壳聚糖改性地聚合物的力学及吸附性能

采用壳聚糖增韧改性矿渣基地聚合物,研究了壳聚糖掺量对矿渣基地聚合物强度与弯曲韧性、吸附重金属离子性能的影响规律,采用FTIR、NMR、SEM及EDS等测试手段揭示了壳聚糖对矿渣基地聚合物的改性机制。结果表明,与空白样相比,壳聚糖掺量（与矿粉质量比）为2%的矿渣基地聚合物28天弯曲韧性系数提高497.22%,对Pb2+、Cr3+的吸附效率分别提高68.89%、81.45%。壳聚糖在分子层面（C—O—Si键的形成及[SiO₄]聚合度的降低）及亚微观层面（三维互穿网络结构的形成）对矿渣基地聚合物进行增韧改性。壳聚糖自身较高的吸附性及低Ca/Si比C—S—H凝胶数量的增加,是矿渣基地聚合物吸附性能显著提升的关键。      

地聚合物胶凝材料的性能研究

在以往对地聚合物胶凝材料的研究中,碱性激发剂的制备都需要经过24h或者更长时间的陈化,这不利于地聚合物的实际应用.以偏高岭土和粉煤灰为硅铝酸盐材料,采用不经过陈化的双组分作碱性激发剂制备地聚合物胶凝材料.研究了激发剂的掺加方式、种类、含量以及粉煤灰对地聚合物胶凝材料力学性能的影响;初步研究了地聚合物的抗硫酸盐侵蚀性能以及耐高温性能.结果表明:不经过陈化的双组分作碱性激发剂制备的地聚合物3天抗压强度可以达到45MPa,抗硫酸盐侵蚀及耐高温性能比普通硅酸盐水泥更为优异,是一种值得关注的新型胶凝材料.     

无机聚合物-地聚合物材料的现状

地聚合物是一类新型的高性能无机聚合物，由于其特殊的无机缩聚三维氧化物网络结构，使得地聚合物材料具有良好的高温性能和机械性能。综述了地聚合物材料的发展历史、技术现状以及在各方面的应用。     

苯丙乳液-矿渣地聚物泡沫复合材料的制备及性能

以苯丙乳液、矿渣地聚物、导热石墨粉为原料,利用化学发泡原理制备出一种具有自流平、成膜固化快、高弹、高导热等特点的泡沫复合材料。详细研究了H2O2掺量、导热石墨粉掺量及其粒度分布对泡沫复合材料传热性能、材料力学性能及压缩变形性能的影响规律。研究结果表明,随H2O2掺量的增加,泡沫复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、压缩强度、导热系数均降低,弹性恢复率增加;随导热石墨粉掺量增加,拉伸强度先增加后降低,断裂伸长率降低,压缩强度增加,弹性恢复率小幅波动,导热系数增大;随导热石墨粉平均粒径增大,拉伸强度减小,压缩强度增大,导热系数先增大后减小;导热石墨粉的颗粒级配对其导热性具有重要影响,相比粗、细颗粒,适中的颗粒级配可使其形成更有效的导热网络获得更高导热系数。     

建筑垃圾复合粉体材料对混凝土抗冻性能的影响

借助DSC-TG、扫描电镜和压汞实验,并结合混凝土宏观性能实验,研究了建筑垃圾复合粉体材料对C30混凝土力学强度及抗冻性能的影响机理。结果表明:建筑垃圾复合粉体材料掺量为30%时,C30混凝土强度及抗冻性能最优;中低盐溶液浓度时,试件更容易发生盐冻腐蚀破坏。建筑垃圾复合粉体材料由于其填充效应及火山灰效应减少了取向性较强的Ca(OH)_2含量,生成性能较优、微观结构较为致密的低碱度水化硅酸钙凝胶,使得混凝土内部较为致密,孔结构和孔级配趋向合理,宏观上表现为混凝土强度及抗冻性能的提高。     

