电石渣激发矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的作用机制

为探究矿渣、粉煤灰及电石渣的资源化利用,以电石渣作为碱激发剂,研究了矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的水化产物组成及强度特征。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重-差示扫描热(TG-DSC)、扫描电子显微镜及能谱(SEM-EDS)等微观测试技术,分析了复合胶凝材料的晶体结构、热化学性质以及微观形貌等特性,研究了电石渣激发矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的作用机制。结果表明：电石渣作为碱激发剂时能为矿渣-粉煤灰复合胶凝材料提供初始水化所需要的强碱环境,驱动矿渣和粉煤灰发生水化反应。随着矿渣掺量的增加,复合胶凝材料的强度发展呈先增加后减小的变化趋势,在粉煤灰与矿渣掺量质量配比为4∶6、外掺电石渣质量分数为4%时,复合材料浆体经4 d常温养护+32 h高温蒸汽养护后抗压强度达到25.9 MPa;矿渣-粉煤灰复合胶凝体系中水化产物分布不均,主要组成为水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等凝胶。电石渣作为矿渣-粉煤灰体系的碱激发剂使用时效果良好。     

碱激发粉煤灰/钢渣胶凝材料的制备

以低钙粉煤灰和钢渣为主要原料制备碱激发胶凝材料,对比了碱激发粉煤灰和碱激发粉煤灰-钢渣复合胶凝材料的力学性能,研究了原料配比、水玻璃模数和早期养护温度对力学性能的影响,并对比了两种胶凝材料的水化产物.结果 表明,钢渣与粉煤灰质量比为1∶2,水玻璃模数为1.4,早期养护温度为80℃时,复合胶凝材料的抗压强度最高,且优于纯粉煤灰组的强度.钢渣的掺入促进了体系中生成较多的钠系菱沸石,为胶凝材料提供了更高的强度.     

偏高岭土和粉煤灰对碱-矿渣复合胶凝材料的凝结时间及早期力学性能的影响

研究了水胶比为0.4,水玻璃模数为1.4及Na2O含量为10％(质量分数)时,单掺偏高岭土与复掺偏高岭土和粉煤灰对碱-矿渣复合胶凝材料的凝结时间和早期力学性能的影响.结果 表明,两种复合方式对碱-矿渣复合胶凝材料均有缓凝作用,但复掺时的缓凝效果更明显.单掺时,碱-矿渣复合胶凝材料的早期抗折、抗压强度和折压比基本不随偏高岭土掺量的变化而变化,但其28 d粘接强度随偏高岭土掺量的增加而增大.复掺时,碱-矿渣复合胶凝材料早期抗压强度随粉煤灰掺量的增加而减小;与单掺时相比,该复合胶凝材料72 h抗折强度和折压比分别提高了40％和64％.除此之外,复掺时该复合胶凝材料28 d粘接强度比单掺时提高了45％,但粉煤灰掺量的影响较小.     

化学外加剂对粉煤灰-矿渣-水泥胶凝体系的激发作用

为提高粉煤灰-矿渣-水泥充填胶凝体系早期强度,选取10种激发剂,通过单掺及复掺试验,研究激发剂的早强性能,并获得最优配比,利用XRD、SEM、EDS手段分析了胶凝体系的水化产物及复合激发剂作用机理.结果表明:单掺激发剂时,当掺量≤1.4％,早强效果较优的依次为:NaCl>Na2 CO3>CaSO4·2H2 O>Na2 SiO3·9H2 O>三乙醇胺,复掺激发剂最佳配比为:NaCl、三乙醇胺分别为胶凝材料总质量0.9％和0.03％,硫铝酸盐水泥、CaSO4·2H2 O均为水泥熟料质量5％,胶砂试样3 d强度比空白样提高191.7％,28 d强度与空白样相差不大;胶凝体系受激发主要水化产物为C-S-H凝胶、水化氯铝酸钙和钙矾石,C-S-H凝胶构成了试样的强度主体,针状钙矾石与片状水化氯铝酸钙交错生长,具有加筋、填充作用,使微观结构更加密实、紧凑,提高了早期强度.     

碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料研究进展

概述了碱激发胶凝材料的历史沿革、分类和碱矿渣-粉煤灰胶凝材料的研究进展。将碱激发体系由传统的中、高碱度范围延伸至低碱度范围,提出了碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料水化机理模型的分类方法,及其胶凝材料的定位、存在问题和今后的研究方向。     

NaOH激发粉煤灰基胶凝材料的水化产物

以粉煤灰为原料,NaOH为激发剂,制备出高抗压强度的粉煤灰基碱激发胶凝材料,研究养护条件对粉煤灰基碱激发胶凝材料抗压强度的影响。用x射线衍射分析不同龄期粉煤灰基碱激发胶凝材料的矿物组成,并用带能谱分析的扫描电镜观察不同龄期材料的微观形貌和区域元素组成。结果表明：蒸汽养护可以显著提高材料的抗压强度：粉煤灰中的玻璃相参加材料的水化反应,莫来石、石英等晶相则为惰性物质,不参加反应：在水化过程早期,粉煤灰基碱激发胶凝材料的气孔内会形成钠系菱沸石的前驱体,蒸汽养护1d后长大为表面呈十字交叉状的1pm左右颗粒,随着时间延长,这些颗粒可长至5μm左右,交错重叠充满整个气孔内壁,形成致密的空间网状结构,使材料强度得到提高。     

