盐水与冻融耦合作用对玄武岩纤维水泥土性能影响研究

冻融循环作用与外界环境的侵蚀是影响水泥土强度的主要因素,探索如何提高水泥土在寒冷地区盐水侵蚀环境下的强度及其发展规律是一个重要的课题。通过盐冻试验和无侧限抗压强度试验,研究了玄武岩纤维水泥土在不同溶液(3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液、3.5%Na₂SO₄溶液、3.5%(NaCl+Na₂SO₄)混合溶液、清水)与冻融循环作用耦合下的力学性质与表观特征,探讨了养护温度、侵蚀溶液类型、冻融循环次数等变量对水泥土性能的影响。在此基础上,采用Logistic生长模型,对不同环境下水泥土试块的强度进行回归分析。研究结果表明:低温养护环境会抑制水泥土强度的发展;随着冻融次数的增加,试块出现了不同程度的质量损失、表面破坏,以及无侧限抗压强度降低的现象;在相同冻融次数下,玄武岩纤维水泥土的破坏程度由强到弱依次为硫酸盐冻＞混合盐冻＞氯盐冻＞水冻;而掺入玄武岩纤维可使水泥土经历更多次的冻融循环,有效降低强度损失率,提高水泥土的抗冻性;通过回归分析,得到不同试验组的强度衰减模型和预期强度。     

复合盐侵蚀再生混凝土耐久性能退化试验研究

我国西北地区土壤及其地下水中含有大量侵蚀性离子,造成了再生混凝土结构耐久性能快速退化,严重制约着再生混凝土在主体结构中的应用。基于西北地区耐久性环境中侵蚀离子组成及区域气候环境特征,以7.5%(质量分数)MgSO₄-7.5%(质量分数)Na₂SO₄-5%(质量分数)NaCl为侵蚀介质,采用干湿交替方式,开展复合盐侵蚀再生混凝土耐久性能退化试验研究。以粉煤灰、矿渣、硅灰、偏高岭土等活性矿物掺合料取代水泥,研究矿物掺合料搭配方式对再生混凝土耐久性能影响。采用XRD、FTIR、TG-DSC及SEM、EDS等表征手段,分析侵蚀产物矿物组成、含量及微结构变化,研究复合盐侵蚀再生混凝土损伤过程。随着干湿交替次数增加,再生混凝土相对动弹性模量、质量变化率、相对抗压强度、相对劈裂抗拉强度及损伤层厚度的变化规律与矿物掺合料搭配方式有着显著的相关性。随着侵蚀离子的不断扩散,混凝土碱度降低,在表面依次形成了以水镁石、石膏及钙钒石为主要产物的致密侵蚀产物层,短暂阻碍了侵蚀离子进一步扩散。随着侵蚀产物不断堆积及无胶凝性水化硅酸镁的形成,在膨胀应力及盐结晶压力共同作用下,再生混凝土表面大量剥蚀并开裂,耐久性能快速退化。     

硫酸盐浸泡环境下CaO-Na2CO3激发矿渣砂浆性能退化及机理研究

以Na₂SO₄和MgSO₄溶液为侵蚀介质,研究了在浸泡环境下CaO-Na₂CO₃激发矿渣(CNS)砂浆和普通硅酸盐水泥(OPC)砂浆经硫酸盐侵蚀前后的抗折强度、抗压强度及不同深度处的SO^2-₄浓度,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)等测试方法分析了CNS砂浆和OPC砂浆的侵蚀产物及孔结构,对比讨论了Na₂SO₄和MgSO₄对CNS砂浆和OPC砂浆的侵蚀机理。结果表明:CNS砂浆的水化产物主要是低Ca/Si比的水化硅铝酸钙(C-A-S-H),不存在氢氧化钙,碳酸钙的填充作用使其孔结构优于OPC砂浆,并且在相同侵蚀环境下,CNS砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力大于OPC砂浆;MgSO₄侵蚀环境下CNS砂浆的侵蚀产物主要是水镁石(腐蚀后期会带动试件表面的砂浆一起剥落)和无黏聚力的水化硅铝酸镁(M-A-S-H);与Na₂SO₄相比,MgSO₄对CNS砂浆的腐蚀性更强。     

