硫酸长期腐蚀环境下赤泥-煤系偏高岭土地聚合物耐久性研究

以工业废弃物赤泥和煤系偏高岭土为原料,水玻璃和NaOH的混合溶液为激发剂制备赤泥-煤系偏高岭土地聚合物(RCG)试件。探究试件养护7 d后在pH值为2的硫酸溶液中浸泡3～112 d耐酸腐蚀性能。试件抗压强度、X射线光谱分析(EDS)及扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,赤泥-煤系偏高岭土地聚合物的聚合反应在酸液中浸泡14 d后基本结束,酸性环境下地聚合物发生解聚并在内部结构中形成裂纹,导致其抗压强度随浸泡时间延长而逐渐降低。酸液中不同浸泡时间下RCG的应力应变曲线上升段差异明显,随浸泡时间延长上升段斜率和峰值应力呈先增大后减小的趋势,浸泡过程中弹性模量与抗压强度具有良好的相关性。以复合幂指数非线性模型为基础,并考虑长期浸泡的因素,建立了模型各参数与酸液浸泡时间D(D≥14 d)的关系,为研究硫酸长期腐蚀下赤泥-煤系偏高岭土地聚合物的应力应变曲线提供了新方法。     

砂土的电化学阻抗特性及其试验研究

通过电化学工作站测试了不同颗粒尺寸、不同含水量砂土体系的电化学阻抗谱图,利用Z-View软件拟合与解析其等效电路,分析电路参数与颗粒尺寸、不同含水量的变化关系,并研究了各个参数之间的相互关系。结果表明:砂土的电化学阻抗谱呈准Randles模型,其等效电路元件包括:孔隙溶液电阻、固-液界面电容、电荷转移电阻、扩散阻抗。Bode图中阻抗模值随着频率、含水量及颗粒尺寸的增大呈下降趋势;当含水量相同时,孔隙溶液电阻基本相同,随着颗粒尺寸的增大,固-液界面电容呈增大趋势,电荷转移电阻、Warburg扩散系数呈减小趋势;当颗粒尺寸相同时,随着含水量的增大,固-液界面电容呈增大趋势,孔隙溶液电阻、Warburg扩散系数呈减小趋势。研究结果对电化学阻抗谱理论在岩土工程性质方面的应用与研究提供新的思路与技术。     

硝酸镉污染高岭土电化学特性试验研究

通过对不同含量硝酸镉的高岭土进行电化学阻抗谱进行测试,结合其Nyquist和Bode图谱模拟出相应的等效电路参数。分析结果表明,在污染6 h时,随着硝酸镉浓度增加,高岭土Nyquist图中呈现出由准Randle向非Randle变化,溶液电阻减小、常相位角元件电容增大、以及扩散阻抗逐渐减小至消失;在污染24 h时,高岭土Nyquist图中呈现出两个时间参数,电化学参数溶液电阻、常相位角元件、固液界面电阻、扩散阻抗均有所改变;随着时间的推移,高岭土与孔隙溶液硝酸镉电离出的Cd2+产生较强的电化学作用,高岭土体系密实度增大吸附性增强。     

生石灰激发赤泥-粉煤灰协同水泥固化Cu2+污染高岭土的电化学特性

采用生石灰激发赤泥-粉煤灰-水泥对Cu2+污染高岭土进行固化处理,对采用不同配比的赤泥和粉煤灰固化7 d后的Cu2+污染高岭土试件的无侧限抗压强度、浸出率和电化学阻抗谱进行测试.试验结果表明,当赤泥和粉煤灰质量比为7:3时,固化体的无侧限抗压强度最大,Cu2+浸出率最小,电化学阻抗谱法对固化效果的评价与强度和浸出率测试结果一致,说明电化学阻抗谱法是一种评价污染土固化效果的有效方法.     