超细矿渣粉对硅酸盐水泥性能和微观结构的影响

通过掺入不同量的超细矿渣粉,研究其对普通硅酸盐水泥凝结时间、标准稠度用水量以及水泥胶砂流动性和强度的影响。结果表明,水泥浆体的初凝、终凝时间在矿渣粉掺量为5%(质量分数,下同)时有所缩短,而随着超细矿渣粉掺量的增加,初凝时间都有所延长,在掺量为20%时初凝时间最长。然而终凝时间的变化不大,只有掺量为30%时稍有延长;水泥的标准稠度用水量先减少后增加,在掺量为20%时最小;随着超细矿渣粉掺量的增大,水泥胶砂的各龄期抗折强度、3d抗压强度不断提高,7d、28d抗压强度在掺量为20%时达到最大值,之后有所降低。掺入超细矿渣粉后,能通过填充以及与水泥水化产物氢氧化钙发生反应,使水泥中氢氧化钙含量明显降低,水泥微观结构更加密实。     

纤维/混杂纤维-矿渣地质聚合物复合材料的弯曲强度与弯曲韧性

碱激发矿渣地质聚合物存在脆性大、韧性差、易开裂等缺陷。利用纤维/混杂纤维对矿渣地质聚合物进行改性,以纤维-矿渣地质聚合物复合材料的弯曲强度与弯曲韧性作为考察指标,分析了3种单一纤维及2种混杂纤维对矿渣地质聚合物的增强与增韧效果。研究结果表明,碳纤维增强效果优于钢纤维、玄武岩纤维,钢纤维增韧效果优于碳纤维、玄武岩纤维,而玄武岩纤维增强及增韧效果相对较差;碳纤维与钢纤维混杂,可充分发挥碳纤维的增强效应和钢纤维的增韧效应,适当掺量下混杂纤维较单一纤维具有更好的增强与增韧效果;纤维与浆料的容重差对矿渣地质聚合物硬化体的均质性具有重要影响,碳纤维与钢纤维混杂可显著降低不同加载方向下矿渣地质聚合物弯曲强度与弯曲韧性的离散性。     

矿用复合高强聚合物注浆材料性能试验研究

注浆加固是解决破碎岩体巷道围岩控制技术的有效途径,注浆材料的固结强度、流动性及结实率等是影响注浆材料发展的瓶颈.本文利用二元协同效应,将自制的聚合物(DS)与矿物基复合制备了复合高强聚合物注浆材料,并测试了其吸水率、力学性能、流动性及凝结时间对注浆效果的影响.试验结果表明复合材料的吸水率、流动性较好;得出水灰比为0.5、聚合物(DS)掺量为注浆料的0.8%时,复合矿物基注浆材料1d的抗压强度为26.13Mpa,抗折强度为4.51Mpa.与不添加聚合物DS时相比,材料固化体1d的抗压强度增加了70.23%,抗折强度增加25.92%,研究成果对破碎巷道围岩注浆加固具有重要的意义.     

污泥-高钙煤系废物制备地聚合物的技术与性能

鉴于地聚合物是一种低碳排放且能源、资源消耗较少的新型胶凝材料,其制备技术倍受关注。采用热活化污泥和高钙煤系废物制备地聚合物,并与采用高钙粉煤灰和矸石制备地聚合物的反应机制与性能进行了对比分析,确定了制备污泥-高钙煤系废物地聚合物的最佳工艺参数。采用XRD、SEM、TG-DTA及FTIR等对制备的地聚合物的原料组成和性能进行了深入分析。研究表明: 经900℃焙烧45 min掺量为40%(＜50 μm)热活化污泥-煤系废物制备的地聚合物具有较好的抗压强度。无定形地聚合物胶凝包裹在球状粉煤灰颗粒周围,有类沸石矿物生成,Al—O/Si—O对称伸缩峰及Si—O—Si/Si—O—Al弯曲振动峰明显。     

有机高分子对高岭土-矿渣基地质聚合物力学性能的影响

以高岭土及矿渣为原料,硅酸钠为激发剂,制备高岭土-矿渣基地质聚合物,分别采用聚羧酸、聚丙烯酸乳液两种有机高分子对其进行强化韧化.力学性能结果表明:掺入0.5wt％的聚羧酸或聚丙烯酸乳液都能对高岭土-矿渣基地质聚合物起到强化增韧作用.XRD和SEM分析结果表明:高岭土-矿渣基地质聚合物主要以结构致密的无定形物质的形式存在,有机增韧剂的掺入对高岭土-矿渣基地质聚合物的矿物相组成没有影响.     