盐冻作用下玄武岩纤维混凝土力学性能损伤研究

针对西北寒旱地区混凝土结构易开裂耐久性降低的问题,选取力学性能优异的玄武岩纤维作为混凝土增强材料,采用室内快速冻融试验,以纤维体积掺量为变量,研究了不同纤维体积掺量(0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)混凝土试件分别在清水、质量分数为3%的NaCl溶液、质量分数为5%的Na₂SO₄溶液冻融作用下动弹性模量、抗压强度、抗折强度三个力学性指标的变化。研究发现,玄武岩纤维的掺入能有效提升混凝土的初始抗折强度和抗盐冻能力,纤维体积掺量在0.15%~0.2%时混凝土试件动弹性模量、抗压强度与抗折强度在盐冻作用下的衰减速率减缓明显,玄武岩纤维混凝土在三种冻融介质中力学性能下降速率排序为清水<5%Na₂SO₄溶液<3%NaCl溶液。以动弹性模量为损伤变量,拟合混凝土相对抗压强度、相对抗折强度与损伤度的相关模型,模型相关性良好。研究结果可为玄武岩纤维混凝土的实际运用与后期维护提供理论依据与参考。     

基于数字图像处理的盐溶液过饱和比与结晶压力测量方法

溶液过饱和比和结晶压力是研究多孔材料结晶破坏效应的主要参数，但目前没有很好的手段直接测量溶液过饱和比。观察溶液结晶现象发现，溶液结晶前后图像灰度会发生明显变化，因此本文提出一种基于数字图像处理(DIP)技术的盐结晶过饱和比和结晶压力的测量方法。该方法以图像为基础，得出灰度值与溶液浓度的关系，运用MATLAB软件绘出溶液过饱和比和结晶压力分布图。以Na₂SO₄溶液和NaCl溶液的结晶行为为例，得到Na₂SO₄溶液与NaCl溶液结晶的初始过饱和比在1.1～1.3,进一步计算了Na₂SO₄和NaCl的结晶压力理论值。Na₂SO₄和NaCl结晶破坏效应的差异与二者不同的结晶行为有关，Na₂SO₄晶体的蠕变生长行为导致其更具破坏性。     

不同激发方式对再生微粉活性的影响研究

为提高建筑垃圾再生微粉的利用率，通过不同种类的激发剂以及机械研磨处理来激发再生微粉的活性，制备水泥胶砂试体，以抗压强度、28 d活性指数以及微观结构为评价依据，研究不同种类、不同掺量激发剂对再生微粉活性的激发效果。结果表明：化学激发剂及机械球磨处理均可提高再生微粉的活性，在28 d龄期时，化学激发剂中4%Na₂SO₄激发效果最好，4%CaCl₂的激发效果最差，机械球磨处理中，90 min为最佳处理时间。从微观角度观察到再生微粉经过激发剂和机械球磨处理之后，其制成的胶砂试体结构变得更加平整和密实。     

燃煤锅炉烟气中Na2SO4生成的化学动力学研究

准东煤燃烧过程中Na₂SO₄的形成会造成锅炉受热面沾污、尾部SCR催化剂失活等问题。烟气中Na₂SO₄形成及转化规律的研究对于预测和控制燃煤烟气中Na₂SO₄的形成有重要意义。发展了烟气中Na/Cl/S/O/H化学动力学模型,研究了烟气中Na₂SO₄的生成过程及转化机理,考察了含氧量、温度、SO₂浓度、H₂O浓度等因素对Na₂SO₄生成的影响。动力学计算结果表明,模型预测结果与实验数据吻合较好,验证了模型的准确性。烟气中的高氧气含量有利于Na₂SO₄的生成。高温加快化学反应的同时,抑制了Na₂SO₄的生成。SO₂和H₂O的影响效果受温度影响较大。反应路径分析表明,Na₂SO₄的生成路径有两个：一是依赖于SO₂直接氧化（NaCl→NaSO₃Cl→NaHSO₄→Na₂SO₄）,二是依赖于SO₂间接氧化（NaCl→NaO₂→NaSO₄→NaHSO₄→Na₂SO₄）。敏感性分析结果表明,Na₂SO₄的生成主要对系统中生成或消耗自由基的反应更为敏感。     

