粉煤灰地聚合物砂浆的试验研究

粉煤灰基地聚合物是利用粉煤灰在碱激发剂溶液作用下形成的一种新型无机类陶瓷结构胶凝材料。通过抗折抗压强度指标研究不同模数碱激发剂对粉煤灰的激发效果以及三种高温养护条件对粉煤灰基地聚合物砂浆力学性能的影响规律。结果表明,碱硅酸盐激发剂溶液的激发作用显著,模数为1.5时效果最好;提高养护温度可以有效提高粉煤灰基地聚合物砂浆的早期强度。     

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。     

粉煤灰基矿物聚合物的试验研究

粉煤灰基矿物聚合物是利用粉煤灰在激发剂溶液作用下形成的一种新型胶凝材料.本文研究了各种激发剂在不同浓度时对粉煤灰的激发效果及标准养护和高温养护条件下粉煤灰基矿物聚合物的强度特点.结果表明,碱硅酸盐激发剂溶液的激发效果好;提高养护温度可以显著提高粉煤灰基矿物聚合物的强度.     

道路工程用地聚合物灌浆料的制备及性能研究

以矿渣、粉煤灰、碱激发剂等为原料制备无机聚合物材料——地聚合物,研究原材料配比对地聚合物灌浆材料基本性能的影响规律;即研究m值(矿渣/粉煤灰)、水灰比、碱当量对地聚合物灌浆料流动度、抗压强度的影响规律,以及m值对灌浆料干缩率的影响规律。结果表明:水对地聚合物的流动度影响大,但水灰比过大会影响材料的抗压强度;矿渣含量越高,地聚合物的抗压强度也越大,而粉煤灰的增加会导致地聚合物强度下降,但会使干缩率减小,改善灌浆料的抗干缩性能。     

地聚合物力学性能主要调控因素的研究综述

地聚合物作为一种新型绿色胶凝材料,影响其力学性能的因素复杂多样.综述了影响地聚合物力学性能的三大主要调控因素:硅铝质原料、碱激发剂和养护制度,并把每种调控因素对力学性能影响规律与原因,结合当前的研究现状得出结论.硅铝质原料主要对比了偏高岭土、粉煤灰和高炉矿渣;碱激发剂从种类的选取、碱当量以及模数进行了比较;养护制度以初期养护时,升高不同的温度和升温时间的影响做出了对比.最后,说明了当前有机聚合物改性地聚合物的一些研究现状.     

粉煤灰-矿渣基矿物聚物的强度影响因素及机理分析

试验以三种不同化学成分的粉煤灰与矿渣组成二元胶凝体系,在碱硅酸盐激发下制备了粉煤灰-矿渣基矿物聚合物.研究了粉煤灰中CaO的含量、形态以及碱硅酸盐激发剂模数对所制备矿物聚合物抗压强度的影响规律,并结合NMR、XRD和SEM等微观测试手段分析了其作用机理.试验结果表明:粉煤灰中非晶态CaO含量越高,粉煤灰-矿渣基矿物聚合物的抗压强度越大;粉煤灰中晶态CaO含量高是导致后期强度倒缩的主要原因;随着碱硅酸盐激发剂模数的增大,粉煤灰-矿渣基矿物聚合物的抗压强度先增大后减小,当激发剂模数为1.2时,抗压强度最大.     

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。     

赤泥/粉煤灰免烧矿物聚合物材料的制备和强度

以赤泥、粉煤灰为主要原料,采用水玻璃作为碱激发剂,制备出一种具有较高早期强度的免烧成矿物聚合物胶凝材料.通过实验初步探讨了碱激发剂对该矿物聚合物强度发展的影响.利用合适配比的赤泥/粉煤灰胶凝材料作为基质原料,用细沙作骨料,制成了一种赤泥/粉煤灰基矿物聚合物免烧材料.当赤泥的加入量在60%~70%范围时,各组试样的3 d抗压强度均在10 MPa以上,符合非承重墙体建筑材料的强度MU10级要求.同时本文还对该矿物聚合物材料中胶凝反应机理进行了初步探讨.     

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。     

养护工艺对DHRS-FA地质聚合物材料强度的影响

以粉煤灰(FA)、铸造旧砂热法再生粉尘(DHRS)为原料,在水玻璃型碱性激发液的激发作用下研究制备了DHRS-FA地质聚合物材料(铸造旧砂热法再生粉尘-粉煤灰基地质聚合物材料).为了探讨不同的养护工艺对DHRS-FA地质聚合物材料强度的影响,研究了自然养护、湿养养护、高温蒸养(40℃、60℃、80℃)养护对地质聚合物强度的影响.结果表明:试样在高温养护工艺下,其早期抗压强度形成较快,且优于自然养护和湿养养护工艺下试样形成的抗压强度;试样在高温养护工艺下,中期和后期抗压强度趋于自然养护试样的抗压强度;而湿养条件下养护的试样抗压强度最差.     

