碱激发矿粉胶凝材料的力学性能及微观研究

本文利用S95级矿粉作为主要原料制备碱激发胶凝材料,研究了氢氧化钠、水玻璃用量以及水胶比对碱激发矿粉砂浆抗折、抗压强度的影响;利用XRD和SEM等测试方法对碱激发矿粉净浆的反应产物及特征进行分析。结果表明:在矿粉用量为450 g、标准砂用量为1350 g时,水胶比为0.5,氢氧化钠和水玻璃用量分别为25 g和180 g,所制备的碱激发矿粉砂浆力学性能最优,其28 d抗折强度可达13.7 MPa,抗压强度可达120.3 MPa。XRD和SEM分析结果表明,碱激发矿粉胶凝材料的结构成分主要为C-S-H胶体和钠长石(Na_(2.12)Al_2Si_2O_(8.06))相。     

碱激发冶炼铅渣-偏高岭土复合胶凝材料的制备及水化机理

为探究水玻璃碱激发条件下冶炼铅渣和偏高岭土基复合胶凝材料的力学性能,采用单因素试验与正交试验,研究冶炼铅渣球磨时间、碱当量、碱激发剂模数和偏高岭土与冶炼铅渣的质量比对复合胶凝材料力学性能的影响。利用XRD、SEM和FTIR对复合胶凝材料的水化机理进行综合分析。结果表明:以上因素对复合胶凝材料28 d抗压强度的影响顺序依次为碱激发剂模数、冶炼铅渣球磨时间、碱当量、偏高岭土与冶炼铅渣的质量比;当冶炼铅渣球磨时间为4 h,碱当量为6%(质量分数),碱激发剂模数为1.4,偏高岭土与冶炼铅渣的质量比为3∶7时,复合胶凝材料28 d抗压强度达56.18 MPa;偏高岭土能够促进冶炼铅渣水化,产生更多凝胶和网状结构的硅铝酸盐类晶体填充基体孔隙,对胶凝体系后期强度发展起到促进作用。     

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.     

粉煤灰对碱激发矿渣/粉煤灰体系的作用机理研究

碱激发胶凝材料是以工业固体废弃物为原料制备的一种绿色无机胶凝材料,具有良好的力学性能与耐久性能。粉煤灰因其独特的球体微观结构与其他固废微粉存在本质区别,因此粉煤灰在碱激发胶凝材料体系中的作用机理亟待研究。以矿渣与粉煤灰为原料,利用碱激发剂制备胶凝材料,并对材料进行抗压强度测试,最后采用XRD、FTIR和SEM探究碱激发矿渣/粉煤灰体系的水化反应机理,研究粉煤灰对矿渣/粉煤灰体系的作用机理。结果表明:外掺3%(质量分数)NaOH作为碱激发剂,水固比为0.4时,随粉煤灰掺量减少,抗压强度呈现先上升后下降的趋势;m(矿渣):m(粉煤灰)为4:1时,28 d抗压强度达到峰值(37.1 MPa)。粉煤灰颗粒在不同龄期形成具有不同反应程度与尺寸的嵌入式微观结构,对材料力学性能起到不利影响;但粉煤灰的活化程度随龄期延长逐渐变大,对后期强度发展有持续贡献。碱激发矿渣/粉煤灰体系水化产物中含有Friedel盐、托贝莫来石、钙矾石、C-S-H/C-A-S-H凝胶,以及粉煤灰中残留的α石英相。随粉煤灰掺量增加,托贝莫来石生成量减少,钙矾石向Friedel盐转变,钙矾石生成量减少,Friedel盐生成量增多。     

碳酸钠、氢氧化钠与水玻璃复合激发对地聚物胶凝材料性能的影响

采用碳酸钠替代氢氧化钠调节水玻璃模数制备复合碱激发剂,研究不同碱掺量下碳酸钠掺入比例对地聚物胶凝材料净浆流动度、凝结时间及抗压强度的影响,并通过FT-IR、XRD和SEM试验分析地聚物胶凝材料水化产物的物相组成及微观形貌。结果表明,氢氧化钠与碳酸钠共同复合水玻璃的激发剂激发效果优于二者单独与水玻璃复合的激发剂,当碱掺量为6%(质量分数)、碳酸钠替代比例为40%(质量分数)时,地聚物胶凝材料净浆流动度为185 mm, 28 d抗压强度为94.4 MPa。碳酸钠替代比例增加可延长地聚物胶凝材料凝结时间,当替代比例为100%时,地聚物胶凝材料初凝时间、终凝时间可达372和420 min。不同碱组分激发剂作用时,地聚物胶凝材料水化产物相似,均以无定形铝硅酸盐C-(A)-S-H凝胶为主。     

