养护条件对粉煤灰基地质聚合物变形行为的影响

为阐明不同养护条件下粉煤灰基地质聚合物的变形机制和合理评价地质聚合物中ASR安全性,分别研究了常温和38℃湿气养护(＞95％R.H.)、80℃1 mol/L NaOH溶液浸泡及150℃10％ KOH溶液压蒸等养护条件对粉煤灰基地质聚合物变形行为的影响,并采用XRD、SEM研究了产物的组成和微观结构.结果表明:地质聚合物试体在不同养护条件下的化学反应和变形显著不同;(1)无外碱介质介入时,地质聚合物试体在所测龄期内均收缩.升高温度可加快地质聚合反应速率,缩短地质聚合产物结构达到稳定的时间;(2)高温养护和外碱介入,促进地质聚合产物由凝胶向沸石转变,可补偿聚合过程伴随的收缩,甚至呈现总体膨胀.采用适于OPC体系的高温、高碱快速检测AAR的检测方法评价地质聚合物体系的碱集料反应时需考虑基体的变形.     

地质聚合物污染阻截墙的泛碱控制及对重金属的吸附性能

由碱金属的迁移而引起的表面泛碱是使地质聚合物阻截墙结构破坏的主要原因之一.为了抑制地质聚合物的泛碱,掺入纳米Al2O3,含量范围为0.0wt％至2.5wt％,间隔为0.5wt％,将偏高岭土和粉煤灰按4:1的比例混合作为硅酸盐原料,以氢氧化钠、硅酸钠和水作为复合碱性激发剂,碱性激发剂的掺量为8％(Na2O占原料的质量百分比),硅酸钠模数为1.0,水灰比为0.3,在环境温度为25℃下固化.对所得地质聚合物试块浸出液的碳酸根离子浓度,抗压强度和吸附Cu2+进行了研究,并结合SEM照片分析了其抑制泛碱的原因.结果表明,通过添加纳米Al2O3,可以抑制地质聚合物表面泛碱并进一步提高抗压强度,随着纳米Al2O3含量的增加,泛碱量先减小后增大,而抗压强度先增大后减小,在添加量为2.0wt％时达到最佳性能.SEM照片表明,纳米Al2O3添加量为2.0wt％时,地质聚合物的微观结构最致密.此外,纳米Al2O3的添加量对最终Cu2+的吸附量没有影响,在11d时,不同纳米Al2O3添加量的试块都吸附了溶液中98％以上的Cu2+.     

基于新疆粉煤灰的地质聚合物设计、制备及优化

以新疆粉煤灰为原料,以球磨为机械活化方式,以氢氧化钠和硅酸钠混合液为激发剂,在添加少量水泥熟料的基础上,制备出高强度的粉煤灰基碱激发地质聚合物材料。研究了球磨时间、碱激发剂用量和水玻璃模数对粉煤灰基地质聚合物试块力学性能的影响。结果表明,新疆粉煤灰由于碱金属M_2O含量高的地域特性(5.1%),在球磨时间为60 min,外加碱激发剂用量为5%,水玻璃模数为1.5,添加8%的P.O 42.5R普通硅酸盐水泥后,粉煤灰活性得以有效提高。在常温标准养护条件下,制得的地质聚合物材料28 d和180 d的抗压强度分别达42.6 MPa和49.3 MPa,抗折强度分别达7.6 MPa和9.3 MPa,力学性能可满足工程要求,提高了该粉煤灰的使用率。     

基于新疆粉煤灰的地质聚合物设计、制备及优化

以新疆粉煤灰为原料,以球磨为机械活化方式,以氢氧化钠和硅酸钠混合液为激发剂,在添加少量水泥熟料的基础上,制备出高强度的粉煤灰基碱激发地质聚合物材料。研究了球磨时间、碱激发剂用量和水玻璃模数对粉煤灰基地质聚合物试块力学性能的影响。结果表明,新疆粉煤灰由于碱金属M_2O含量高的地域特性(5.1%),在球磨时间为60 min,外加碱激发剂用量为5%,水玻璃模数为1.5,添加8%的P.O 42.5R普通硅酸盐水泥后,粉煤灰活性得以有效提高。在常温标准养护条件下,制得的地质聚合物材料28 d和180 d的抗压强度分别达42.6 MPa和49.3 MPa,抗折强度分别达7.6 MPa和9.3 MPa,力学性能可满足工程要求,提高了该粉煤灰的使用率。     