高质高效利用硫酸钠资源的分析和探讨

随着我国工业用水循环利用率的提高,通过分盐结晶装置实现了废水近零排放,同时副产出大量工业Na₂SO₄,如何高质高效利用Na₂SO₄是工业水系统面临的问题。本文介绍了Na₂SO₄制纯碱的固相法工艺、湿法工艺及其工业化现状;分析了传统转炉法Na₂SO₄制Na₂S的缺点和流态化技术的革新情况,认为气相流态化还原Na₂SO₄是转炉法生产Na₂S的革新方向;结合冶金和石化行业的流态化技术应用,阐述了气相还原Na₂SO₄制Na₂S的研究进展,探讨了气相流态化还原Na₂SO₄的全流程工艺;提出气相流态化还原Na₂SO₄制Na₂S是Na₂SO     

Na2SO4掺杂含MgO铝酸钙熟料的结构表征及浸出性能

使用分析纯MgO、CaCO₃、SiO₂、Al₂O₃与Na₂SO₄在1350℃保温1 h合成了掺杂Na₂SO₄的含MgO铝酸钙熟料,在Na₂CO₃溶液体系下研究了其氧化铝浸出性能,通过XRD等分析手段对其晶体结构和自粉化性能进行了研究。结果表明,Na₂SO₄可以显著提升铝酸钙熟料的浸出性能,Na₂SO₄掺杂量由0%提高到4%,熟料的氧化铝浸出率由61.89%提高到92.01%,继续添加Na₂SO₄,浸出性能趋于稳定。由XRD结果可知,Na₂SO₄促使20CaO·13Al₂O₃·3MgO·3SiO₂（Q相）发生分解并使其转变为12CaO·7Al₂O₃（C₁₂A₇）。Na⁺进入C₁₂A₇晶格引起晶格畸变,从而提高C₁₂A₇的氧化铝浸出性能。Na₂SO₄的加入降低了熟料的自粉化性能,Na₂SO₄掺杂量由0%提高到6%,熟料的自粉率由97.46%下降到85.34%,当Na₂SO₄掺杂量达到10%后,熟料自粉率仅为36.3%。     

早强剂和防冻剂对不同类型引气剂性能的影响

为了提高严寒环境下混凝土早期强度和抗冻性,常将引气剂与早强剂和防冻剂复合使用,而复合使用时的起泡、稳泡性能及机理尚不明确。本文选取了3种引气剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)以及脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9),系统比较了早强剂(Na₂SO₄、NaNO₂)和防冻剂(乙二醇)对不同引气剂溶液的表面活性、泡沫性能以及引气混凝土含气量的影响。结果表明:Na₂SO₄、NaNO₂的加入都会降低引气剂溶液临界胶束浓度(c_m),乙二醇增大了CTAB的c_m,而对SDBS和AEO-9的c_m影响不大;引气剂溶液泡沫高度变化符合指数衰减模型,Na₂SO₄、NaNO₂和乙二醇降低了SDBS和CTAB泡沫稳定性,却不同程度地提高了AEO-9泡沫的稳定性;混凝土含气量结果与引气剂溶液泡沫性能具有一定相关性,也存在明显的差异性。     

花岗岩废料再生混凝土路面砖抗冻融性能研究

采用慢冻法对花岗岩废料再生混凝土路面砖进行50次冻融循环试验,以质量损失与抗压强度作为依据研究影响再生混凝土路面砖抗冻融性变化规律。基于体积膨胀及渗透压理论并结合扫描电镜分析,对比冻融前后再生混凝土路面砖显微结构与水化产物组成,从细微裂缝积累与膨胀性应力作用角度揭示其冻融损伤机理,建立浆体孔隙结构变化模型和浆体浓度差所产生的渗透压模型。研究结果表明,微、细、粗集料分别以20%、30%、50%(质量分数)为最佳取代率的再生混凝土路面砖的质量损失率为1.5%,抗压强度损失率为10.0%,较基准组有所降低,但较大程度上提高了花岗石废料的利用率,且满足试验标准和路用性能的基本要求。微观分析结果表明,浆体水化产物中较高的钙矾石含量使混凝土微裂缝富集,最终形成宏观裂缝导致冻胀破坏,所建立的模型揭示了外界水的侵入引起体积膨胀、毛细孔与凝胶孔中浆体浓度差所产生渗透压引起的膨胀性应力是致使冻融损伤发生的真正原因。     

