偏高岭土—粉煤灰基地质聚合物的制备及其性能研究

地质聚合物是一种具有特殊网络结构的新型无机非金属胶凝材料。为了改善地质聚合物的力学性能,采用粉煤灰作为主要原料,液体水玻璃和氢氧化钠作为碱激发剂,将偏高岭土作为填料替代部分粉煤灰,制备了应用偏高岭土的粉煤灰基地质聚合物。对偏高岭土-粉煤灰基地质聚合物进行了扫描电子显微镜、抗折抗压强度以及折压比等表征,研究了偏高岭土-粉煤灰基地质聚合物结构以及强度的影响。结果显示：在粉煤灰基地质聚合物中添加偏高岭土会加快强度的形成,并且提高了粉煤灰基地质聚合物的强度。     

偏高岭土地质聚合物的制备及其抗压强度研究

在采用偏高岭土碱激发制备地质聚合物的基础上,优化配合比,为制备出早期强度较高的地质聚合物。以NaOH和水玻璃为复合碱激发剂,研究水玻璃模数、碱当量、液固比以及养护条件对偏高岭土地质聚合物抗压强度的影响。试验结果表明,偏高岭土130g、水玻璃模数1.0、碱当量11%、液固比0.31、标准养护时,制备的偏高岭土地质聚合物3d抗压强度最高,达到53.7MPa。另外,在初始液固比为0.31时,不同模数下的地质聚合物强度都达到最佳。本文为偏高岭土地质聚合物的制备提供了有效的借鉴。     

固化重金属离子用地质聚合物基体的制备及其离子相容性

以改性钠水玻璃激发粉煤灰、偏高岭土和硅灰等复合硅、铝固体原料,采用混合正交实验设计方法,确定了固化重金属离子用地质聚合物基体的配方并初步研究了基体与Cu2＋、Pb2＋的相容性.结果表明：在常温（20℃）养护条件下、n（SiO2）/n（Al2O3）=4.0、水玻璃模数M=1.2时,可以获得制备性能和力学性能良好的地质聚合物基体,相应的固体原材料组成为：粉煤灰和偏高岭土的质量比为13∶7、硅灰掺量为粉煤灰和偏高岭土总量的18.5%;地质聚合物基体与Cu2＋和Pb2＋均具有较好的相容性;适当掺量的Cu2＋和Pb2＋在一定程度上能增加地质聚合物的抗压强度,在掺量达到2%时,固化体均具有较好的强度,能达到资源化利用的目的.     

碱激发偏高岭土基地质聚合物的制备及抗压强度研究

为了响应“双碳”政策节能减排的号召,本文采用偏高岭土和高炉矿渣为原材料制备地质聚合物。以抗压强度为指标优化制备条件,探讨确定影响地质聚合物强度的因素。通过正交试验确定偏高岭土基地质聚合物的最佳配比,通过热重和XRD分析不同温度煅烧的偏高岭土组分。研究结果表明,在高岭土煅烧温度为800 ℃时,偏高岭土基地质聚合物的最佳配合比为氢氧化钠与硅酸钠的质量比为6.5∶1,激发剂的质量掺量为14.2%,其28 d抗压强度能达到46.6 MPa。偏高岭土基地质聚合物抗压强度随激发剂的掺量增加而增大,随氢氧化钠与硅酸钠的质量比的增大先增大后减小,随高岭土煅烧温度的升高先增大后减小。     

不同侵蚀环境下地质聚合物耐久性研究

地质聚合物作为新兴绿色无机胶凝材料,因独特的三维网络骨架结构而兼具矿物和高分子材料的特性。分别以固体废弃物粉煤灰和偏高岭土为原料,采用碱激发方式制备地质聚合物试块,考察养护28 d后试块在5%HCl、10%NaOH、5%MgCl₂+5%NaCl和5%H₂SO₄(均为质量分数)溶液中浸泡1~84 d的耐化学侵蚀能力。X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及试块质量、抗压强度测试表明,不同浸泡环境所引起地质聚合物胶凝材料的响应差异较大,粉煤灰基地质聚合物表现出较优异的耐低浓度硫酸、氢氧化钠、盐溶液侵蚀性能,微观结构及外观形貌稳定,试块质量和抗压强度稳定。偏高岭土基地质聚合物在盐溶液中性条件下结构和性能较稳定。在盐酸环境下两种地质聚合物被腐蚀明显,质量损失率大,抗压强度降低显著。对比研究表明,粉煤灰基地质聚合物的耐低浓度酸、碱溶液腐蚀性明显优于偏高岭土基地质聚合物。上述两类地质聚合物可潜在应用于海洋建筑领域。     