镍渣/偏高岭土基地聚合物的制备与表征

以工业固体废弃物镍渣和偏高岭土为原料,以水玻璃为激发剂,在相同稠度下制备镍渣/偏高岭土基地聚合物。研究了镍渣种类和掺量对地聚合物力学性能和体积变化的影响,测定了地聚合物的碱溶出情况,并利用XRD、SEM-EDS对地聚合物的矿物组成和微观形貌进行分析。结果表明:随着水淬镍渣掺量的增大,地聚合物的抗压强度先增大后降低,在镍渣掺量为50%、液固比为0.45时,地聚合物的抗压强度最大,28d达到58.8 MPa;而随着风冷镍渣掺量的增大,地聚合物的强度逐渐降低。此外,水淬镍渣/偏高岭土基地聚合物的体积变化主要表现为膨胀,而风冷镍渣/偏高岭土基地聚合物表现为收缩。     

养护温度对核防护用地聚合物早期强度影响研究

分析了养护温度、养护时间及砂子种类对核防护用地聚合物强度性能的影响,并进行了一系列的温度响应实验,实验结果表明,养护温度对核防护用地聚合物的早期强度影响巨大,温度越高,早期强度越高,强度提升越快;发现养护温度对养护时间6.5小时以上地聚合物样品的影响不大,且不能改变地聚合物的最终强度;掺合湖北砂的地聚合物样品强度最高,性能最好。     

无机矿物聚合物混凝土收缩性能的研究

通过混凝土收缩试验,研究了水玻璃掺量、水玻璃模数、液固比、胶凝材料用量等因素对无机矿物聚合物混凝土收缩性能的影响.研究结果表明,随着水玻璃模数的增加,无机矿物聚合物混凝土的收缩呈现先降低后增加的趋势;而增加水玻璃掺量、降低液固比和胶凝材料用量均能降低混凝土的收缩.     

偏高岭土基地质聚合物的制备

以偏高岭土为主要固体原料,掺加少量粉煤灰和矿渣,以硅酸钠水玻璃为碱激发剂,制备了偏高岭土基地质聚合物.研究了粉煤灰含量、水玻璃模数、养护方式和矿渣掺量对样品抗压强度的影响.结果表明,在粉煤灰含量为35%、硅酸钠水玻璃模数为l.2、矿渣含量为10%时样品具有较高的抗压强度,养护温度为常温时,28天强度为72MPa,80℃时可达80MPa;通过XRD和MAS-NMR微观分析表明制备的地质聚合物具有类沸石结构,其微观结构形态为无定形态;-Si-O-Al-的键接方式主要为SiQ4(4Al)、SiQ4(2Al)和SiQ4(4Si).     

粉煤灰地聚物反应体系下的反应影响因素分析

以粉煤灰基地质聚合物为研究对象,研究了粉煤灰在地聚物反应体系下的反应影响因素。主要研究内容有:反应时间、反应温度和反应碱浓度对反应过程及宏观强度的影响及相关反应机理。结果表明:在反应中后期,粉煤灰反应速率明显下降而此时地聚物的宏观性能反而呈现最大值。以75℃为例,反应时间从24h延长到672h的过程中,反应程度仅从20.8%增加到了32.4%,平均反应速率仅为0.0179%/h,而此时样品的抗压强度则从1.31MPa增加到了7.98 MPa;在地聚物反应体系下,反应产物为无定形的硅铝胶凝体,该物质的致密程度与地聚物宏观性能直接相关;温度的升高可有效提高粉煤灰的反应速率及地聚物的宏观性能,促进无定形胶凝体的形成和硬化。反应24h,75℃下的反应程度和抗压强度可以达到20.8%和1.31 MPa,而同期35℃下的反应程度只能达到7.8%且尚未形成宏观强度;碱浓度的变化不仅可影响反应速率和宏观性能,还可改变粉煤灰在地聚物反应体系下的最终反应程度,在反应温度为75℃和50℃时,10 mol/L体系下672h的反应程度比5 mol/L体系分别高了90%和28.6%。     