粉煤灰-矿渣地质聚合物套管浮鞋芯体材料的室内研究

利用地质聚合物快硬早强且胶结性能优异的特性,以期代替水泥基材料,制备粉煤灰-矿渣二元体系地质聚合物套管浮鞋芯体材料.对比研究了地质聚合物与水泥芯材的基本物理性能,分析了芯材与浮鞋外壳及回压阀壳体间的胶结强度,并采用压汞孔隙率分析仪(MIP)及岩芯流动仪表征地质聚合物的孔隙率及渗透率.结果表明:地质聚合物浆体在低温(5℃)条件下的凝结时间短且早期强度高,1 d抗压强度为10.8 MPa,比G级油井水泥石提高了18.7％;与钢制浮鞋外壳和铸铁回压阀壳体的3 d胶结强度分别为2.43 MPa和0.89 MPa,相比于油井水泥石分别提高了40.5％和50.8％;总孔隙率为16.1％,比油井水泥石降低了9.5％;20 MPa下渗透率为1.39×10-5μm2,比油井水泥石渗透率小4个数量级.地质聚合物芯材既实现了低温环境下无需养护的快速成型脱模工艺,又可改善浮鞋的承压密封作用,为其在特种浇注材料领域开辟新的应用方向.     

碱热预处理电解锰渣对制备地质聚合物的影响

以电解锰渣和粉煤灰的混合物为原料,在水、氢氧化钠和水玻璃混合组成的碱性体系中制备地质聚合物.研究了电解锰渣的碱热预处理方式对试块材料抗压强度的影响,包括碱的种类及添加量、热处理的温度和时间.结果 显示,碱热处理过程中电解锰渣∶氢氧化钠=1∶0.3的质量比混合均匀后,于600℃马弗炉中热处理1.5h后的固体粉料,制备得到的地质聚合物材料的抗压强度效果最佳,达到38 MPa.X-射线衍射(XRD)结果表明,形成的地质聚合物中物质的物相组成发生变化,并且形成了水化硅酸钙.FT-IR结果显示,反应过程中形成了无定型的硅酸盐衍生物.场发射电镜(SEM)结果显示,制备的地质聚合物材料内部结构致密,物质之间相互胶结.     

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.     

钢渣-粉煤灰基地质聚合物的制备及性能研究

本文以钢渣和粉煤灰为原料,通过碱激发方式制备了地质聚合物胶凝材料.测试了钢渣不同含量下,粉煤灰基地质聚合物的1d、3d、7d、28 d抗压强度,并采用XRD、FTIR、SEM对28 d样品进行表征.抗压强度测试中,当钢渣掺量为30％时强度最高,达到40.33 MPa.红外图谱分析表明反应生成了Si-O-T(Si,Al)三维网状结构的地质聚合物.样品晶相分析中发现了C-S-H相,表明在发生地质聚合反应的同时也发生了水化反应.通过SEM微观形貌图可以看到,钢渣掺量为30％的样品结构致密,孔隙率低,但当钢渣掺量过高时,由于钢渣活性较低,钢渣碱激发效果下降,仍有部分未反应的钢渣颗粒出现.     

粉煤灰地质聚合物材料工艺条件和性能研究

以粉煤灰为硅铝成分的主要来源,制备了地质聚合物材料,重点探讨了激发荆的陈化时间、固液混料时的搅拌时间、养护温度、养护时间、养护方式等工艺参数对材料力学性能的影响.结果表明,通过工艺条件优化,地质聚合物材料抗压强度将有大幅度增加.实验获得了理想的工艺条件为:激发剂陈化24～48h,固液混合搅拌时间10～15min,在60～80℃范围内湿法养护时间24h后,自然放置.实验制备的粉煤灰地质聚合物材料1d抗压强度可以达到27.2MPa.28d可以达到42.5MPa.     

