赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料性质的研究

以赤泥、粉煤灰、矿渣等工业废渣为主要原料制备碱激发胶凝材料,通过正交实验找出了赤泥、矿渣和粉煤灰的最佳配比。当赤泥与粉煤灰比例为3∶1、矿渣的掺量为40%、12%硅酸钠促硬剂为0.12A、减水剂为0.7%时,所制备的碱激发胶凝材料力学性能较好。用蒸压养护制度可得出性能最优的碱激发胶凝材料。赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料具有一定的耐酸碱盐腐蚀性、耐高温性能和良好的抗冻性能;吸水率由高到低依次为:水泥、净浆试体、胶砂试体Ⅰ(灰砂比为2∶1)、胶砂试体Ⅱ(灰砂比为1∶1)。X-射线衍射分析表明:在碱激发胶凝材料中生成了大量的铝硅酸盐和钙硅酸盐的复合反应产物,如:莫来石(K2O.Na2O.H2O、Al6Si2O13)、托勃莫来石和C-S-H、C2-S-H凝胶产物等。该类材料不仅具有类似有机聚合物的完整岛状结构及链状结构,还能与矿物颗粒表面的[SiO4]4-和[AlO4]4-四面体通过脱烃基作用形成化学键;来源于原料中Ca(OH)2的C-S-H凝胶多生成于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙之中,从而大大提高了结构密实度,是其获得高强度的直接原因。     

碱激发矿渣陶粒混凝土砌块高温后力学性能

为研究碱激发矿渣陶粒混凝土砌块高温后力学性能,完成了MU10和MU20两个强度等级常温下及历经400、600、700、800、900、1 000、1 100℃高温后各24个碱激发矿渣陶粒混凝土砌块抗压试验.发现MU10和MU20砌块高温后抗压强度在20～1 100℃间随历经温度的升高而线性降低.基于试验结果,建立了高温后碱激发矿渣陶粒混凝土砌块抗压强度随历经温度而变化的计算公式.     

碱-偏高岭土-矿渣水合陶瓷力学性能研究

研究了水热条件、粒化高炉矿渣掺量对碱-偏高岭土-矿渣水合陶瓷（alkali—activated metakaolin slag hydroceramic，AKSHC）力学性能和孔结构的影响；测定了当矿渣掺量为20％时，AKSHC基材的耐酸性和耐水性，研究了高碱废液掺量和水灰比对其固化体力学性能的影响。结果表明：一定范围内，矿渣能有效改善AKSHC基材力学性能；矿渣掺量增加，AKSHC基材孔体积逐渐增大，孔集中分布在15～90nm的范围内；AKSHC20固化体强度随高碱废液加入量增加、水灰比减小而提高。     

碱激发碳酸盐矿-矿渣复合作用及机理的研究

采用无活性的锆英石分别等体积替代碱激发碳酸盐矿-矿渣胶凝材料（AACSCM）中的碳酸盐矿和矿渣，通过胶砂强度试验考察了在AACSCM材料中碳酸盐矿与矿渣的复合作用，进而通过净浆硬化体的孔溶液成分分析研究了其复合作用机理。结果表明：在硅酸钠溶液碳酸盐矿-矿渣体系反应的后期，矿渣、碳酸盐矿与硅酸钠溶液之间具有显著的协同效应。其机理是：在反应后期，由矿渣自身解体提供的Ca^2＋、Mg^2＋等的数量已不足，而Al^3＋则有较多剩余，此时，碳酸盐矿的溶解提供了所需的Ca^2＋和Mg^2＋，促进了矿渣进一步解体，而矿渣解体需要更多的（Ca^2＋和Mg^2＋，反过来又加速了碳酸盐矿的溶解，如此反复，使得整个体系的反应程度有较大提高，材料的强度和抗渗性能等得到显著改善。     

碱矿渣水泥复合激发剂的研究

以试验研究结果提出了强碱 硫酸盐 铝酸盐系统可以作为碱矿渣水泥的复合激发剂，其激发效果较单组分激发剂为好。并能够以较简单的方式加以实现，为碱矿渣水泥研制探索出一条新路。     