高浓盐水Na2SO4和NaCl结晶盐的冷法分离研究

以NaCl和Na₂SO₄高浓盐水为原料，考察冷却结晶和冷冻浓缩过程对Na₂SO₄和NaCl结晶盐的分离。通过考察不同结晶温度下结晶盐的冷却结晶析出过程，可以得到纯度较高的Na₂SO₄结晶盐，说明可以采用冷却结晶方式，利用溶解度随温度变化差异分离Na₂SO₄。通过对冷冻浓缩过程的研究，表明当温度低于-9.9℃时，剩余浓缩液中主要为NaCl，对应NaCl结晶盐纯度可达到95%。通过深度浓缩NaCl浓盐水，可将NaCl浓缩至～27 wt%的浓度，产水中NaCl浓度不大于1 wt%，可经进一步处理后回用。因此，通过结合冷却结晶和冷冻浓缩过程，可以实现Na₂SO₄和NaCl结晶盐的冷法分离。     

黄磷渣与硫酸钠-氯化钠制备高温复合相变储能材料

以黄磷渣及硫酸钠-氯化钠(Na₂SO₄-NaCl)为原料，采用混合烧结法制备了高温复合相变储能材料(C-PCMs)，并采用X射线衍射、扫描电镜、热重分析等手段分析了C-PCMs的化学相容性、力学特性、相变特性及热稳定性。结果表明：相变材料Na₂SO₄-NaCl在高温环境下对黄磷渣的侵蚀作用较小，两者具有良好的化学相容性；随着Na₂SO₄-NaCl掺量的增加，C-PCMs的结构趋于致密，力学强度及潜热值逐渐增大；当相变材料Na₂SO₄-NaCl掺量超过60%(质量分数)时，C-PCMs出现明显的泄漏现象；当相变材料Na₂SO₄-NaCl掺量为60%(质量分数)时，CPCMs的抗压强度、维氏硬度、密度和潜热值分别为122.30 MPa、208.90 HV、2.08 g/cm3和119.09 J/g，经120次热循环，C-PCMs中的Na₂SO_...     

四元体系Na+,K+//Br-,SO42——H2O373K相平衡

采用等温溶解平衡法研究了四元体系Na⁺,K⁺//Br^-,SO₄^2--H₂O在373 K条件下的相平衡关系,测定了平衡溶液的溶解度和密度,并根据实验数据绘制相应的相图、水图和密度图。研究发现:交互四元体系Na⁺,K⁺//Br^-,SO₄^2--H₂O在373 K温度下,有复盐钾芒硝Na₂SO₄·3K₂SO₄生成,相图由3个共饱和点、7条单变量曲线和5个结晶区组成。其中,5个结晶区分别对应单盐:K₂SO₄,KBr,NaBr,Na₂SO₄和复盐Na₂SO₄·3K₂SO₄(Gla)。     

不同种类硫酸盐溶液侵蚀下混凝土损伤研究

研究了混凝土在不同种类硫酸盐溶液与干湿循环作用下的损伤层厚度演化规律,分析了损伤层混凝土的力学性能,得到了损伤层混凝土抗压强度。研究结果表明：随着侵蚀时间增加,混凝土损伤层中超声声速降低,损伤层厚度增大,并且损伤层混凝土抗压强度明显降低。当混凝土损伤层越厚、声速越低时,其损伤程度越大。混凝土在硫酸镁溶液中的损伤层厚度最大,且抗压强度劣化明显,混凝土侵蚀破坏最严重;硫酸钠与氯化钠的复合溶液中混凝土损伤层厚度最小,其抗压强度降低最少,氯离子的存在降低了混凝土的损伤劣化程度。     

熔盐种类对熔盐法合成镁橄榄石的影响

以分析纯MgO和SiO₂为原料,分别以分析纯NaCl、Na₂CO₃、NaCl-Na₂CO₃和Na₂SO₄为熔盐介质,采用熔盐法在1 100℃保温3 h合成镁橄榄石,并对合成镁橄榄石进行了XRD、SEM、EDS、Jade分析。结果表明：以Na₂CO₃或NaCl-Na₂CO₃为熔盐介质合成的镁橄榄石纯度很低,因为Na₂CO₃与MgO和SiO₂反应生成了大量的Na₂MgSiO₄。以NaCl为熔盐介质合成的镁橄榄石纯度非常高。以Na₂SO₄为熔盐介质合成的镁橄榄石纯度较高,有少量MgSiO₃生成。分析认为,在NaCl熔盐中合成镁橄榄石的机制为“模板生长”,在Na₂     