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。     

碱激发粉煤灰-硅灰基地质聚合物的性能及表征

以粉煤灰(FA)和硅灰(SF)为主要原料制备碱激发地质聚合物胶凝材料,运用XRD、SEM、EDS及FTIR等测试手段研究了SF与FA的质量比(SF/FA)及不同碱激发剂(NaOH和KOH)对粉煤灰-硅灰基地质聚合物砂浆力学性能及组织结构的影响.研究结果表明,随着SF/FA的增大,碱激发粉煤灰-硅灰基地质聚合物的抗压强度和抗折强度逐渐增大,最高可分别达到23.89 MPa和6.60 MPa,NaOH的激发效果强于KOH.碱激发粉煤灰-硅灰基地质聚合物结构中新生成了菱沸石相和无定形N-A-S-H凝胶相,FA和SF反应不完全,结构中仍存在未反应的FA颗粒及SF颗粒.FTIR结果表明N-A-S-H相的存在,随着SF/FA的增大,碱激发粉煤灰-硅灰基地质聚合物中[AlO6]9-八面体和[AlO4]5-四面体发生了结构重组,配位状态进一步完善,且T-O-Si(T=Al,Si)发生了聚合,致使地质聚合物强度逐渐增大.     

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。     

镍铁渣地质聚合物的制备及其性能研究*

以镍铁渣为主要原料,通过碱激发制备了地质聚合物胶凝材料。采用正交试验研究了工艺参数对地质聚合物抗压强度的影响,研究结果表明:在水玻璃模数为2.4、碱性激发剂掺量为12%和水灰比为0.28时,制备的地质聚合物28 d抗压强度高达97.62MPa,并且具有良好的耐久性。由XRD可知,镍铁渣地质聚合物中有无定型硅铝酸盐相生成,表明发生了水化反应。FTIR表明,生成了Si-O-T(Si,Al)和Al-O-Si三维网络结构。SEM微观形貌分析显示,所制备镍铁渣地质聚合物的孔隙率较低,结构致密。     

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。     

Synthesis and characteristics of fly ash and bottom ash based geopolymers–A comparative study

The research was carried out to develop geopolymers mortars and concrete from fly ash and bottom ash and compare the characteristics deriving from either of these products. The mortars were produced by mixing the ashes with sodium silicate and sodium hydroxide as activator solution. After curing and drying, the bulk density, apparent density and porosity, of geopolymer samples were evaluated. The microstructure, phase composition and thermal behavior of geopolymer samples were characterized by scanning electron microscopy, XRD and TGA-DTA analysis respectively. FTIR analysis revealed higher degree of reaction in bottom ash based geopolymer. Mechanical characterization shows, geopolymer processed from fly ash having a compressive strength 61.4 MPa and Young's modulus of 2.9 GPa, whereas bottom ash geopolymer shows a compressive strength up to 55.2 MPa and Young's modulus of 2.8 GPa. The mechanical characterization depicts that bottom ash geopolymers are almost equally viable as fly ash geopolymer. Thermal conductivity analysis reveals that fly ash geopolymer shows lower thermal conductivity of 0.58 W/mK compared to bottom ash geopolymer 0.85 W/mK.     

粉煤灰地聚合物力学性能影响因素研究综述

粉煤灰地聚合物是以粉煤灰为硅铝质原料制备的,具有强度高、耐高温、耐腐蚀、有效固封金属离子等优点。但它固有的脆性以及需高温养护才能快速获得高强度的特点限制了其运用范围,而以纤维作为增强材料不仅可以提高粉煤灰地聚合物的强度,还可以改善其延性和韧性。本文主要从粉煤灰原料特性、碱激发剂、养护制度和增强材料四方面入手,重点阐述了粉煤灰粒径和化学组成,碱激发剂的种类、用量和模数,升温养护时间和初期养护温度对抗压强度的影响,以及纤维对粉煤灰地聚合物抗压强度和弯曲性能的影响。最后,根据现有的研究成果,对四种影响因素分别是如何影响粉煤灰地聚合物力学性能进行总结。     

页岩提钒尾渣基地聚合物的制备及其性能

为将页岩提钒尾渣资源化,利用页岩提钒尾渣作为主要原料,偏高岭土为铝质辅料制备地聚合物。考察了成型方式、硅铝原料配比、碱激发剂种类、碱激发剂用量和成型压力对地聚合物试样抗压强度的影响。结果表明,地聚合物制备最佳条件为:原料的质量配比(尾渣/偏高岭土)为11:9,NaOH碱激发剂质量分数为10%,水固比为0.18,成型压力为20 MPa,试样14 d抗压强度可达58.25 MPa。通过XRD、FTIR、TG-DSC、SEM和孔径分析对地聚合物试样进行检测表征,分析表明,地聚合反应的主要产物为无定形硅铝凝胶和少量钠沸石,无定形硅铝凝胶可以改善试样的孔结构,增强试样微观结构致密度,宏观表现为试样抗压强度增大。     

