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地聚合物早期抗压强度及分子动力学模拟

建筑材料学报 2021年第1期24卷 93-98,120页

作者：周宇徐方顾功辉黄晓明朱婧中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 东南大学交通学院江苏南京211189 湖北交通职业技术学院公路与轨道学院湖北武汉430079

为了研究原材料的矿物组成对地聚合物早期抗压强度及结构发展的影响规律,开展单因素试验得到了最佳矿物组成取值范围,利用Materials Studio(MS)软件建立了地聚合物凝胶结构模型,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及分子动力学(MD)模... 详细信息

为了研究原材料的矿物组成对地聚合物早期抗压强度及结构发展的影响规律,开展单因素试验得到了最佳矿物组成取值范围,利用Materials Studio(MS)软件建立了地聚合物凝胶结构模型,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及分子动力学(MD)模拟等手段探究了地聚合物早期抗压强度形成机理.结果表明:CaO和Al2O3摩尔比n(CaO)/n(Al2O3)直接决定了地聚合物早期抗压强度的发展;适当增大n(CaO)/n(Al2O3)可改善地聚合物凝胶内部原子键的结合方式与衍射峰型,形成更加稳定的地聚合物结构.

关键词：地聚合物矿物组成摩尔比早期抗压强度分子动力学模拟

地聚合物固化淤泥强度增长影响因素及机制分析

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岩土力学 2021年第8期42卷 2089-2098页

作者：周恒宇王修山胡星星熊志奇张小元浙江理工大学建筑工程学院浙江杭州310018 浙江省天正设计工程有限公司浙江杭州310012 中国联合工程有限公司浙江杭州310052

针对传统固化剂碳排放及高能耗等问题,提出以煤系偏高岭土(CMK)地聚合物为固化剂稳固淤泥,首先通过无侧限抗压强度试验确定碱激发剂的配合比,并在此基础上研究碱固比、前驱物掺量、NaOH浓度、养护龄期、养护温度和矿渣掺量等因素对固化... 详细信息

针对传统固化剂碳排放及高能耗等问题,提出以煤系偏高岭土(CMK)地聚合物为固化剂稳固淤泥,首先通过无侧限抗压强度试验确定碱激发剂的配合比,并在此基础上研究碱固比、前驱物掺量、NaOH浓度、养护龄期、养护温度和矿渣掺量等因素对固化淤泥力学特性的影响,最后通过扫描电镜试验和X射线衍射试验分析固化淤泥的微观结构。试验结果表明:地聚合物固化淤泥强度随Na2SiO3:NaOH增加而先升后降,合理的碱激发剂的配合比为Na2SiO3:NaOH=75:25;固化淤泥强度随碱固比、前驱物掺量和NaOH浓度提高而增强,而延长养护龄期、提高养护温度和掺入矿渣对固化淤泥强度提升更显著;微观结果表明,地聚合物固化淤泥中没有新矿物生成,随着碱固比、前驱物掺量、NaOH浓度、养护龄期、养护温度和矿渣掺量提高,无定形凝胶产物N-A-S-H和C-(A)-S-H增多,凝胶通过黏结作用增强了土颗粒间凝聚力,并能有效填充土颗粒间隙,使土体结构更密实,是固化淤泥强度提升的主要原因。

关键词：煤系偏高岭土地聚合物淤泥力学特性微观结构

地聚合物基陶粒泡沫混凝土孔结构调控及性能研究

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混凝土 2023年第4期 82-86页

作者：王晴李童张强陈彦文戴民贺天姝沈阳建筑大学材料科学与工程学院辽宁沈阳100168

选用矿渣和粉煤灰为原料,陶粒为轻集料,水玻璃为碱激发剂,采用物理发泡法,通过碱激发方式制备地聚合物基陶粒泡沫混凝土(GCFC),研究泡沫掺量、陶粒掺量及陶粒等级对GCFC性能的影响,探究了GCFC孔结构的变化趋势。结果表明:当陶粒掺量为30... 详细信息