不同侵蚀环境下地质聚合物耐久性研究

地质聚合物作为新兴绿色无机胶凝材料,因独特的三维网络骨架结构而兼具矿物和高分子材料的特性。分别以固体废弃物粉煤灰和偏高岭土为原料,采用碱激发方式制备地质聚合物试块,考察养护28 d后试块在5%HCl、10%NaOH、5%MgCl₂+5%NaCl和5%H₂SO₄(均为质量分数)溶液中浸泡1~84 d的耐化学侵蚀能力。X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及试块质量、抗压强度测试表明,不同浸泡环境所引起地质聚合物胶凝材料的响应差异较大,粉煤灰基地质聚合物表现出较优异的耐低浓度硫酸、氢氧化钠、盐溶液侵蚀性能,微观结构及外观形貌稳定,试块质量和抗压强度稳定。偏高岭土基地质聚合物在盐溶液中性条件下结构和性能较稳定。在盐酸环境下两种地质聚合物被腐蚀明显,质量损失率大,抗压强度降低显著。对比研究表明,粉煤灰基地质聚合物的耐低浓度酸、碱溶液腐蚀性明显优于偏高岭土基地质聚合物。上述两类地质聚合物可潜在应用于海洋建筑领域。     

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。     

Mechanical and microstructural evolutions of fly ash/slag-based geopolymer at high temperatures: Effect of curing conditions

Designing a building material with excellent heat resistance is crucial for protection against catastrophic fires. Geopolymer materials have been investigated as they offer better heat resistance than traditional cement owing to their ceramic-like properties. Curing temperature and conditions are crucial factors that determine the properties of geopolymers, but their impacts on the heat resistance of geopolymers remain unclear. This study produced geopolymers from fly ash and ground granulated blast furnace slag by using sodium silicate and sodium hydroxide solutions as alkaline solutions. To examine the effect of curing conditions on the high-temperature performance of geopolymer, four different curing conditions, namely, heat curing (70 °C for 24 h), ambient curing (20 °C), water curing, and the combination of heat and water curing (70 °C for 24 h followed by water curing), were applied. At 28 d, the specimens were subjected to high temperatures (500 °C, 750 °C, and 950 °C), and their mechanical and microstructural evolutions were studied. The results revealed that the curing condition significantly affects the properties of the unexposed geopolymer; the effect on its high-temperature performance is insignificant. Furthermore, all the specimens could maintain adequate compressive strength after exposure to the maximum temperature of 950 °C, promising the use of geopolymer for structural applications.     

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。     

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。     

Assessment of recycling use of GFRP powder as replacement of fly ash in geopolymer paste and concrete at ambient and high temperatures

Environmental issues caused by glass fiber reinforced polymer (GFRP) waste have attracted much attention. The development of cost-effective recycling and reuse methods for GFRP composite wastes is therefore essential. In this study, the formulation of the GFRP waste powder replacement was set at 20–40 wt%. The geopolymer was formed by mixing GFRP powder, fly ash (FA), steel slag (SS) and ordinary Portland cement (OPC) with a sodium-based alkali activator. The effects of GFRP powder content, activator concentration, liquid to solid (L/S) ratio, and activator solution modulus on the physico-mechanical properties of geopolymer mixtures were identified. Based on the 28-day compressive strength, the optimal combination of the geopolymer mixture was determined to be 30 wt% GFRP powder content, an activator concentration of 85%, L/S of 0.65, and an activator solution modulus of 1.3. The ratios of compressive strength to flexural strength of the GFRP powder/FA-based geopolymers were considerably lower than those of the FA/steel slag-based geopolymers, which indicates that the incorporation of GFRP powder improved the geopolymer brittleness. The incorporation of 30% GFRP powder in geopolymer concrete to replace FA can enhance the compressive and flexural strengths of geopolymer concrete by 28%. After exposure to 600 °C, the flexural strength loss for geopolymer concretes containing 30 wt% GFRP powder was less than that of specimens without GFRP powder. After exposure to 900 °C, the compressive strength and flexural strength losses of geopolymer concretes containing 30 wt% GFRP powder were similar to those of specimens without GFRP powder. The developed GFRP powder/FA-based geopolymers exhibited comparable or superior physico-mechanical properties to those of the FA-based geopolymers, and thus offer a high application potential as building construction material.     

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。     

Synthesis and characteristics of fly ash and bottom ash based geopolymers–A comparative study

The research was carried out to develop geopolymers mortars and concrete from fly ash and bottom ash and compare the characteristics deriving from either of these products. The mortars were produced by mixing the ashes with sodium silicate and sodium hydroxide as activator solution. After curing and drying, the bulk density, apparent density and porosity, of geopolymer samples were evaluated. The microstructure, phase composition and thermal behavior of geopolymer samples were characterized by scanning electron microscopy, XRD and TGA-DTA analysis respectively. FTIR analysis revealed higher degree of reaction in bottom ash based geopolymer. Mechanical characterization shows, geopolymer processed from fly ash having a compressive strength 61.4 MPa and Young's modulus of 2.9 GPa, whereas bottom ash geopolymer shows a compressive strength up to 55.2 MPa and Young's modulus of 2.8 GPa. The mechanical characterization depicts that bottom ash geopolymers are almost equally viable as fly ash geopolymer. Thermal conductivity analysis reveals that fly ash geopolymer shows lower thermal conductivity of 0.58 W/mK compared to bottom ash geopolymer 0.85 W/mK.