矿渣碱激发及碱-矿渣泡沫混凝土的试验研究

试验研究水玻璃激发剂用量、矿渣种类和养护方式对矿渣碱激发的影响和三种发泡剂的发泡性能。研究表明,水玻璃(模数1.3、浓度48%)用量为矿渣的18wt%时激发效果最好,矿渣越细激发效果越好,矿渣碱激发后宜采用湿养护;不同发泡剂具有显著不同的发泡性能。以Km-12发泡剂试制了不同干密度(0.4～0.7)g/cm3的碱-矿渣泡沫混凝土,其强度远大于同密度等级的硅酸盐水泥泡沫混凝土。     

地聚物基泡沫混凝土制备与性能研究

采用矿渣和偏高岭土作为矿物原料,水玻璃和NaOH为碱激发剂,制备地聚物胶凝材料;采用化学发泡的方法,以双氧水和MnO_2为发泡剂和催化剂,制备地聚物基泡沫混凝土。研究不同的矿物组成、碱性激发条件、液固比和发泡剂掺量对地聚物基泡沫混凝土性能的影响。研究表明,当矿渣∶偏高岭土=8∶2、水玻璃模数为1.4、液固比为0.55、双氧水掺量占矿物组成的7%时,制备出的地聚物基泡沫混凝土性能最佳,其28 d抗压强度为2.6 MPa,干密度为470 kg/m~3。     

无机聚合物混凝土膨胀性能试验研究

对配制无机聚合物混凝土的激发剂最佳模数、水玻璃最佳掺量及矿粉和粉煤灰质量比等指标进行了大量试验工作,获得制备无机聚合物混凝土碱激发剂的合理参数指标,据此制备掺入不同膨胀剂的无机聚合物砂浆及混凝土试件,并对其各自膨胀性能进行测试,试验结果表明:激发剂模数在1.0~2.0范围内,无机聚合物体系初凝和终凝时间随激发剂模数及水玻璃掺量增大而逐渐延缓;调整激发剂模数为1.5,水玻璃掺量20%,矿粉与粉煤灰质量比为7∶3,可顺利制备无机聚合物混凝土;掺入HCSA膨胀剂的砂浆和混凝土均能表现出良好的膨胀性能,偏高岭土对于改善无机聚合物混凝土前期干缩具有较好的效果。     

化学发泡轻质地聚合物泡沫混凝土的制备及性能

采用化学发泡方式,以碱激发粉煤灰-偏高岭土基地聚合物为胶凝材料,制备出密度低于400kg/m~3的地聚合物轻质泡沫混凝土。研究了材料组成对地聚合物泡沫混凝土干密度、抗压强度、吸水率及导热系数的影响,并对地聚合物泡沫混凝土的孔结构进行了分析。研究表明:随着水料比增加,地聚合物泡沫混凝土吸水率增大,导热系数降低,平均孔径越小,孔隙率越大;在偏高岭土-粉煤灰激发材料体系中,偏高岭土掺量由40%增加至50%时,地聚合物泡沫混凝土性能没有明显改善;当水玻璃掺量增加时,地聚合物泡沫混凝土干密度和抗压强度增加,吸水率降低。当水料比为0.55、水玻璃掺量50%、偏高岭土掺量40%时,制备的地聚合物泡沫混凝土性能最佳,其干密度、14d抗压强度、吸水率和导热系数分别为366kg/m~3、1.18MPa、30.2%和0.084W/m.K。     

碱激发再生黏土砖粉泡沫混凝土性能研究

研究了在碱激发方式下再生黏土砖粉的活性激发效果和机理,探究了活性激发后的再生黏土砖粉用于制备泡沫混凝土的可行性。结果表明：复合碱激发剂可以提高再生黏土砖粉-水泥胶凝材料的28 d抗压强度和活性指数,当复合碱激发剂掺量为3%时,试件的28 d抗压强度和活性指数分别为22.42 MPa和73.3%,激发效果最好;当采用复合碱激发剂时,胶凝材料体系的水化放热速率和水化放热总量低,水化反应时间长,试件的后期强度高;当复合碱激发剂掺量为3%、再生黏土砖粉掺量为40%、水胶比为0.50时,再生黏土砖粉泡沫混凝土的性能满足JG/T266—2011《泡沫混凝土》的要求。     

硅酸盐水泥-碱矿渣配制低密度泡沫混凝土试验研究

以S95矿渣代替部分水泥作为胶凝材料,用化学发泡的方法制备高性能、低密度硅酸盐水泥-碱矿渣泡沫混凝土。采用单因素试验方法研究了复合激发剂掺量对矿渣活性的激发作用及硅酸盐水泥与碱矿渣掺配比对泡沫混凝土性能的影响;测试了干表观密度、抗压强度等性能并计算比强度。试验结果表明:复合激发剂掺量为6%时对矿渣活性的激发作用最好;水胶比为0. 46,S95矿渣最佳掺量在40%～50%之间,制得的泡沫混凝土比强度较大,该配比为最佳配比。     