镉污染粉土电化学特性试验研究

基于电化学测试技术,将电化学阻抗谱(EIS)理论与测试技术应用于镉污染粉土内部结构和电化学特性的研究。通过试验得出镉污染粉土的Nyquist图表现为一个时间常数的容抗弧,Bode图中阻抗模值受污染介质含量和频率的影响;模拟分析得到镉污染粉土的等效电路模型,主要包括溶液电阻、固液界面电阻和固体颗粒表面双电层电容三个主要电学元件;通过拟合等效电路参数值后得出:溶液电阻随着污染介质含量的增大呈对数减小,固液界面电阻随着污染介质含量的增大呈线性减小;固体颗粒表面双电层电容随着污染介质含量的增大呈指数增大。     

基于正交试验的赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土力学性能研究

【目的】为实现建材行业碳减排和固废资源化利用的目标。【方法】以赤泥和煤系偏高岭土为原料制备地聚合物混凝土，采用正交试验方法研究了4种因素对其力学性能的影响。【结果】方差分析表明，水胶比对赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土强度有显著影响，其次是N₂O/H₂O,养护条件和骨胶比的影响较小。根据试验结果，建立了地聚合物混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度的数学模型，方程拟合效果良好。进一步分析得到了地聚合物混凝土的优选配比，养护28 d的立方体试件抗压强度和劈裂抗拉强度分别为43.6 MPa和2.87 MPa.借助低场核磁共振测试对不同水胶比的地聚合物混凝土孔隙结构进行了表征，发现地聚合物混凝土内部以微孔为主，可蒸发的自由水含量增加使得孔隙率增大，孔隙结构粗化，宏观上表现为材料强度的降低。本研究可为地聚合物混凝土的推广与工程应用提供一定的理论指导。     

接触电阻对电化学阻抗影响的试验研究

在电化学阻抗测试中,电极作为传递信号的载体,电极与材料的接触程度,也即之间存在的接触电阻的大小,直接影响到了电化学阻抗及其阻抗谱所拟合等效电路参数的结果。通过对粉土、灰土分别在不同电极间压力和不同电极面积的正交试验下,所测得的阻抗|Z|和接触电阻R_0,来探求R_0与|Z|及其等效电路参数的关系。研究表明:电化学阻抗谱呈现非Randles模型的材料,可以提出类似于材料电阻率ρ_m的材料阻抗率ρ来表征材料的特性;同时ρ可以用其相对应的R_0与参数α的乘积表示。α随着电极间压力的增大而缓慢增大,随着电极面积的增大而急剧增大,随着材料压缩模量E_s的增大而减小;随着电极间压力的增大,其ρ、R_0、|Z|以及等效电路参数溶液电阻R_s、电荷转移电阻R_t在不断减小,而其双电层电容C_d在不断增大;随着电极面积的增大,其R_0、C_d在不断减小,而其ρ、|Z|、R_s和R_t在不断增大;随着材料E_s、ρ_m的增大,其ρ、R_0、R_s和R_t在不断增大,而其C_d不断减小。     

灰土电化学阻抗谱(EIS)与力学性能的试验研究

在电化学体系研究和分析中,电化学阻抗谱的拓扑结构是一项十分重要的内容。把灰土的的电化学阻抗谱性质和其抗剪强度指标联系起来,可以得出一定关系,这为灰土的力学性能测试提供一个新的方式和途径。通过对不同龄期的灰土电化学测试,得出Nyquist图和Bode图,用相应的等效电路模拟其电化学阻抗谱并得出其参数;结合灰土的内部反应机理,分析参数变化过程,以及与相应龄期灰土抗剪强度指标的关系。试验结果表明:灰土的硬化过程可以分为前期和相对稳定期;其阻抗谱在前期呈现准Randles模型,相对稳定期呈现非Randles模型;通过等效电路模拟,得出其电路的参数:灰土溶液电阻Rs、灰土内部双电层CPE、电荷转移电阻Rt以及扩散阻抗ZW。随着龄期的增长,Rs、Rt、ZW在不断增大,CPE不断减小;通过灰土内部反应机理与等效电路参数的分析,灰土的黏聚力c、内摩擦角φ可以用参数α,β表示出增长的关系。     

碳酸氢钠饱和盐渍砂土的电化学特性试验研究

为分析碳酸氢钠含量对饱和盐渍砂土的电化学特性影响,通过配置4组不同浓度的碳酸氢钠溶液与标准砂混合形成碳酸氢钠饱和盐渍砂土;运用三电极体系下电化学阻抗谱法研究了不同含量的碳酸氢钠饱和盐渍砂土的电化学特性。研究结果表明:不同含量碳酸氢钠饱和盐渍砂土的Bode图中的阻抗模值随着碳酸氢钠含量的增加和频率的增加都呈现减小的趋势;Nyquist图主要包括高频区的圆弧、中频区的直线段及低频区的圆弧;且等效电路含有两个时间常数。碳酸氢钠饱和盐渍砂土的等效电路由电极与溶液界面的电荷转移电阻、扩散电阻、常相位角元件、砂粒固液界面电阻、砂粒固液界面电容以及溶液电阻六部分组成。碳酸氢钠含量的增加使得孔隙液中的离子浓度增加、扩散层内的离子向砂粒表面的转移能力增强、土水离子交换更频繁,导致溶液电阻和砂粒固液界面电阻随着含量的增大而减小;砂粒固液界面电容、常相位角元件的电容随着碳酸氢钠浓度的增大而增大。     