碱激活粉煤灰-矿渣-煤矸石复合体系胶凝材料强度研究

碱激活粉煤灰-矿渣-煤矸石复合体系胶凝材料较优养护环境为20±1℃、相对湿度90%湿气养护,其在28d养护龄期内强度发展势头较好.碱激活粉煤灰-矿渣-煤矸石复合体系胶凝材料28d、40d强度随煤矸石含量(30%~50%)的增加而增加,随矿渣含量增加而增加,随水玻璃:氢氧化钠值的增加而先增大后降低,随液胶比的增加而降低,随激发剂的增加而先增大后降低.粉煤灰受碱性激发水化硬化较缓慢,在28d龄期对材料的强度增长贡献不大,但在40d龄期对材料强度的提高作用就较为明显了.碱激活粉煤灰-矿渣-煤矸石复合体系胶凝材料较优制备参数为煤矸石:矿渣:粉煤灰为5:4:1,水玻璃:氢氧化钠为5:1,激发剂掺量为20%该配比下,材料在0.40水灰比条件下,28d强度达到17.7MPa,40d强度达到41.55MPa.     

氢氧化钙对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的水化影响

通过凝结时间、抗压强度和电阻率等分析手段,研究了Ca(OH)2对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化过程的影响.结果表明,掺入Ca(OH)2明显缩短了硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的凝结时间;当Ca(OH)2掺量为0.5%时,初凝时间最短,1 d、28 d强度均明显提高;当Ca(OH)2的掺量为2%时,28 d强度相比空白样提高了61.9%;掺入Ca(OH)2后,硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的1 d电阻率减小,随着Ca(OH)2掺量增大,电阻率逐渐减小,电阻率变化率极大值提前,说明Ca(OH)2加快了该复合胶凝材料的早期水化进程.XRD分析表明,掺入Ca(OH)2后,水化1 d时钙矾石的生成量增多,消耗无水硫铝酸钙的量增多;水化28 d时钙矾石的生成量相对变化较小,但强度明显增大,粉煤灰对硫铝酸盐水泥强度的贡献较为明显.     

钙铝质矿相对碱激发矿渣氯离子固化能力的影响研究

本文提出了一类改性碱激发矿渣胶凝材料,通过在原材料中掺入额外的钙、铝质矿相(Ca(OH)₂和γ-Al₂O₃),促进材料基体中的Friedel's盐(F盐)在氯离子存在条件下的形成,进而提升胶凝材料的氯离子固化能力。本研究探讨了钙、铝质矿物含量对碱矿渣反应产物组成、氯离子固化量以及力学性能的影响。结果表明,钙、铝质矿相的额外补充可显著提高胶凝材料的氯离子固化能力,同时体系的m(Ca)/m(Al)与该能力的相关性较高。物相分析结果表明,钙质矿相的补充使得反应产物中拥有富余的Ca(OH)₂,在氯盐侵蚀作用下,富余的Ca(OH)₂全部转化为F盐或其他物相,证实了体系氯离子固化能力的增强得益于F盐的形成,即得益于化学固氯能力的提升。抗压强度测试结果,表明钙质矿物的掺入对力学性能存在一定负面影响,而铝质矿相的掺入则能够在一定程度上弥补强度损失。     

矿渣及脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的试验研究

研究了不同的煅烧温度及保温时间对脱硫石膏-粉煤灰新型复合胶凝体系抗压强度的影响.在此基础上引入矿渣,研究矿渣及其掺量时脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝体系的影响,并通过掺加矿物激发剂和化学激发剂对其改性.对较优配比的复合胶凝材料进行XRD与SEM研究,分析了其水化产物的成分与形貌.最后,对复合胶凝材料的基本性能进行检测.结果显示,适当的脱硫石膏的煅烧温度与保温时间、适宜掺量的矿渣、矿物激发剂与化学激发剂均能提高复合胶凝体系的强度;经改性的复合胶凝材料具有较好的性能.     

粉煤灰发泡陶瓷的制备及性能研究

面对日益匮乏的陶瓷原料,利用固体废弃物来制备发泡陶瓷已是当今趋势。以粉煤灰为主要原料,研究铬渣掺量、碎玻璃掺量和粉磨工艺对粉煤灰发泡陶瓷的影响。结果表明,掺入适量的铬渣可改善粉煤灰发泡陶瓷的性能,小掺量的碎玻璃对粉煤灰发泡陶瓷的性能影响较小。当原料配比为m(粉煤灰)∶m(铬渣)∶m(长石)∶m(碎玻璃)=60∶10∶20∶10时,采用湿法粉磨3 h,可以制得平均孔径为0.64 mm,体积密度为368.54 kg/m³,抗压强度为8.11 MPa的发泡陶瓷。     

