非金属矿物聚合材料的制备及性能研究

以偏高岭土、粉煤灰为主要原料,沸石、黏土为辅料,生石灰和钠水玻璃为碱激发剂制备矿物聚合材料.通过正交试验研究了养护温度、养护时间、蒸养时间对抗压强度影响,通过单因素实验研究了生石灰用量、水固比及水玻璃模数对抗压强度影响;并通过红外光谱、X-射线衍射和扫描电镜分析了样品的化学键变化、物相组成及微观形貌.结果表明,最佳的养护条件为养护温度80℃、湿度95%,养护时间72 h,0.8 MPa蒸养8h;生石灰用量、水固比、水玻璃模数的最佳值分别为3%(wt)、0.37、2.3,样品的最大抗压强度为60.8 MPa.     

热活化污泥—高钙粉煤灰复合地聚合物的性能与机理研究

研究采用水玻璃激发的高钙粉煤灰和热活化污泥制备复合地聚合物的可行性,并讨论制备的复合地聚合物的性能与机理.结果表明:经900℃焙烧1h的污泥(<45μm)以10%质量分数的掺量取代高钙粉煤灰后研制成的地聚合物具有较好的抗压强度;在复合地聚合物体系中,无定形地聚合物凝胶包裹在球状粉煤灰颗粒周围,有类沸石矿物生成,出现Al—O/Si—O对称伸缩峰及Si—O—Si/Si—O—Al弯曲振动峰.这一研究可以丰富地聚合物原材料的选择,有助于含硅铝相和含钙工业废弃物的资源化利用.     

碱激发粉煤灰和矿粉改性疏浚淤泥力学特性及显微结构研究

采用水玻璃作为碱激发剂激发粉煤灰和矿粉的活性来固化疏浚淤泥,对固化淤泥进行无侧限抗压强度试验、扫描电镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)测试,研究了固化材料配比、龄期、水玻璃掺量及水玻璃模数对固化疏浚淤泥强度的影响,确定了各组分之间的最佳配比,观测了固化淤泥的物相组成及显微结构特征.力学试验结果表明:水玻璃掺量7%、模数1.0~1.5时对粉煤灰和矿粉的激发效果最优,相比于粉煤灰,水玻璃对矿粉的激发效果更佳;水玻璃模数相同的情况下,矿粉掺量越大强度越高;各组分最优配比(疏浚淤泥、矿粉、水玻璃质量比为60∶40∶7)时,28d无侧限抗压强度可达到12 140kPa.SEM和XRD试验结果显示:在水玻璃的激发下,固化淤泥水化生成长石类和沸石类等晶相,这些晶相连接紧密,形成致密的微观结构,这是固化后疏浚淤泥强度的最重要来源.     

碱激发不同活性粉煤灰地质聚合物的研究

对不同粉磨时间的粉煤灰进行活性Al与活性Si的测定,其溶出量随机械粉磨时间的延长而增加.平均颗粒直径为10.36μm的粉煤灰在激发剂作用下合成28d抗压强度为82.16MPa的地质聚合物.采用XRD和SEM分析手段对地质聚合物的结构和形貌进行了表征,XRD和SEM结果表明,地质聚合物的抗压强度与无定形的硅铝酸盐凝胶相的存在及粉煤灰的颗粒级配密切相关.     

水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理分析

月球基地建设需要大量建筑材料,其中原位利用月壤能有效减少材料和运输成本。为了研究水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理,分别进行了不同水玻璃掺量下的模拟月壤单轴抗压强度试验,X射线衍射和SEM(scanning electron microscope)电镜扫描试验,得到了水玻璃固化模拟月壤的单轴抗压强度变化规律,分析了能量变化特征和微观结构。研究结果表明：掺入适量水玻璃能提高模拟月壤的单轴抗压强度;采用掺量为5%的水玻璃,在85℃条件下养护28 d模拟月壤的抗压强度可达到3.23 MPa;此时模拟月壤的总能量和弹性能均达到最大值,随着水玻璃掺量不断增加,耗散能整体上呈现下降趋势。微观结构分析表明：水玻璃的碱激发作用和吸附作用所生成N—A—S—H凝胶、钙矾石(AFt)等水化产物填充在颗粒周围,松散的骨架颗粒通过凝胶胶结成致密的网状结构,从而使模拟月壤的强度得到提高。     

