时间、泌水率、固结收缩率、抗压强度、抗渗性能和耐水性能的影响,并与掺Z201的注浆材料进行性能对比.试验结果表明,外掺10％ Z201的高性能盾构注浆材料流动度经时变化小,初凝时间短、泌水率低、固结收缩率小、抗压强度高、抗渗性能及耐水性能好.     

碱激发矿渣-玻璃粉基泡沫混凝土性能研究

采用玻璃粉部分替代矿渣制备碱激发胶凝材料,研究了玻璃粉含量(10%、20%、30%、40%,质量分数)对碱激发矿渣-玻璃粉基(AASG)泡沫混凝土性能的影响。对AASG泡沫混凝土流动性、抗压强度、干燥收缩、吸水率、软化系数和抗冻性进行了研究,并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对机理进行了分析。结果表明:10%~40%掺量的玻璃粉使AASG泡沫混凝土的流动性提高了5.0%~25.6%;抗压强度随玻璃粉掺量的增加先增大再减小,玻璃粉掺量为20%时,7 d和28 d抗压强度最高,与对照组相比分别提高15.0%和23.8%;玻璃粉掺量为20%时,AASG泡沫混凝土的干燥收缩、吸水率、软化系数和抗冻性最佳;SEM分析发现,玻璃粉有助于孔结构的优化和提高微观结构的致密性;XRD分析表明,AASG泡沫混凝土的主要反应产物为 C-(N-)A-S-H和水滑石。将玻璃粉作为矿渣的替代品来制备AASG泡沫混凝土是可行的,为其在回填工程和固废利用提供理论支撑。     

含玻璃砂的高性能碱激发矿渣砂浆性能研究

采用玻璃砂代替部分细骨料制备碱激发矿渣(AAS)砂浆后,研究了玻璃砂含量(0%、10%、20%、30%,质量分数)对AAS砂浆抗压强度、抗折强度、干燥收缩、导热系数和碱-硅酸反应(ASR)膨胀率的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)对微观机理进行了分析。结果表明：掺10%～30%的玻璃砂能显著提高AAS砂浆的早期抗压强度,但会略微降低28 d抗压强度;AAS砂浆的抗折强度随玻璃砂掺量的增加先增大后减小,10%掺量时最有利于3 d抗折强度,20%掺量时最有利于28 d抗折强度;AAS砂浆的干燥收缩、导热系数和ASR膨胀率均随玻璃砂掺量的增加而减小,与对照组相比,掺30%玻璃砂的AAS砂浆导热系数降低14.4%,56 d干燥收缩率降低27.6%,14 d ASR膨胀率降低39.6%,28 d ASR膨胀率降低34.5%;SEM分析发现玻璃砂表面有水化产物生成,其与胶凝材料的结合比石英砂更紧密,使AAS砂浆的微观结构更加致密。     

粘土水泥浆材流变性能及其对灌浆的影响

粘土水泥浆材性能优越,已广泛应用于水利、矿山、垃圾填埋场等防渗堵漏及基础加固工程,浆材的流变性能对其可灌性和扩散距离有重要影响.利用Broolfield+ R/S流变仪对层流状态下不同配比的粘土水泥浆材的流变参数进行了试验研究,探讨水固比、粘土掺量、温度和岩土体吸附作用及压滤作用等因素对其流变性能的影响.结果表明:粘土掺量对水固比为0.6∶1与1∶1的浆材流变参数影响显著,对水固比为1.5∶1与2∶1的浆材影响微弱;同配比浆材在不同温度下有不同的流变模型.由于岩土体对浆材的吸附作用,浆材的粘度和屈服应力随时间逐渐增大;浆材在岩土体中的压滤效应对粘土水泥浆的流变特性影响较纯水泥浆小,但是同样空隙条件下,粘土水泥浆材更易发生压滤效应.浆材流变性能对其扩散距离的影响显著,粘土水泥浆材的扩散距离明显小于水泥浆材.     

脱硫建筑石膏墙体灌浆料的研制

利用脱硫建筑石膏为主要原料,通过掺加粉煤灰、激发剂、减水剂、缓凝剂等掺合料进行改性处理,研制了一种墙体灌浆料。试验表明,脱硫建筑石膏墙体灌浆料流动度达到80mm以上,抗压、抗折强度分别达到8．39MPa和3．70MPa,软化系数0．75,初凝和终凝时间分别为50min和57min,是一种理想的石膏墙体灌浆料。