富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物的制备与性能表征

以工业固体废弃物富镁镍渣和粉煤灰为原料,以水玻璃和NaOH为碱激发剂,制备了一系列富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物。研究了不同粉煤灰掺量对地质聚合物力学性能的影响,并测定地质聚合物的线性收缩和碱溶出,通过XRD、IR、DTA等手段对产物进行表征。结果表明:富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物的强度随粉煤灰的掺入先升高后降低,当掺量为30%(质量分数)时,地质聚合物的抗压强度可达最高值22.15 MPa,较镍渣基地质聚合物强度提高42.2%;XRD分析表明富镁镍渣中MgO以镁橄榄石相存在,而非游离态,故地质聚合物具有良好的体积安定性。     

NaOH-activated ground fly ash geopolymer cured at ambient temperature

NaOH-activated ground fly ash geopolymers, cured at room temperature, were studied in this paper. Ground fly ash (GFA), with a median particle size of 10.5 μm, was used as source material. NaOH concentrations of 4.5-16.5 M (M) were used as an alkali activator. Compressive strength tests and microstructure observations using SEM, EDX, XRD and FTIR were performed. Results indicated that GFA gave higher strength geopolymer paste compared to original fly ash. Ground fly ash could be used as a source material for making geopolymers cured at room temperature. An increase in NaOH concentration from 4.5 to 14.0 M increased the strength of GFA geopolymer pastes. Microstructure studies indicated that NaOH concentrations of 12.0-14.0 M created new crystalline products of sodium aluminosilicate. The compressive strengths at 28 days of 20.0-23.0 MPa were obtained with the NaOH concentrations of 9.5-14.0 M. Increasing the NaOH concentration beyond this point resulted in a decrease in the strength of the paste due to early precipitation of aluminosilicate products.     

Fly Ash Porous Material using Geopolymerization Process for High Temperature Exposure

This paper presents the results of a study on the effect of temperature on geopolymers manufactured using pozzolanic materials (fly ash). In this paper, we report on our investigation of the performance of porous geopolymers made with fly ash after exposure to temperatures from 600 °C up to 1000 °C. The research methodology consisted of pozzolanic materials (fly ash) synthesized with a mixture of sodium hydroxide and sodium silicate solution as an alkaline activator. Foaming agent solution was added to geopolymer paste. The geopolymer paste samples were cured at 60 °C for one day and the geopolymers samples were sintered from 600 °C to 1000 °C to evaluate strength loss due to thermal damage. We also studied their phase formation and microstructure. The heated geopolymers samples were tested by compressive strength after three days. The results showed that the porous geopolymers exhibited strength increases after temperature exposure.     

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。     

钢渣微粉-粉煤灰基地质聚合物性能研究及微观结构分析

采用钢渣微粉和粉煤灰为主要原材料制备地质聚合物,以抗压强度为指标优化制备条件,探讨影响地质聚合物强度的因素,利用SEM、XRD和TG-DSC等手段对产物的微观形貌、物相组成和热稳定性进行分析表征。研究表明,地质聚合物的抗压强度随着钢渣微粉掺量和激发剂掺量增加先增加后减小,随温度增加而增加,其中养护温度影响最显著,水玻璃模数影响最小。最佳工艺条件为:水玻璃模数1.0、激发剂掺量20%(质量分数)、钢渣微粉掺量20%(质量分数)、液固比0.3、养护温度60 ℃。其3 d和7 d抗压强度高达40.11 MPa和43.03 MPa,固化Pb²⁺后对其强度影响较小,固化率在99.99%以上。地质聚合物表面致密度高,无明显裂纹,未观察到明显的钢渣颗粒轮廓,晶相结构主要为石英和莫来石,热稳定好。     

高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化铅离子及防辐射性能研究

研究利用高炉矿渣（BFS）、粉煤灰（FA）作为原材料制备地质聚合物。以氢氧化钠与水玻璃作为碱激发剂,在碱激发条件下制备地质聚合物固化二价铅离子（Pb²⁺）。研究Pb²⁺的掺量对固化体强度的影响,并通过浸出毒性实验、X射线衍射分析（XRD）、红外光谱分析（FT-IR）、扫描电镜（SEM）等表征分析、防辐射实验测试,探究其固化效果与固化机理。结果表明,高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物与Pb²⁺具有良好的相容性,且固化体在28 d最高抗压强度可以达到43 MPa,Pb²⁺的添加质量分数为1%时能提高其固化体的强度。浸出实验表明,固化体对质量分数为1% Pb²⁺的固化效率在97%以上。微观分析认为大部分重金属是以羟基配合离子的形式被物理封装在地质聚合物内部。防辐射实验测试表明,Pb²⁺的掺量与高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物的γ射线屏蔽效果成正相关,实验中Pb²⁺最优掺入质量分数为3%,线性吸收系数和半衰减层厚度最优值分别为0.222 0 cm^-1和2.309 5 cm。