常见钠盐的高温挥发特性及热解机理

选取有机废液中常见的钠盐(氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、甲酸钠、乙酸钠、草酸钠),通过热重分析仪,在25~1400℃考察其高温挥发特性。基于Gibbs自由能最小原理,对NaCl、Na₂CO₃及Na₂SO₄的挥发特性进行热力学计算。结果表明,在N₂气氛中,NaCl在达到熔点后以气态NaCl及气态Na₂Cl₂的形式释放,Na₂SO₄升温至885℃分解生成Na₂O,同时Na₂O分解,并以Na单质形式释放。而有机羧酸钠盐在600℃之前均热解为Na₂CO₃,继续升高温度则分解为Na₂O,同样最后以气态Na单质的形式释放。在空气气氛中,由于O₂的存在,抑制了Na₂O的分解反应,致使Na₂CO₃分解速率小于N₂气氛。     

侵蚀性二氧化碳对混凝土耐久性的影响分析

通过模拟实际项目工程中混凝土的存在环境,将搅拌成型的试块放入中等腐蚀性地下水中浸泡28 d进行试验研究。通过对浸泡后的混凝土进行抗压强度试验及MIP、XRD和电子扫描等微观试验来研究分析C0₂侵蚀混凝土的反应机理,研究C0₂侵蚀深度与混凝土强度及水胶比的关系,分析矿物掺合料对混凝土内部孔结构及抵抗CO₂侵蚀混凝土的反应机理。通过试验发现,抗压强度与CO₂侵蚀深度呈现负相关,抗压强度越高,侵蚀深度越浅,水胶比越大,侵蚀深度越深。混凝土内掺入适量的矿渣可以抵抗CO₂对混凝土的侵蚀,改善混凝土内部结构。     

基于响应曲面法的粉煤灰泡沫混凝土配合比优化

为了对粉煤灰泡沫混凝土进行配合比优化,首先通过比较不同激发剂组合和掺量对粉煤灰胶砂强度的影响,确定粉煤灰激发剂掺量,然后通过单因素试验,确定泡沫混凝土中粉煤灰、CaSt和H₂O₂的最佳掺量范围,最后基于Box-Benhnken响应曲面法研究粉煤灰、CaSt和H₂O掺量对泡沫混凝土抗压强度、干密度和导热系数的影响,建立响应面模型,探究各因素及交互作用的影响程度,获得最优配合比。结果表明,采用4.5%(质量分数,下同)Na₂SO₄和4.5%Ca(OH)₂的双掺激发组合显著提高了粉煤灰胶砂的性能。粉煤灰与H₂O₂掺量交互作用对抗压强度影响显著,CaSt与H₂O₂掺量交互作用对干密度影响显著,粉煤灰与CaSt掺量交互作用对导热系数影响显著。当水胶比为0.5、粉煤灰掺量为20.7%、CaSt掺量为1.9%、H₂O₂掺量为2.9%时,能够...     

冻融与硫酸盐侵蚀耦合作用下再生混凝土劣化规律

采用快冻法,对再生骨料取代率为30％的混凝土分别在3％Na2SO4,5％Na2SO4,10％Na2SO4(质量分数)溶液以及水中的冻融情况进行试验,试验过程中测试了再生混凝土质量变化、相对动弹性模量、抗压强度损失及损伤层厚度,分析了再生混凝土在冻融与Na2SO4溶液耦合作用下的损伤机理,建立了再生混凝土的冻融损伤模型,利用模型预测了再生混凝土的抗冻寿命.结果表明:再生混凝土在5％Na2SO4溶液中冻融损伤最严重;再生混凝土在10％Na2SO4溶液中的冻融损伤大于在3％Na2SO4溶液和水中的冻融损伤;再生混凝土的相对动弹性模量变化和损伤层厚度的变化相关,可以利用相对动弹性模量表示再生混凝土的内部损伤;曲线模型可以较好表征再生混凝土在硫酸盐环境下的冻融损伤,在5％Na2SO4溶液中,再生混凝土的抗冻寿命最差.