钼尾矿免蒸压砖的制备及性能研究

以钼尾矿、矿粉为主要原料，消石灰和水玻璃为激发剂，采用振动成型法制备了免蒸压砖，研究了钼尾矿用量、养护温度、激发剂种类及用量等因素对免蒸压砖抗压强度的影响，通过SEM、EDS表征了不同龄期的水化产物，分析了其强度形成机理。结果表明：在钼尾矿-矿粉-石灰体系中，添加水玻璃可以提高石灰常温下的碱激发效果，矿粉中所含的硫酸盐可以加快水化反应，促进水化硅酸钙和水化铝酸钙的形成。免蒸压砖最优配比为：钼尾矿65%、矿粉30%、石灰5%，水玻璃掺量为矿粉质量的0.5%，水灰比0.43，按此制得的免蒸压砖28 d抗压强度为37.8 MPa，符合GB/T 21144—2007《混凝土实心砖》中MU35的要求。     

粉煤灰基地聚合物修补材料的组成设计与性能

以粉煤灰、矿粉两种工业废料为主要原材料,模数为1.2~1.8的水玻璃作为激发剂制备地聚合物。采用五因素四水平的正交试验组成设计方案,测试了水胶比(W)、碱激发剂掺量(S)、矿粉取代率(B)和水玻璃模数(M)在不同水平下试样的流动度、凝结时间、抗压强度和拉伸粘结强度。通过对结果进行极差分析和因素指标分析,得出这种绿色环保型修补材料的组成设计与性能指标之间的关联。综合分析得出,当水胶比为0.28,碱激发剂掺量为0.14,矿粉取代率为0.4,水玻璃模数为1.2时,制备出的地聚合物性能良好,达到绿色环保型建筑修补材料的要求。     

水玻璃模数对碱激发地聚物泡沫混凝土性能的影响研究

碱激发地聚物泡沫混凝土(Alkali Activated Geopolymer Foam Concrete,AAGFC),是使用磨细矿渣粉、粉煤灰等作为原材料,以水玻璃、氢氧化钠或碳酸钠为激发剂,按一定比例与泡沫混合而制备出的一种新型混凝土材料。与水泥基泡沫混凝土相比,AAGFC可有效减少碳排放,并且力学性能更优异。但目前的研究多集中在碱激发矿渣基材上,而对于使用碱激发地聚物制备的泡沫混凝土研究较少。本文研究了不同水玻璃模数对AAGFC主要性能的影响,结果表明：水玻璃模数对AAGFC的工作性能及力学性能影响较大;水玻璃模数为1.3时,浆体凝结时间最短,AAGFC具有最高的比强度。     

碱激发高强混凝土工作性及强度特性影响研究

为掌握碱激发高强混凝土的工作性及强度特性影响因素,采用碱激发矿粉的技术途径,利用试验验证的方法研制了工作性能良好、抗压强度超过100 MPa的高强混凝土。对比分析了配合比参数、激发剂用量钢纤维掺量以及养护条件等因素的影响。试验结果表明:胶凝材用量是控制碱激发高强混凝土强度的关键因素,碱激发高强混凝土的最佳砂率为0.38、钢纤维的最佳掺量为0.5%、采用标准养护即可满足力学性能要求。     

用于道路修复加固的地聚合物注浆材料的研制

选用矿粉、粉煤灰为主要原料,通过碱激发剂形成胶凝体结构的无机高性能高分子胶结材料,研究了矿物掺量、激发剂、减水剂、缓凝剂、塑性膨胀剂A对注浆材料性能的影响,确定了地聚合物注浆材料的最优配合比为:矿粉掺量30%,粉煤灰掺量70%,FDN减水剂掺量1%,缓凝剂BL掺量1%,激发剂模数1.6、掺量8%,塑性膨胀剂A掺量0.1%。制备的用于道路修复加固的地聚合物注浆材料较好地解决了传统水泥注浆材料耐久性差、使用寿命短等问题,且实际工程应用效果良好。     

碱激发剂对不同掺量粉煤灰UHPC的影响

在UHPC材料中,通过在粉煤灰0%、20%、30%、40%的掺量下掺入不同碱激发剂(氢氧化钙、氢氧化钠、硫酸钠、硫酸钙、碳酸钠、水玻璃)测试砂浆浆体流动性、经时损失和胶砂试件抗压强度、抗折强度。结果表明:在UHPC材料中,随着粉煤灰掺量的增加,流动性改善明显,对抗压抗折强度影响较大;在粉煤灰掺量较小时,碱激发剂效果不明显,随着粉煤灰掺量的增加,碱激发剂的效果逐渐凸显出来;在粉煤灰掺量为30%、40%时,硫酸钙为最为突出的碱激发剂。     