CFB灰渣抹灰砂浆的组成设计与性能研究

为了提高抹灰砂浆的强度和体积稳定性,研究了水泥用量和灰渣比(循环硫化床(CFB)飞灰和CFB炉渣的质量比)对CFB灰渣抹灰砂浆2 h稠度损失率、抗压强度和体积稳定性的影响,并采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪对砂浆的微观形貌、元素分布和物相组成进行测试表征。结果表明,当水泥用量为5%、8%、12%(质量分数)时,CFB灰渣抹灰砂浆分别达到抹灰砂浆M10、M15、M20的强度等级。当胶凝材料用量一定时,随着水泥用量增大,砂浆2 h稠度损失率减小;当水泥用量一定时,随着灰渣比增大,砂浆2 h稠度损失率增大,膨胀效应减弱。CFB灰渣抹灰砂浆中生成的膨胀性钙矾石有效填充了颗粒之间的孔隙,从而提高砂浆的强度和体积稳定性。     

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。     

碱激发矿渣/粉煤灰净浆/砂浆力学性能研究

开展碱激发材料力学性能的研究有利于促进其在实际工程中的应用。本文研究了矿渣掺量及细骨料掺量对碱激发净浆/砂浆抗压强度、弹性模量及应力-应变曲线的影响。结果表明:矿渣的掺入能够显著提高碱激发净浆/砂浆的抗压强度和弹性模量;细骨料掺量增多会降低抗压强度,但会提高弹性模量。净浆28 d弹性模量在12.83~19.53 GPa,砂浆28 d弹性模量在18.72~23.10 GPa。细骨料掺量为40%(质量分数)时,砂浆峰值应力和峰值应变出现明显下降,弹性模量变大。采用分段式方程对碱激发矿渣/粉煤灰净浆/砂浆的应力-应变曲线进行拟合,拟合曲线与实测曲线吻合良好。拟合结果表明碱激发净浆/砂浆应力-应变下降段曲线随矿渣掺量与龄期增加而变陡,反映材料脆性增强,与上升段曲线规律一致。     

粉煤灰掺量对碱激发矿渣砂浆减缩特性研究

研究粉煤灰掺量对碱激发矿渣砂浆的凝结时间、抗压强度、化学收缩和自收缩的影响因素和影响规律.结果表明,加入粉煤灰不仅能有效改善碱激发矿渣砂浆凝结快,收缩变形大的问题,同时也能够解决碱激发粉煤灰砂浆在常温条件下早期强度低和强度发展缓慢等问题.配比不同掺量的粉煤灰,以寻求最佳的掺量,在保证碱激发矿渣砂浆强度的同时提高减缩效果.     

粉煤灰对不同胶凝体系干缩影响

采用干燥收缩试验法研究了粉煤灰对再生微粉和水泥复合胶凝体系、碱矿渣胶凝体系收缩性能的影响。试验结果表明:粉煤灰能明显降低再生微粉和水泥复合胶凝体系、碱矿渣胶凝体系干燥收缩性能;分析了粉煤灰降低不同胶凝体系收缩的机理。     

固体碱激发矿粉/粉煤灰注浆材料性能及机理研究

以矿粉和粉煤灰为主要原料,NaOH和Na₂SiO₃·5H₂O为固体碱激发剂,制备地聚合物注浆材料,考察激发剂的模数、掺量及养护条件对材料性能的影响。当固体碱激发剂模数为1.0,掺入量为8%(质量分数)时,注浆材料初凝时间为120 min,工作时间可达50 min,经28 d养护后抗折和抗压强度分别可达7.1 MPa和42.7 MPa。相较于非密闭养护,密闭养护有利于早期强度形成,1 d、3 d、7 d抗压强度分别提高了38.0%、38.2%和19.3%。XRD、FT-IR、SEM/EDS测试结果表明,原料水化完全,最终产物包含无定形水化产物、钙沸石、水合铝硅酸钠钙矿和C-S-H凝胶等组分。反应过程中原料的Si—O—Al、Si—O—Si发生重组生成凝胶物质,并团聚成钙沸石类球形产物,提高材料强度。     

碱激发剂对粉煤灰加气混凝土性能的影响

采用Na2 SiO3作碱激发剂提高加气混凝土中粉煤灰的活性,比较激发前后加气混凝土物理性能的变化。通过XRD和SEM方法研究水化产物的物相组成和显微形貌。结果表明：Na2 SiO3能够显著提高加气混凝土的抗压强度;激发后,粉煤灰加气混凝土物相中可见较多托贝莫来石,水化产物均匀分布相互胶结,形成更为致密结构。     

粉煤灰海工高性能混凝土的应用研究

针对粒化高炉矿渣粉和硅灰存在的缺陷。研究采用粉煤灰替代粒化高炉矿渣粉配制混凝土,进而观察其力学性能、抗氯离子渗透性以及胶凝材料的水化热。研究结果表明,所配制的混凝土能满足海工高性能混凝土高耐久性的需要,粉煤灰替代粒化高炉矿渣粉胶凝材料具有较低的水化热,有利于大体积混凝土的施工。