氯化钠盐渍砂土电化学特性的试验研究

为分析盐含量对氯化钠盐渍砂土电化学特性的影响,通过配置4组不同浓度的氯化钠溶液与标准砂混合形成氯化钠盐渍砂土。采用CS350电化学工作站获取氯化钠盐渍砂土的电化学阻抗谱图,运用Zview、ZsimDemo进行拟合其等效电路,研究各个参数的变化规律及探讨其机理分析。结果表明:不同盐含量对氯化钠盐渍砂土的Nyquist图均影响较小,均表现为高频区的平扁容抗弧半圆和低频区的近45°斜线的图谱特征;且随着盐渍砂土中氯化钠含量的增加,容抗弧和扩散半径都呈减小的趋势。Bode图中阻抗模值随着盐渍砂土中氯化钠含量的增加和频率的增大都表现为减小的趋势。通过计算、分析和模拟其等效电路,得到盐渍砂土的等效电路元件主要包括:溶液电阻、砂土多孔层电容和电阻、固液界面形成的双电层电容和法拉第阻抗。由于氯化钠含量增大,盐渍砂土的孔隙溶液离子浓度上升,可自由移动的正负离子增多,致使体系中的电荷分离以及电荷转移等过程更加容易,促使体系反应速度加快,表现出溶液电阻、多孔层电阻和电荷转移电阻均呈减小趋势,导电能力增强,多孔层电容和双电层电容均呈增加趋势,储存电荷能力增强。     

Replacement of alkali silicate solution with silica fume in metakaolin-based geopolymers

A metakaolin(Mk)-based geopolymer cement from Tunisian Mk mixed with different amounts of silica fume(SiO_2/Al_2O_3 molar ratio varying between 3.61 and 4.09) and sodium hydroxide(10M) and without any alkali silicate solution, is developed in this work. After the samples were cured at room temperature under air for 28 d, they were analyzed by X-ray diffraction(XRD), Fourier transform infrared(FTIR) spectroscopy, environmental scanning electron microscopy, mercury intrusion porosimetry, ~(27)Al and ~(29)Si nuclear magnetic resonance(NMR) spectroscopy, and compression testing to establish the relationship between microstructure and compressive strength. The XRD, FTIR, and ~(27)Al and ~(29)Si NMR analyses showed that the use of silica fume instead of alkali silicate solutions was feasible for manufacturing geopolymer cement. The Mk-based geopolymer with a silica fume content of 6 wt%(compared with those with 2% and 10%), corresponding to an SiO_2/Al_2O_3 molar ratio of 3.84, resulted in the highest compressive strength, which was explained on the basis of its high compactness with the smallest porosity. Silica fume improved the compressive strength by filling interstitial voids of the microstructure because of its fine particle size. In addition, an increase in the SiO_2/Al_2O_3 molar ratio, which is controlled by the addition of silica fume, to 4.09 led to a geopolymer with low compressive strength, accompanied by microstructures with high porosity. This high porosity, which is responsible for weaknesses in the specimen, is related to the amount of unreacted silica fume.     

粉煤灰基矿质聚合物的制备研究

以粉煤灰、偏高岭土为主要铝硅原料,辅以矿山尾矿固体废弃物合成一系列的矿质聚合物.通过测定其抗压强度优选出偏高岭土、粉煤灰、矿渣的最佳配比为3:3 : 5,碱激发剂浓度在15%时,矿质聚合物的强度最高,达到36.36 MPa.XRD、SEM分析表明其结构主要是无定形态,并且形成了连续的胶凝相.     

地聚物基复合材料的制备及弯曲强度的研究

地聚物材料属于脆性材料,为了提高其韧性,以偏高岭土、水玻璃、聚氧化乙烯(PEO)为原料,首先将PEO高分子材料适量插入偏高岭土层片中,再通过碱聚合反应,形成地聚物基复合材料,结果表明,复合材料的弯曲强度有所增加;另外,分散剂、消泡剂的添加有利于复合材料弯曲强度的提高.     