用数字图像相关法研究聚合物改性砂浆的力学性能EI北大核心CSCD

数字图像相关法（DIC）是一种新型的非接触式光学测量材料变形的方法,与传统接触式测量方法相比,具有操作简单、大变形测量、精度高、分析区域灵活可变等优点。聚合物乳液常用于改善水泥基材料的力学性能,提高抗拉、抗折强度及其韧性。本文采用三维数字图像相关法（3D-DIC）研究聚合物改性砂浆的在受压状态下的应力应变行为。结果表明,3D-DIC法可以提供试块选定区域的应力-应变全曲线,以及试块开裂性能、断裂模式等丰富的信息。研究发现,在受压模式下,接触法测得的试块轴向总变形大于采用DIC测得的选定中间区域的变形,这是由于试块中部选定区域的变形受到周围部分的约束。这种约束作用会随着聚合物改性砂浆弹性模量的降低而减弱。随着聚合物掺量的增加,由于聚合物的掺入增加了材料的断裂韧性并极大地削弱了应力集中,聚合物改性砂浆的破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏。此外,聚合物改性砂浆的开裂应变、峰值应变、断裂能随着聚合物掺量的增加而增加。聚合物掺量较低时（〈5%）,聚合物改性砂浆的Poisson比随着聚合物相的增加而升高。     

碱激发偏高岭土基地质聚合物的制备及抗压强度研究

为了响应“双碳”政策节能减排的号召,本文采用偏高岭土和高炉矿渣为原材料制备地质聚合物。以抗压强度为指标优化制备条件,探讨确定影响地质聚合物强度的因素。通过正交试验确定偏高岭土基地质聚合物的最佳配比,通过热重和XRD分析不同温度煅烧的偏高岭土组分。研究结果表明,在高岭土煅烧温度为800 ℃时,偏高岭土基地质聚合物的最佳配合比为氢氧化钠与硅酸钠的质量比为6.5∶1,激发剂的质量掺量为14.2%,其28 d抗压强度能达到46.6 MPa。偏高岭土基地质聚合物抗压强度随激发剂的掺量增加而增大,随氢氧化钠与硅酸钠的质量比的增大先增大后减小,随高岭土煅烧温度的升高先增大后减小。     

稻壳灰的制备及其对地聚物力学性能的影响

以稻壳为原料,研究稻壳在不同酸预处理条件和不同煅烧条件下制备得到的稻壳灰在表观性能、元素成分、反应活性、物相结构和微观结构等方面的特性差异及其对偏高岭土基地聚物力学性能的影响,确定稻壳灰最佳制备条件。结果表明,盐酸预处理会显著提高稻壳灰中无定形SiO₂的纯度,高达98.354%(质量分数)。经酸预处理的稻壳在550 ℃下煅烧60 min即可煅烧完全,稻壳灰反应活性最高。酸处理后的稻壳灰使地聚物的孔隙结构更加致密,550 ℃稻壳灰地聚物(10%(质量分数)稻壳灰+90%(质量分数)偏高岭土)28 d抗压强度最高,达53.3 MPa。通过综合影响分析,得到稻壳灰的最佳制备条件为:经2.5%(质量分数)盐酸溶液浸泡1 h后,550 ℃煅烧1 h。     