碱矿渣泡沫混凝土配合比和孔结构研究

以矿渣掺量系数、溶胶比、碱当量为参数,进行三因素三水平的正交试验,得到以水玻璃为激发剂的碱矿渣泡沫混凝土的最优配合比。试验结果表明,三个因素中,碱当量对碱矿渣泡沫混凝土28d的抗压强度、干密度、导热系数的影响均为最高,其次是溶胶比,矿渣掺量系数影响最小。用Image-Pro Plus图像处理与分析软件对碱矿渣泡沫混凝土的孔结构进行分析,得到表征孔隙率、平均圆度系数、平均孔径、孔径分布等孔结构参数,分析可知碱矿渣泡沫混凝土的各项性能与其孔结构之间有着密切的联系,孔隙率和平均孔径越小,抗压强度越高、导热系数越大;碱矿渣泡沫混凝土的干密度与孔隙率有很好的相关性,相关系数R为0.9888。     

玻璃粉-矿渣地聚合物基泡沫混凝土研究

以H2O2为发泡剂,以玻璃粉、矿渣、碱激发剂等为原料制备地聚合物基泡沫混凝土。考察碱激发剂模数、玻璃粉/矿渣质量比、碱激发剂用量、H2O2用量等因素对泡沫混凝土干密度、抗压强度和导热系数等性能影响。结果表明:当碱激发剂模数为1.2,玻璃粉/矿渣质量比为10%,碱激发剂用量为15%,H2O2用量为5%时,泡沫混凝土的综合性能最佳,干密度为409.3 kg/m3,抗压强度为1.64 MPa,导热系数为0.088 W/(m·K)。     

轻质高强泡沫混凝土的研制

通过正交实验,系统研究了胶凝材料总量、矿粉掺量、水灰比、减水剂掺量、纤维掺量、憎水剂等因素对泡沫混凝土性能的影响。研究结果表明,矿粉有利于提高泡沫混凝土的性能,憎水剂可大幅度降低泡沫混凝土吸水率,制备出容重仅为550kg/m~3而强度可达5.0MPa的轻质高强泡沫混凝土,同时具有较低的吸水率。     

碱激发矿渣胶凝材料膨胀性能研究

以矿粉、粉煤灰为胶凝材料,水玻璃和氢氧化钠配制激发剂进行碱激发矿渣胶凝材料膨胀性能研究。研究发现以硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂和氧化镁作为外加剂掺入胶凝材料中可以大大减小碱激发矿渣胶凝材料的干缩性能,密封和水养条件要比自然养护条件下干缩率小,且以水玻璃和氢氧化钠混合的激发剂制备的碱激发胶凝材料其干缩12d左右基本趋于稳定。     

超细矿粉改性生土的正交试验研究

采用正交设计方法,以碱激发超细矿粉改性生土材料的抗压强度为指标,分析了生土颗粒粒径、生土与超细矿粉比例、复合碱性激发剂掺量等因素对碱激发超细矿粉改性生土材料抗压强度的影响,结果表明:各因素影响改性生土抗压强度的顺序为复合碱性激发剂掺量、生土颗粒粒径、生土与超细矿粉比例;复合碱性激发剂掺量的影响最大,最佳的复合碱性激发剂掺量为6%。     

发泡剂利用率对泡沫混凝土性能影响研究

研究了发泡剂掺量对泡沫混凝土的孔径、抗压强度、密度、导热系数以及发泡剂利用率等性能的影响.结果表明:发泡剂掺量(质量分数)为5%~6%时,泡沫混凝土孔径均匀,其抗压强度、密度及导热系数最佳,发泡剂利用率最大.发泡剂利用率和发泡剂最佳掺量的提出对泡沫混凝土的生产具有一定的理论指导意义.     

辅助胶凝材料对碱矿渣混凝土限制膨胀率的影响

采用混凝土长度测试试验研究了碱矿渣混凝土的限制膨胀率,分析了辅助胶凝材料种类、掺量、碱组分及水灰比对混凝土限制膨胀率的影响。结果表明:膨胀剂掺量在6%~10%内,碱矿渣混凝土的限制膨胀率随掺量提高而增大;水玻璃为激发剂时碱矿渣混凝土的限制膨胀率较激发剂为NaOH时小,且限制膨胀率随模数及碱当量的增大而减小;当水灰比在0.37~0.45的范围内增长时,掺加明矾石膨胀剂A的碱矿渣混凝土限制膨胀率减小,掺加辅助胶凝材料M时限制膨胀率增大。     

大掺量粉煤灰超轻泡沫混凝土的试验研究

通过化学方法制备大掺量粉煤灰超轻泡沫混凝土,分析了其结构形成机理,研究了粉煤灰掺量、激活剂、水灰比和发泡剂等因素对其性能的影响。结果表明,采用激活剂的情况下,粉煤灰掺量达到45%(质量百分数)可以制得干表观密度低于200 kg/m3,7 d抗压强度大于0.2 MPa的泡沫混凝土。