固态碱—矿渣—赤泥胶凝材料的研究

在实验条件下研究了碱性激发剂的种类掺量对碱－矿渣－示泥体系性能的影响。结果表明，采用适当的固体激发剂代替传统的液体水玻璃可以克服急凝现象，使体系正常凝结，同时保持体系原有的快硬早强特性。另外，采用有些固体碱激发剂时，体系会发生严重慢凝，但加入适量烧石膏可使凝结恢复正常。     

对碱矿渣水泥—赤泥—粉煤灰免烧砖的研究

主要对利用碱矿渣水泥、赤泥和粉煤灰等材料制造免烧砖的技术进行了研究,使用了不同的激发剂Ａ和Ｂ,并确定了各组分材料的最佳配比,在最佳配比条件下,制造的免烧砖的性能等级可达２０号以上。     

纤维增韧碱矿渣混凝土力学性能及微孔结构

研究了聚丙烯纤维对碱矿渣混凝土力学性能的影响规律及其对碱矿渣水泥石微观孔结构优化作用。结果表明:聚丙烯纤维能显著改善碱矿渣混凝土的微孔结构,降低混凝土孔隙率和孔隙的中值孔径,从而提高碱矿渣混凝土的抗压强度与抗折强度,且随纤维掺率的提高,其抗压强度与抗折强度也不断增加。在聚丙烯纤维掺率为1.8kg/m3时,碱矿渣混凝土28d龄期的孔隙率降低,中值孔径降低20%,抗压强度增加8.5%,7d龄期的抗折强度增加4.4%。     

粉煤灰-矿渣复合基地质聚合物力学性能的影响因素

地质聚合物作为一种新型的绿色胶凝材料,与硅酸盐水泥相比,地质聚合物具有环境友好、耐高温、耐久性好等优点.本实验采用工业固体废物粉煤灰和矿渣,配以石英砂和碱硅酸盐激发剂,制备得到地质聚合物材料.以制品抗压强度为指标,研究了粉煤灰与矿渣复合比、碱硅酸盐激发剂的模数与固含量、以及液胶比对地质聚合物性能的影响规律.结果表明:随着粉煤灰占总胶凝材料比例的增加,体系中CaO的含量降低,地质聚合物的抗压强度逐渐降低;当碱硅酸盐激发剂固含量为32%时,地聚物抗压强度随其模数的增大表现为先增大后减小,当模数为1.2时,试样7d抗压强度达到94.9 MPa;对于液胶比,随液胶比的增大,地聚物的抗压强度先增大后减小,液胶比为0.48时,抗压强度最大.     

矿渣-粉煤灰基地聚合物性能研究

以矿渣、粉煤灰等为原料制备地聚合物,研究了M(矿渣/粉煤灰)、水玻璃模数、NaOH浓度对地聚合物材料扩展度和抗压强度的影响规律.结果表明:水对地聚合物的扩展度影响大;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.通过灰关联分析得到地聚合物综合效益指标最优的配比为M(矿渣/粉煤灰)=0.8...     

废旧沥青混合料为骨料的碱激发矿渣混凝土制备与性能研究

以废旧沥青混合料(RAP)为骨料,采用氢氧化钠和水玻璃复合激发剂,制备了碱激发矿渣混凝土,研究了激发剂掺量(碱当量)、矿渣粉用量和表面活性剂对RAP骨料碱激发混凝土性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)观察了冻融前后RAP骨料碱激发混凝土的微观结构。结果表明,随激发剂掺量增加,RAP骨料碱激发混凝土抗压强度升高,但激发剂掺量过多,会降低混凝土的和易性,适宜的碱当量为6%,所制备的RAP骨料碱激发混凝土的28 d抗压强度达到33.1 MPa;采用表面活性剂可有效提高RAP骨料碱激发混凝土抗压强度和抗冻性,SEM观察发现,表面活性剂明显减少了RAP骨料碱激发混凝土冻融循环过程中裂缝的形成,这表明表面活性剂有效改善了RAP骨料与碱激发胶凝材料的界面粘结。     