室温碱激发低钙粉煤灰地质聚合物配比试验研究

为得到室温下粉煤灰与碱激发剂质量比、水玻璃与氢氧化钠溶液质量比和氢氧化钠溶液摩尔浓度对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,以低钙粉煤灰为原料,制备了地质聚合物胶凝材料。采用正交试验方法,分析粉煤灰地质聚合物抗压强度,探讨碱激发剂配比对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,结合SEM、XRD和FTIR对试样进行表征,并对该材料的应力-应变曲线进行了研究。结果表明:粉煤灰地质聚合物的抗压强度随着激发剂掺量的减少而增大,水玻璃在激发剂中的比值与粉煤灰地质聚合物的抗压强度呈现正相关,其中粉煤灰与碱激发剂质量比为1.8,水玻璃与氢氧化钠溶液质量比为2.5且氢氧化钠溶液的浓度为10 mol/L时,120 d龄期的抗压强度可达51.98 MPa。对应力-应变曲线分析得出,在一定程度上,激发剂的掺入量对粉煤灰地质聚合物的破坏应变和弹性模量有较大影响。SEM、XRD和FTIR分析表明随着养护时间增长,胶凝材料体系内结构更致密,生成了更多的硅铝酸盐凝胶。     

粉煤灰地聚合物力学性能影响因素研究综述

粉煤灰地聚合物是以粉煤灰为硅铝质原料制备的,具有强度高、耐高温、耐腐蚀、有效固封金属离子等优点。但它固有的脆性以及需高温养护才能快速获得高强度的特点限制了其运用范围,而以纤维作为增强材料不仅可以提高粉煤灰地聚合物的强度,还可以改善其延性和韧性。本文主要从粉煤灰原料特性、碱激发剂、养护制度和增强材料四方面入手,重点阐述了粉煤灰粒径和化学组成,碱激发剂的种类、用量和模数,升温养护时间和初期养护温度对抗压强度的影响,以及纤维对粉煤灰地聚合物抗压强度和弯曲性能的影响。最后,根据现有的研究成果,对四种影响因素分别是如何影响粉煤灰地聚合物力学性能进行总结。     

Effect of nano silica and fine silica sand on compressive strength of sodium and potassium activators synthesised fly ash geopolymer at elevated temperatures

Environment friendly geopolymer is a new binder which gained increased popularity due to its better mechanical properties, durability, chemical resistance, and fire resistance. This paper presents the effect of nano silica and fine silica sand on residual compressive strength of sodium and potassium based activators synthesised fly ash geopolymer at elevated temperatures. Six different series of both sodium and potassium activators synthesised geopolymer were cast using partial replacement of fly ash with 1%, 2%, and 4% nano silica and 5%, 10%, and 20% fine silica sand. The samples were heated at 200°C, 400°C, 600°C, and 800°C at a heating rate 5°C per minute, and the residual compressive strength, volumetric shrinkage, mass loss, and cracking behaviour of each series of samples are also measured in this paper. Results show that, among 3 different NS contents, the 2% nano silica by wt. exhibited the highest residual compressive strength at all temperatures in both sodium and potassium‐based activators synthetised geopolymer. The measured mass loss and volumetric shrinkage are also lowest in both geopolymers containing 2% nano silica among all nano silica contents. Results also show that although the unexposed compressive strength of potassium‐based geopolymer containing nano silica is lower than its sodium‐based counterpart, the rate of increase of residual compressive strength exposed to elevated temperatures up to 400°C of potassium‐based geopolymer containing nano silica is much higher. It is also observed that the measured residual compressive strengths of potassium based geopolymer containing nano silica exposed at all temperatures up to 800°C are higher than unexposed compressive strength, which was not the case in its sodium‐based counterpart. However, in the case of geopolymer containing fine silica sand, an opposite phenomenon is observed, and 10% fine silica sand is found to be the optimum content with some deviations. Quantitative X‐ray diffraction analysis also shows higher amorphous content in both geopolymers containing nano silica at elevated temperatures than those containing fine silica sand.     

Comparative performance of geopolymers made with metakaolin and fly ash after exposure to elevated temperatures

This paper presents the results of a study on the effect of elevated temperatures on geopolymers manufactured using metakaolin and fly ash of various mixture proportions. Both types of geopolymers (metakaolin and fly ash) were synthesized with sodium silicate and potassium hydroxide solutions.