偏高岭土-粉煤灰基地聚合物固化Cr~(3+)的研究

以Cr Cl_3·6H_2O作为三价铬源,采用碱激发和水热法制备了掺Cr~(3+)偏高岭土-粉煤灰基地聚合物。研究了掺Cr~(3+)偏高岭土-粉煤灰基地聚合物的结构组成、微观形貌、力学性能以及Cr~(3+)的固化机理和固化率。XRD研究结果表明:掺Cr~(3+)偏高岭土-粉煤灰基地聚合物的物相组成主要为无定形相,改变水热温度(60~180℃)和Cr~(3+)掺量不会影响其物相组成。抗压强度测试结果表明:掺Cr~(3+)偏高岭土-粉煤灰基地聚合物具有较高的力学性能且抗压强度随着Cr~(3+)掺量的增加先增大后减小。FT-IR和毒性浸出结果表明:Cr~(3+)能够以化学吸附的形式参与聚合反应而被固定,偏高岭土-粉煤灰基地聚合物对Cr~(3+)的固化率均在99%以上。     

水热条件下偏高岭土-粉煤灰地聚合物性能研究

通过抗压强度测试和MIP、XRD、SEM分析等方法,研究了偏高岭土与粉煤灰配比对地聚合物性能的影响.结果表明:粉煤灰掺量的增大有利于地聚合物抗压强度的提高,50℃养护3d和7d时,粉煤灰地聚合物抗压强度较偏高岭土地聚合物分别提高了64.7％和116.0％.MIP和SEM分析表明,粉煤灰掺量的增大可有效提高地聚合物的结构致密性,XRD分析表明,粉煤灰掺入偏高岭土中,经碱激发作用在25°～35°间形成了无定型粉煤灰地聚合物的弥散衍射峰,有利于偏高岭土-粉煤灰地聚合物性能的提高.     

钙含量对偏高岭土/矿渣基地聚合物结构和性能的影响

以高炉矿渣(BFS)、偏高岭土(MK)、钠水玻璃和石英砂为主要原料,制备MK/BFS基地质聚合物。通过调节偏高岭土和矿渣的比例,研究钙含量对地质聚合物物相、显微结构和抗压强度的影响,研究了材料热稳定性能。结果表明:当钙含量为15%(质量分数)时,地质聚合物的抗压强度达到(93.9±2.2)MPa。在600℃以下,材料的微观结构保持稳定,材料的线收缩率保持在4%以内,在800℃时,有新相生成,并伴随较大的体积变化。     

正交试验研究矿物聚合物抗压强度

以粉煤灰和偏高岭土为硅铝原料,NaOH和水玻璃为激发剂,在高温下养护24 h制得了矿物聚合物.正交试验研究了偏高岭土掺量、水玻璃模数、Na2O掺量和养护温度4个因素对矿物聚合物抗压强度的影响.结果表明,当偏高岭土掺量为0,Na2O掺量为10wt%、水玻璃模数为1.5,在80 ℃下养护24 h得到的制品的抗压强度为38.2 MPa.     

早强快硬粉煤灰地质聚合物的制备

本文研究了复合碱掺量(水玻璃与氢氧化钠),水玻璃模数及固化温度对制备粉煤灰地质聚合物早期抗压强度的影响。结果表明:当复合碱掺量为50g(复合碱:原料=0.35),水玻璃模数为0.8,固化温度为80℃时,制备得到的粉煤灰地质聚合物早期抗压强度最佳,1天龄期样品抗压强度即可达到近40MPa,自然条件下养护,早期强度增长较快,5d时,粉煤灰地质聚合物的抗压强度可达到71.3MPa,5d后强度增长缓慢;对地质聚合物材料进行IR、XRD、SEM等分析表明,地质聚合物与原料粉煤灰在微观结构上并没有大的变化,地聚合物抗压强度的增长是由于样品内部发生聚合反应。     

室温碱激发低钙粉煤灰地质聚合物配比试验研究

为得到室温下粉煤灰与碱激发剂质量比、水玻璃与氢氧化钠溶液质量比和氢氧化钠溶液摩尔浓度对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,以低钙粉煤灰为原料,制备了地质聚合物胶凝材料。采用正交试验方法,分析粉煤灰地质聚合物抗压强度,探讨碱激发剂配比对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,结合SEM、XRD和FTIR对试样进行表征,并对该材料的应力-应变曲线进行了研究。结果表明:粉煤灰地质聚合物的抗压强度随着激发剂掺量的减少而增大,水玻璃在激发剂中的比值与粉煤灰地质聚合物的抗压强度呈现正相关,其中粉煤灰与碱激发剂质量比为1.8,水玻璃与氢氧化钠溶液质量比为2.5且氢氧化钠溶液的浓度为10 mol/L时,120 d龄期的抗压强度可达51.98 MPa。对应力-应变曲线分析得出,在一定程度上,激发剂的掺入量对粉煤灰地质聚合物的破坏应变和弹性模量有较大影响。SEM、XRD和FTIR分析表明随着养护时间增长,胶凝材料体系内结构更致密,生成了更多的硅铝酸盐凝胶。     