钢纤维地质聚合物混凝土静态力学性能研究

通过控制粉煤灰、矿渣和钢纤维的掺量,配制了不同抗压强度的钢纤维地质聚合物混凝土试件,进行轴心抗压试验与电镜扫描(field scanning electron microscope, FSEM)微观结构分析,研究了钢纤维掺量对不同混凝土基准强度试件的应力-应变曲线、能量耗散等力学特征的影响。结果表明：钢纤维提升了普通地质聚合物混凝土的轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变、能量耗散与延性等力学性能;FSEM试验观测到钢纤维的桥接作用及硅酸钙水合物的粘结作用改善了试件内部材料之间的粘结性能,使试件的力学性能得到了较好的提升;建立的轴心受压应力-应变本构模型与试验值整体吻合较好,为钢纤维地质聚合物的工程应用提供了一定的理论基础。     

赤泥冻融-淋洗脱碱试验研究

强碱性限制了赤泥在诸多领域的综合利用。以河南某拜耳法氧化铝厂提供的赤泥为研究对象,提出冻融协同化学淋洗的脱碱方案,即利用反复冻融土颗粒原有结构的同时,破坏结合碱晶体结构,使赤泥中包裹的结构碱进一步释放,能够增加接触面积的原理,进行冻融-淋洗脱碱试验。考察冻融作用对赤泥结构的影响以及草酸浓度、冻融次数对赤泥脱碱率的影响,同时通过XRD物相分析、粒度分析和电子显微镜扫描,从微观层面分析冻融-淋洗脱碱的机理。结果表明,冻融作用可破坏赤泥颗粒中含有结合碱物质的晶体结构,有助于淋洗液与结合碱接触反应,从而提高脱碱率;在草酸浓度为0.5 mol/L,2次冻融淋洗的条件下,赤泥的脱碱率可达94.96%,较常温条件下提高14.26%。该研究为今后季节冻土区冻融交替现象赤泥脱碱提供了新思路。     

水玻璃激发碱-矿渣水泥的水化放热和凝结性能

水玻璃模数和碱当量对碱-矿渣水泥的水化放热和凝结性能有重要影响。该文系统地探讨了水玻璃模数和碱当量对碱-矿渣水泥水化放热和浆体凝结时间及抗压强度的影响规律。结果表明：随模数的增加,水化热降低,凝结时间延长,抗压强度先增加,随后降低;随碱当量的增加,水化热增加,凝结时间稍有延长,强度增加。比较合理的水玻璃模数Ms在1.0~2.0,碱当量为矿渣质量的3%~6%。     

赤泥-高炉矿渣-钢渣三元体系注浆材料试验研究

为解决地下工程灾害治理中大量消耗水泥造成的环境污染、造价高等问题,本文基于协同理论制备了赤泥-高炉矿渣-钢渣基三元体系全固废类注浆材料,系统研究了钢渣对赤泥-高炉矿渣二元体系工作性能、力学强度的作用规律,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、压汞仪等微观测试手段分析其作用机理。试验结果表明：钢渣对赤泥-高炉矿渣二元体系力学强度具有提升作用,当其掺量为10%时,28 d抗压强度可达12.78 MPa,增幅为59.84%。钢渣经机械粉磨和高温活化后,其协同作用可进一步提高,随着钢渣粒度的减小,浆液结石体力学强度逐渐增强;随着活化温度提升,结石体力学强度呈先增加后减小的趋势。钢渣在10%最优掺量下,活化温度为700 _^oC,粒径为200目时,赤泥-高炉矿渣-钢渣基注浆材料结石体的力学强度最优,28 d强度达到15.1MPa。此外,钢渣的掺入还可以促进赤泥-高炉矿渣基浆液的凝结,凝结时间缩短,浆液的流动性降低。微观分析表明：钢渣可参与赤泥-高炉矿渣体系的水化反应,而且钢渣微粒在浆液结石体中具有充填效应,使结石体更加密实,进而提高结石体力学强度;此外,在高温条件下,钢渣中生成钙芒硝,硅酸二钙,硅酸三钙,铝酸钙胶凝矿物,可促进钙矾石和水合铝酸钙的生成,对强度具有提升作用。     