石灰石粉对碱激发胶凝体系流变性能的影响

为解决碱胶凝材料反应过快而导致其流变性和工作性能差的问题,采用流变学原理研究了不同掺量下的石灰石粉(0%、5%、10%、15%、20%)对固体水玻璃和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝材料流变特性的影响。研究结果表明,新拌胶凝材料浆体内部的屈服应力和塑性黏度是影响碱胶凝材料流变性和工作性能的关键因素;反应生成的凝胶造成浆料内部颗粒团聚以及颗粒间作用力和摩擦力增大,从而导致屈服应力和塑性黏度增大,可以通过添加惰性矿物来改变浆料的屈服应力和塑性黏度;固体和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝材料符合Bingham模型,加入石灰石粉并未改变其流变模型;石灰石粉对固体水玻璃和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝体系的屈服应力和塑性粘度影响稍有不同,在液体水玻璃激发浆料体系中的塑性粘度以石灰石粉掺量20%为最小,而在固体水玻璃体系中掺入石灰石粉可使浆料的塑性粘度降低15%～30%。     

基于微观定量分析的粉煤灰地聚物性能研究

为研究水玻璃模数对粉煤灰地聚物强度和凝结性能的影响,文中进行初终凝试验、无侧限抗压强度试验和微观试验,分析了不同模数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0)水玻璃对粉煤灰地聚物凝结时间和无侧限抗压强度性能的影响.结果 表明:(1)水玻璃模数为2.0时,粉煤灰地聚物的凝结时间最短;水玻璃模数在1.0～1.5时,试样的无...     

氧化钙含量对无机矿物聚合物混凝土力学性能的影响

以偏高岭土、矿渣与粉煤灰为主要原料,掺入适量低模数水玻璃,选取原材料不同的配合比,制备原材料中不同CaO含量的无机矿物聚合物混凝土,研究CaO含量对无机矿物聚合物混凝土力学性能的影响。结果表明,无机矿物聚合物混凝土3d、7d抗压强度随着CaO含量的增加而增大,但28d抗压强度随其增加而先减小后增大;CaO含量为20%的无机矿物聚合物混凝土试件28d抗压强度为41.10MPa。     

铝合金直接氧化形成SiC/Al_2O_3/Al复合材料的微观结构

采用X射线衍射仪、透射电子显微镜及金相显微镜对铝合金直接氧化渗入SiC预制体形成的SiC/Al2 O3/Al复合材料进行了分析 ,发现该材料由α Al2 O3、SiC、Al4 O4 C、Al和Si五相组成 .α Al2 O3为骨架相 ,三维连通 ,其晶界纯净 ,Al、Si以包裹相形式出现在α Al2 O3晶粒中 ;SiC相也是主要相 ,呈孤岛状 ;Al4 O4 C相的出现 ,说明在该材料的生长过程中 ,SiC颗粒与Al和O2 发生了反应 .     

硅渣及废碱水共激发制备碱胶凝材料的研究

对某化工厂的副产品——渡碱水及硅渣作碱胶凝材料的碱性激发剂进行了研究。通过优化废碱水和硅渣的掺入量可制备强度发展良好、凝结时间正常的碱胶凝材料,有效地降低碱胶凝材料的成本。另外,对其水化产物进行了初步研究,发现这种碱胶凝材料水化除生成C-S-H凝胶外,还生成了水化硅铝酸钙Ca(Al2Si5O8)．4H2O、硅铝酸钙钠(Na,Ca)Al3Si5O16两种难溶性沸石类矿物。     

碱激发对粉煤灰活性的影响

研究了粉煤灰的物理化学特性,设计了四种方案对粉煤灰进行改性,旨在扩大粉煤灰的应用. 通过对比改性前后Na2SiO3-粉煤灰试块的强度,使粉煤灰在改性前后的反应速度通过试块的强度得以体现. 扫描电镜照片显示,在机械粉磨结合化学激发处理后,坚硬的外壳大部分被破坏. 27Al的核磁共振图谱显示宽峰变窄. 29Si的核磁共振谱表明,Q0消失,Q2增多,Q4减少. 说明加入强碱并同时机械粉磨可有效破坏粉煤灰的玻璃微珠外壳及硅铝网络结构,可增强粉煤灰的潜在活性.     

Fabrication and properties of foam geopolymer using circulating fluidized bed combustion fly ash

In recent years, circulating fluidized bed combustion fly ash (CFA) is used as a raw material for geopolymer synthesis. Hydrogen peroxide was employed as a foaming agent to prepare CFA-based foam geopolymer. The particle distribution, mineral composition, and chemical composition of CFA were examined firstly. Geopolymerization products were characterized by mechanical testing, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and X-ray fluorescence (XRF). The CFA-based foam geopolymer was successfully fabricated with different contents of hydrogen peroxide and exhibited uncompleted alkali reaction and reasonable strength with relative low atomic ratios of Si/Al and Si/Na. Type-C CFA in this research could be recycled as an alternative source material for geopolymer production.     