基于灰色关联与二分法的无机矿物聚合物强度特性研究

采用灰色关联分析法与二分法结合,研究了氧化物组成对无机矿物聚合物强度主导因素的影响。研究发现根据强度主导因素的不同可以将无机矿物聚合物分成两个区域,Ⅰ区CaO含量小于25%(ωCaO25%),该区强度受活性n(SiO_2)/n(Al_2O_3)主导。Ⅱ区CaO含量大于25%(ωCaO25%),该区强度受CaO含量的影响更大。分别在两区域内进行强度拟合,Ⅰ区符合二元多项式函数,Ⅱ区符合二元傅里叶函数。在各区域内进行强度拟合,拟合曲面投影图说明水玻璃模数在0.8~1.6时,Ⅰ区使用低模数水玻璃激发较好;当n(CaO)/n(SiO_2+Al_2O_3)0.3时,无机矿物聚合物强度随着n(SiO_2)/n(Al_2O_3)的增大而增大;当n(CaO)/n(SiO_2+Al_2O_3)0.3时,开始显现出n(CaO)/n(SiO_2+Al_2O_3)对强度的影响,随着n(SiO_2)/n(Al_2O_3)的增大,强度呈现先增大后减小的趋势;Ⅱ区则是高模数水玻璃激发更好,水玻璃模数小时最高强度区域出现在n(CaO)/n(SiO_2+Al_2O_3)值大的区域,当激发剂模数增大时,最高强度区域n(CaO)/n(SiO_2+Al_2O_3)的值减小。     

不同活性高岭土矿物聚合反应的研究

使用8M氢氧化钠溶液和模数为3.2的硅酸钠水玻璃的混合溶液为激发剂,选用两种不同活性的高岭土在室温、4MPa的压力条件下制备了矿物聚合物材料.通过XRD、IR和SEM等手段研究了矿物聚合反应的机理,考察了高岭土的活性对矿物聚合反应的影响,观察了基于高岭土的矿物聚合物材料的形貌.结果表明,较高活性的高岭土在激发剂作用下发生了较完全的矿物聚合反应,其产物可以用XRD得到明显的鉴别,而低活性高岭土与激发剂的作用产物XRD上没有明显的特征识别;两种活性高岭土基的矿物聚合反应产物均为层状结构,基于高活性高岭土的矿物聚合反应产物的层的连续性和致密性比基于低活性高岭土的好.     

粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的孔结构及抗压强度

地质聚合物因其优异的力学性能、化学稳定性、耐高温等性能,在建筑、耐火、有毒有害离子固化等领域备受关注。本研究通过压汞法(MIP)、FT-IR、SEM测试分析了粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的孔径分布、凝胶结构及断裂方式,探讨了偏高岭土掺量对其结构与性能的影响。结果表明:地质聚合物的孔径分布随水灰比的调整存在大范围的变化,最可几孔径由几个纳米到100nm。当水灰比固定时,偏高岭土掺量由25%(质量分数)增加至60%(质量分数),地质聚合物中气孔均以凝胶孔为主,最可几孔径由40nm减小至26nm,总气孔率无显著变化,但有害孔的孔隙率明显由3.6%降至0.09%。偏高岭土掺量的增加,提高了凝胶相多元环结构中[AlO_4]的数目,使材料呈均匀化、致密化结构,尤其是改善了未反应粉煤灰颗粒与凝胶相之间的界面结合。偏高岭土掺量为60%时,裂纹在粉煤灰颗粒堆积气孔或薄弱界面周围的快速扩展得到有效控制,抗压强度显著提高,7d龄期时强度达到75.5 MPa。