泡沫水泥-粉煤灰材料的强度及其电化学特性

基于水泥基材料的电化学体系,研究了冻融条件下不同粉煤灰掺量对泡沫轻质水泥基材料的无侧限抗压强度与电化学参数的影响规律,建立相应的等效电路模型,分析表明：随着粉煤灰掺量的增加,造成胶体之间产生“滑移”现象,使得材料抗压强度不断降低;Nyquist图由高频段与中频段两个时间常数及低频区的扩散阻抗组成,相应的等效电路模型中的Q和Cd不断减小,Rt、W、Rl与Rs不断增大;泡沫轻质水泥-粉煤灰材料的强度与电化学元件参数间为指数关系。     

Effect of SiO2/Na2O mole ratio on the properties of foam geopolymers fabricated from circulating fluidized bed fly ash

Geopolymers are three-dimensional aluminosilicates formed in a short time at low temperature by geopolymerization. In this pa-per, alkali-activated foam geopolymers were fabricated from circulating fluidized bed fly ash （CFA）, and the effect of SiO2/Na2O mole ratio （0.91-1.68） on their properties was studied. Geopolymerization products were characterized by mechanical testing, scanning electron mi-croscopy （SEM）, energy-dispersive X-ray spectroscopy （EDX）, and X-ray diffraction （XRD）. The results show that SiO2/Na2O mole ratio plays an important role in the mechanical and morphological characteristics of geopolymers. Foam samples prepared in 28 d with a SiO2/Na2O mole ratio of 1.42 exhibit the greatest compressive strength of 2.52 MPa. Morphological analysis reveals that these foam geo-polymers appear the relatively optimized pore structure and distribution, which are beneficial to the structure stability. Moreover, a combina-tion of the Si/Al atomic ratio ranging between 1.47 and 1.94 with the Na/Al atomic ratio of about 1 produces the samples with high strength.     

偏高岭土混凝土抗冻性能及寿命预测

通过开展偏高岭土混凝土的力学性能及抗冻性能的试验研究,分析了不同偏高岭土掺量下试件的抗压强度及抗冻性的各项指标的变化规律,并针对内蒙古地区,对不同掺量的偏高岭土混凝土进行了抗冻耐久性寿命预测.试验结果表明,偏高岭土混凝土的抗压强度随着偏高岭土掺量的增加逐渐增大;随着偏高岭土掺量的增加,试件的抗剥落情况得到明显改善,抗冻...     

pH值对粉土电化学特性的影响试验研究

通过配制五种不同pH值的粉土土样,运用电化学阻抗谱（EIS）研究了pH值对粉土电化学特性的影响,试验结果表明：pH值对粉土Nyquist图影响表现为准Randles型曲线,即高频区一个圆弧和低频区的斜线;Bode图中阻抗模值随着频率上升而下降并随着粉土的pH值的改变呈规律性变化;不同pH值的粉土其等效电路模型主要包括溶液电阻、电荷传递电阻、常相位角元件及扩散电阻四个电化学元件,其中溶液电阻、电荷传递电阻、扩散电阻的数值均在粉土的pH值为7时最大,而常相位角元件双电层电容参数值在粉土的pH为7时最小     

粉煤灰基矿物聚合材料的抗压强度和微观结构

以粉煤灰为硅铝原料,钠水玻璃为激发剂,在80℃下干燥养护6 h制备了矿物聚合材料。研究了钠水玻璃固相组成对试件抗压强度的影响,并通过X射线衍射、扫描电镜、27Al和29Si魔角自旋核磁共振方法分析了最优试件的物相组成、微观形貌和微观结构。结果表明,模数为1.5、Na2O掺量为10%(质量分数)的钠水玻璃激发粉煤灰制得的试件抗压强度约为18 MPa;SEM分析表明凝胶由纳米级颗粒组成,颗粒之间相互连接形成致密的空间网络;XRD和MAS-NMR分析表明矿物聚合材料具有一定的无定形状态,漫射峰对应的衍射角在25°～35°范围内,Al主要以四配位的AlQ4(4Si)结构单元存在,Si主要以Q4(2Al)和Q4(3Al)结构单元存在。