碱激发矿粉海水珊瑚骨料混凝土力学性能研究

以矿粉为原材料,通过碱激发的方式制备胶凝材料,拌以海水和珊瑚骨料制备碱激发矿粉海水珊瑚骨料混凝土.首先通过碱激发矿粉海水珊瑚砂浆试验确定了合理的水胶比.进而通过改变珊瑚骨料相对于普通骨料的替代量,发现碱激发矿粉混凝土强度随普通骨料替代量的增加而不断降低.基于此,提出了提高混凝土的砂率、增大浆体对骨料的包裹作用,以提高碱激发全珊瑚骨料混凝土的强度.本文确定砂率为60%,提出了碱激发矿粉海水珊瑚骨料混凝土的合理配合比,并进行了基本力学性能试验.结果表明,由于海水与珊瑚骨料的早强作用,该新型混凝土7 d的抗压强度与抗拉强度均达到28 d的70%以上.且轴心抗压强度与立方体抗压强度的比明显高于普通混凝土.     

激发剂对碱矿渣-粉煤灰浆体流变性能的影响

为满足现代工程应用的要求,需要精确控制碱激发水泥(AAC)流变性能的时变特性.本文研究了激发剂Na2O浓度和SiO2/Na2O(S/N)摩尔比对碱激发矿渣-粉煤灰浆体流变性能的影响.采用小幅震荡剪切测试(SAOS)和旋转剪切法评价了浆体的结构构筑和流动性.通过zeta电位测定、等温量热分析和热重分析,揭示了新拌浆体流变...     

碱激发矿渣混凝土空心砌块砌体抗压强度试验

为考察碱激发矿渣陶粒混凝土空心砌块(alkali-activated slag ceramsite concrete hollow block,简称AASCHB)砌体的轴心受压性能,完成了由强度等级为MU7.5、MU10、MU15的AASCHB和强度等级为Mb20、Mb25、Mb30的碱激发矿渣陶砂砂浆(alkali-activated slag mortar with pottery sand,简称AASM)砌筑的36个砌块砌体试件的轴心受压试验.试验结果表明:AASCHB砌体的抗压强度随AASCHB抗压强度的增大而增大;而AASM抗压强度对砌体抗压强度的影响相对复杂.用AASCHB和AASM砌筑的砌块砌体轴心抗压强度试验值普遍低于按GB 50003—2011《砌体结构设计规范》砌体轴心抗压强度计算公式的预估值.在《砌体结构设计规范》砌体轴心抗压强度计算公式的基础上,通过引入AASM特性系数,调整砂浆强度影响修正系数,建立了以AASCHB抗压强度和AASM抗压强度为关键参数的这类新型砌块砌体的轴心抗压强度计算公式.     

赤泥激发粉煤灰充填材料设计及激发机理研究

利用赤泥碱性激发粉煤灰原理,制备赤泥激发粉煤灰充填材料,研究其流动度、力学性能、水化产物、孔结构和微观形貌。结果表明,掺入赤泥可提高粉煤灰-水泥体系的碱度,加速胶凝材料的早期水化反应,促进C-S-H凝胶、钙矾石、半碳铝酸钙等水化产物生成;同时,赤泥具有颗粒细小、比表面积大等特点,提供微填充效应,能够重塑孔结构,降低大孔、有害孔的比例,提升材料强度。     

矿渣-粉煤灰-氟石膏胶结材激发及毒性

研究了激发剂对氟石膏的激发效果和机理,复合氟石膏胶结材的强度、软化系数和浸出毒性。通过NaOH、Na2SO4和NaF对氟石膏激发试验,确定最优掺量均为1％。在此基础上,采用矿渣、粉煤灰、熟料对用量80％以上氟石膏进一步改性,发现Na2SO41％、矿渣2．5％、粉煤灰5％和氟石膏89％复合胶结材性能最好,28d抗压强度可达12．25MPa,软化系数可达0．70,浸出氟离子浓度降低到0．7485mg／L。SEM和XRD分析发现水化形成的二水石膏晶体与少量水化硅酸钙、钙矾石及氟化钙互相填充包裹,阻碍了水分进入,改善了复合胶结材耐水性能和降低了浸出毒性。