The strength of the fly ash-based geopolymer increased after exposure to elevated temperatures (800 °C). However, the strength of the corresponding metakaolin-based geopolymer decreased after similar exposure. Both types of geopolymers were subjected to thermogravimetric, scanning electron microscopy and mercury intrusion porosimetry tests. The paper concludes that the fly ash-based geopolymers have large numbers of small pores which facilitate the escape of moisture when heated, thus causing minimal damage to the geopolymer matrix. On the other hand, metakaolin geopolymers do not possess such pore distribution structures. The strength increase in fly ash geopolymers is also partly attributed to the sintering reactions of un-reacted fly ash particles.     

高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化铅离子及防辐射性能研究

研究利用高炉矿渣（BFS）、粉煤灰（FA）作为原材料制备地质聚合物。以氢氧化钠与水玻璃作为碱激发剂,在碱激发条件下制备地质聚合物固化二价铅离子（Pb²⁺）。研究Pb²⁺的掺量对固化体强度的影响,并通过浸出毒性实验、X射线衍射分析（XRD）、红外光谱分析（FT-IR）、扫描电镜（SEM）等表征分析、防辐射实验测试,探究其固化效果与固化机理。结果表明,高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物与Pb²⁺具有良好的相容性,且固化体在28 d最高抗压强度可以达到43 MPa,Pb²⁺的添加质量分数为1%时能提高其固化体的强度。浸出实验表明,固化体对质量分数为1% Pb²⁺的固化效率在97%以上。微观分析认为大部分重金属是以羟基配合离子的形式被物理封装在地质聚合物内部。防辐射实验测试表明,Pb²⁺的掺量与高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物的γ射线屏蔽效果成正相关,实验中Pb²⁺最优掺入质量分数为3%,线性吸收系数和半衰减层厚度最优值分别为0.222 0 cm^-1和2.309 5 cm。     

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。     

页岩提钒尾渣基地聚合物的制备及其性能

为将页岩提钒尾渣资源化,利用页岩提钒尾渣作为主要原料,偏高岭土为铝质辅料制备地聚合物。考察了成型方式、硅铝原料配比、碱激发剂种类、碱激发剂用量和成型压力对地聚合物试样抗压强度的影响。结果表明,地聚合物制备最佳条件为:原料的质量配比(尾渣/偏高岭土)为11:9,NaOH碱激发剂质量分数为10%,水固比为0.18,成型压力为20 MPa,试样14 d抗压强度可达58.25 MPa。通过XRD、FTIR、TG-DSC、SEM和孔径分析对地聚合物试样进行检测表征,分析表明,地聚合反应的主要产物为无定形硅铝凝胶和少量钠沸石,无定形硅铝凝胶可以改善试样的孔结构,增强试样微观结构致密度,宏观表现为试样抗压强度增大。     

偏高岭土-粉煤灰基地聚物砂浆力学性能研究

本研究以偏高岭土和粉煤灰为原料,以不同模数(0.75、1.00、1.25、1.50)和碱浓度(质量分数)(40%、44%、48%)的钾水玻璃为碱激发剂,微珠、蛭石和珍珠岩为细骨料来制备地聚物砂浆试件。主要通过测试地聚物砂浆试件常温及1 000 ℃高温作用后的抗压强度,探明碱激发剂模数和浓度对砂浆试件力学性能的影响,并利用XRD、SEM手段对地聚物的物相组成及微观形貌进行表征。结果表明:当碱浓度不变时,除40%碱浓度外,其余试件的抗压强度随模数的增大先升高后略微降低或者基本不变。当模数不变时,除模数为0.75的试件外,其余试件的抗压强度随碱浓度的增大先升高后降低。当模数为1.00且碱浓度为44%时,试件的抗压强度最高,历经1 000 ℃高温后地聚物砂浆试件相对残余强度仍能维持42%及以上,该温度下水化产物为白榴石(KAlSi₂O₆)和钾霞石(KAlSiO₄),地聚物在常温下有大量絮状的水化产物生成且微观结构较为致密。