Suitability of Sarawak and Gladstone fly ash to produce geopolymers: A physical,chemical, mechanical,mineralogical and microstructural analysis

Two types of fly ash sourced from Sarawak, Malaysia and Gladstone, Australia reflect differences in chemical compositions, mineral phase and particle size distributions. In this paper, the Sarawak fly ash was used to produce geopolymer in comparison to the well-developed Gladstone fly ash-based geopolymer. Characteristics of fly ash and mixtures proportions affecting compressive strength of the geopolymers were investigated. It is found that the variations of both fly ash types on particle size distributions, chemical compositions, morphology properties and amorphous phase correspond to the compressive strength. The results obtained show that after 7 days, geopolymer using Sarawak fly ash has lower compressive strength of about 55 MPa than geopolymer using Gladstone fly ash with strength of about 62 MPa. In comparison with Gladstone fly ash-based geopolymer, it showed that Sarawak fly ash-based geopolymer can be a potential construction material. Moreover, the production of Sarawak fly ash-based geopolymer aids to widen the application of Sarawak fly ash from being treated as industrial waste consequently discharging into the ash pond.     

硅灰、偏高岭土对矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料性能的影响

首先通过改变粉煤灰微珠掺量,确定满足快速修补要求的矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料基体的最佳配比,再调节偏高岭土、硅灰掺量,研究其对复合胶凝材料凝结时间、力学性能和水化机理的影响。研究发现,偏高岭土对凝结时间的改变较硅灰更敏感。通过化学结合水测试,分析了不同硅灰和偏高岭土掺量对矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料水化反应程度影响的原因。力学实验结果表明：矿渣-粉煤灰微珠胶凝基体复合掺加5%硅灰（质量分数）+15%偏高岭土（质量分数）,试块2 h抗压强度为11.5 MPa、28 d抗压强度达到75.2 MPa,且呈现缓慢递增的趋势。     

粉煤灰基地聚物的性能影响因素及其凝胶产物研究进展

粉煤灰基地聚物材料因绿色、低碳等优点受到建材行业关注。本文基于地聚物的形成及优势,分析了粉煤灰作为硅铝基材的优点,着重阐述了激发剂离子、养护方式和钙组分对粉煤灰基地聚物材料性能的影响,综述了粉煤灰基地聚物材料的凝胶产物变化及其反应机理研究进展。目前含钙固废作为添加物逐渐应用于改性粉煤灰基地聚物中,因此明确凝胶产物组成和反应机理将为粉煤灰基地聚物材料性能优化提供理论指导。     

地聚合物力学性能主要调控因素的研究综述

地聚合物作为一种新型绿色胶凝材料,影响其力学性能的因素复杂多样.综述了影响地聚合物力学性能的三大主要调控因素:硅铝质原料、碱激发剂和养护制度,并把每种调控因素对力学性能影响规律与原因,结合当前的研究现状得出结论.硅铝质原料主要对比了偏高岭土、粉煤灰和高炉矿渣;碱激发剂从种类的选取、碱当量以及模数进行了比较;养护制度以初期养护时,升高不同的温度和升温时间的影响做出了对比.最后,说明了当前有机聚合物改性地聚合物的一些研究现状.     

Influence of new organic alkali activators on microstructure and strength of fly ash geopolymer

The fly ash geopolymer with improved mechanical properties was prepared by a new mixture alkali activator. In this paper, sodium tert-butanol, an organic strong alkali was used as an activator for preparing fly ash geopolymer to improve their mechanical properties. The effect of activator content and type on the macroscopic level of fly ash geopolymer was investigated experimentally by three types of activators: sodium tert-butanol, sodium silicate, and sodium tert-butoxide/sodium silicate mix activator. The microstructure of the fly ash geopolymer was characterized by ATR-FTIR, SEM-EDS, XRD, and Brunauer-Emmett-Teller (BET) physical adsorption method. The results showed that the new mixture alkali activator prepared by 5% sodium tert-butoxide and 10% sodium silicate improved the denseness and integrity of the microstructure of the fly ash geopolymer. Consequently, the mechanical properties of fly ash geopolymer are improved. The microscopic results demonstrated that the C–OH in tert-butanol after the hydrolysis of sodium tert-butoxide and Si–OH in the geopolymer can form C–O–Si bonds, forming a more complex three-dimensional network structure. This paper reveals the enhancement mechanism of organic alkali as activators for preparing fly ash geopolymer, and provides support for the subsequent development of organic strong alkali activators.     