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.     

脱硫石膏粉煤灰地聚合物抗压强度和反应机理

经钠水玻璃激发固体废弃物脱硫石膏和粉煤灰,成功研制了脱硫石膏-粉煤灰地聚合物,研究了该地聚合物的抗压强度,并采用X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)等测试方法研究了其反应机理.研究表明:经800℃焙烧1h后的脱硫石膏结构松弛、缺陷多、活性大,以10%掺量取代粉煤灰,经钠水玻璃激发形成的地聚合物,在75℃养护8h或在23℃养护至28d,抗压强度均可达37.0 MPa.此反应体系中,碱激发与硫酸盐激发作用共存,地聚合反应与水化反应同时进行,生成了地聚合物凝胶、类沸石以及钙矾石等反应产物.脱硫石膏-粉煤灰地聚合物的成功研制,为实现多种工业废弃物的共处置利用,尤其是含硅铝相的工业废弃物和含硫酸钙的工业废弃物的共处置打下了理论基础.     

含玻璃相固体废物的蒸压反应特性

通过傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射分析、扫描电镜分析等方法研究了粉煤灰、废玻璃和矿渣等固体废弃物-石灰体系的蒸压反应特性.结果表明:1.2MPa饱和蒸汽压下,固体废弃物的 Si-O 伸缩振动频率越低,其蒸压样品的结合水量越大,水热反应能力越强;粉煤灰、废玻璃的 Si-O 伸缩振动频率越低,其蒸压样品的强度越高;矿渣蒸压样品的强度与矿渣的 Si-O 伸缩振动频率表现出不同于其他两种固体废弃物的规律,这主要是因为矿渣中的活性铝参与了反应,形成大量的水石榴石,导致其蒸压样品的强度下降.     

含玻璃相固体废物蒸压反应特性的红外光谱研究

通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等手段研究了粉煤灰、废玻璃和矿渣等固体废物-石灰体系的蒸压反应特性。结果表明,1.2MPa饱和蒸汽压下,固体废物红外光谱强吸收区Si-O伸缩振动频率越低,其蒸压样品的结合水量越大,水热反应能力越强。粉煤灰、废玻璃的红外光谱强吸收区Si-O伸缩振动频率越低,其蒸压样品的强度越大。矿渣蒸压样品的强度与矿渣红外光谱强吸收区Si-O伸缩振动频率表现出不同于其他两种固体废物的规律,矿渣中铝参与反应形成大量的水石榴石,导致其蒸压样品的强度下降。     

再生骨料对高钙粉煤灰基地聚物混凝土力学及耐久性能的影响

试验分别采用再生骨料和天然骨料作为粗骨料,制备了碱激发高钙粉煤灰基地聚物再生骨料混凝土和地聚物天然骨料混凝土。测试了其密度、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、吸水率、渗透孔隙率、氯离子渗透深度及抗硫酸侵蚀等指标,探讨比较了再生骨料与天然骨料高钙粉煤灰基地聚物混凝土物理力学性能和耐久性的差异;并进一步分析了不同NaOH溶液浓度(6 mol·L~(-1)、12 mol·L~(-1)和18 mol·L~(-1))对其相关性能的影响。结果表明:再生骨料可以用作粗骨料制备高钙粉煤灰基地聚物混凝土,其抗压强度在30.64~38.22 MPa之间,略低于天然骨料制备的地聚物混凝土。随着NaOH溶液浓度的增加,粉煤灰基地聚物混凝土的力学性能及耐久性能均显著改善,且当NaOH浓度为12 mol·L~(-1)时,其各项性能综合较优。     

粉煤灰基土聚水泥的制备与微结构

应用正交实验方法,利用扫描电镜与X射线衍射手段研究了粉煤灰基土聚水泥的制备条件与微观结构.研究表明:Na2O为粉煤灰加量的9.8%～10.6%、模数1.0～1.5是制备此种粉煤灰基土聚水泥合适的配方条件.在胶砂流动性可保证振动密实的前提下,降低砂浆的水固比可以提高制品的强度.在优化条件下制备出28 d抗压强度达64.4 MPa的土聚水泥胶砂.常温密闭保湿养护是比常温自然养护更合适的养护方式,前者可使试块的后期强度持续明显增长.粉煤灰基土聚水泥凝胶为非结晶相,与石英集料的结合紧密,这有助于得到良好的力学性能.