矿渣-粉煤灰地聚物固化淤泥力学性能和路用性能研究

为实现河底淤泥的资源化处置,常采用水泥等胶凝材料固化淤泥提高承载力作为路基材料。传统固化材料能耗大、碳排放量高。为开发可持续性固化材料,本研究采用矿渣-粉煤灰二元地聚物固化淤泥,研究其力学性能及路用性能。通过研究Si/Al摩尔比、Na/Al摩尔比对地聚物凝结时间和抗压强度的影响规律,确定地聚物配合比设计。依据优化配合比固化淤泥,研究地聚物掺量、养护龄期对固化淤泥力学性能的影响,并对固化淤泥进行水稳性、加州承载比、干缩和温缩试验,以评估其路用性能;采用扫描电镜和X射线衍射等试验方法对固化淤泥进行微观分析,揭示其固化机制。试验结果表明,矿渣-粉煤灰基地聚物地质聚合产物为无定形地聚物凝胶、水化硅酸钙、水化铝酸钙等,增强了土颗粒之间的胶结并且填充了孔隙,提高了固化淤泥的力学性能和路用性能。研究结果为地聚物固化淤泥土工程应用提供了实验基础。     

地聚物橡胶混凝土的力学、抗冲击性能及强度机理分析

为探究橡胶再生集料在地聚物混凝土中的增韧作用,采用不同比例的橡胶再生集料(粒径为0.15~0.3 mm和1~4 mm)代替地聚物混凝土中的普通集料。首先,采用工业废渣中粒化高炉矿渣粉为原料,水玻璃溶液和NaOH为激发剂制备地聚物胶凝材料,并与普通集料、橡胶再生集料混合制备地聚物橡胶混凝土;然后对地聚物橡胶混凝土的力学性能、抗冲击性能和强度机理进行探究。结果表明:添加适量比例的橡胶再生集料可提高地聚物混凝土的抗压强度,增幅为5%左右,这与橡胶再生集料表面在NaOH碱环境中的氧化和降解作用有关;但地聚物橡胶混凝土在劈裂荷载和弯曲荷载下易断裂,劈裂抗拉强度和抗折强度降低20%~30%,这是地聚物橡胶混凝土的典型特点。通过落锤冲击试验和弯拉冲击试验可知,橡胶再生集料能大幅提高地聚物混凝土的抗冲击性能,最高增幅超过200%。这是由于橡胶再生集料具有的柔性和弹性特征吸收了部分冲击能量,同时延缓了冲击荷载下混凝土初始开裂到失效破坏过程,减少了裂缝开裂应力集中,提高了地聚物混凝土的延性。在地聚物碱性条件下,橡胶颗粒表面发生氧化和降解作用,表面变得粗糙,与地聚物基体结合紧密;橡胶表面在NaOH作用下,产生羟基、羧基等亲水基团,有利于水化产物在橡胶再生集料表面附着。     

粉煤灰基地聚合物无机涂料的制备与性能

以低钙型粉煤灰为主要原料,硅酸钠和氢氧化钠为复合碱激发剂,硅烷偶联剂(KH550)为增强材料,硅丙乳液为辅助成膜物质制备地聚合物无机涂料。研究了硅烷偶联剂掺量、反应温度以及水固比对地聚合物无机涂料的成膜性、耐水性和耐洗刷性等性能的影响,并通过XRD、FTIR、SEM、TG-DSC分析了无机涂料的微观结构及其耐高温性能。结果表明,当制备温度为60 ℃、水固比为0.31(质量比)、硅烷偶联剂掺量为3.6%(质量分数)时,地聚合物无机涂料在室温下的成膜性良好,无开裂现象,涂料24 h内质量吸水率为1.84%,耐洗刷性可达12 000次,7 d时硬度为154 s。地聚合物无机涂层内部主要是无定形的硅铝酸盐凝胶,硅烷偶联剂经水解、键合生成簇状产物填充在涂层的孔隙之间,增加了涂层的密实性,抑制了裂纹的产生。涂层在25~800 ℃的失重率为12.0%~13.0%,未发现明显的地聚合物热分解现象,说明涂层耐高温性能良好。