选用矿渣和粉煤灰为原料,陶粒为轻集料,水玻璃为碱激发剂,采用物理发泡法,通过碱激发方式制备地聚合物基陶粒泡沫混凝土(GCFC),研究泡沫掺量、陶粒掺量及陶粒等级对GCFC性能的影响,探究了GCFC孔结构的变化趋势。结果表明:当陶粒掺量为30%、陶粒等级500 kg/m3时,随着泡沫掺量增加,当泡沫掺量1.0倍时,比强度达到峰值10273 N·m/kg,导热系数为0.109 W/(m·K);当泡沫掺量1.2倍、陶粒等级500 kg/m^(3)时,随着陶粒掺量增加,GCFC比强度先增大后减小,掺量为30%时比强度达到峰值9902 N·m/kg,导热系数为0.097 W/(m·K)。当泡沫掺量小于1.2倍,经20次冻融循环后GCFC的质量损失率和冻后强度满足标准要求;GCFC冻后强度与陶粒等级成正比关系。GCFC孔结构的圆度值随泡沫掺量的增加而变大,当泡沫掺量超过1.2倍后,圆度值增加速度加快;当陶粒掺量逐渐增大时,平均圆度值先降低再升高,陶粒掺量为30%时平均圆度值下降至最低为1.42。

关键词：地聚合物陶粒泡沫混凝土比强度孔结构

地聚合物基多相陶瓷高放废液固化体固化机理与浸出性能

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硅酸盐通报 2023年第4期42卷 1437-1447,1465页

作者：李秋朱翔耿海宁李宗刚马浩森陈伟武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室武汉430070 武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070 湖北城市建设职业技术学院武汉430205

高放废物中放射性核素组成复杂,而陶瓷固化存在核素选择性强的问题。为实现同时固化裂变产物及锕系核素的目的,基于可陶瓷化地聚合物设计原理,将模拟高放废液与偏高岭土、矿粉、硅灰、纳米氧化锆混合后,加入模数为1.5的钾水玻璃作为激... 详细信息

高放废物中放射性核素组成复杂,而陶瓷固化存在核素选择性强的问题。为实现同时固化裂变产物及锕系核素的目的,基于可陶瓷化地聚合物设计原理,将模拟高放废液与偏高岭土、矿粉、硅灰、纳米氧化锆混合后,加入模数为1.5的钾水玻璃作为激发剂制备高放废液多相陶瓷固化基材,该基材在常温下成型硬化后,再以1100℃高温热处理方式转化为地聚合物基多相陶瓷高放废液固化体。采用静态浸出方法研究固化体的抗浸出性能,同时采用XRD、SEM-EDS、XPS等测试技术探究地聚合物陶瓷化机制、核素固化机理及Ce元素氧化价态。结果表明,该固化基材在固化模拟核素时,以化学形式与物理形式两种方式同时固化:一是大量进入烧结形成的白榴石(立方)、氧化锆(四方)、锆英石晶格或形成陶瓷相;二是少量被玻璃相包裹。其中Cs、Sr均匀分布,Ce、Nd在玻璃相中富集。该固化基材在同时固化不同价态与离子半径的核素时具有优异的抗浸出性能,Cs、Sr的28 d归一化元素浸出率低至10-2g/(m^(2)·d),Ce、Nd的28 d归一化元素浸出率低至10-4~10-5g/(m^(2)·d)。本文有望提供一种工艺简单,并结合水泥、玻璃、陶瓷固化方法为一体,可同时固化多种核素的高放废物固化体设计与制备方法,为高放废物固化提供新思路。

关键词：地聚合物浸出率多相陶瓷高放废液共同固化固化机理

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地聚合物在水体中抗侵蚀性的研究进展

功能材料 2021年第12期52卷 12001-12007,12021页

作者：杨丽韫杨双健高梦郸白皓北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

地聚合物是一种新型绿色建筑材料,具备优异的机械强度、耐高温等性能,此外地聚合物其原料来源广泛,可由含有硅铝的工业固体废弃物制得。因此,地聚合物作为绿色建筑材料有性能优异、工艺简单、能耗低、碳排放低等优点,具有广阔的应用前... 详细信息

地聚合物是一种新型绿色建筑材料,具备优异的机械强度、耐高温等性能,此外地聚合物其原料来源广泛,可由含有硅铝的工业固体废弃物制得。因此,地聚合物作为绿色建筑材料有性能优异、工艺简单、能耗低、碳排放低等优点,具有广阔的应用前景。然而,当地聚合物应用于水环境中时,其在水体中的抗侵蚀性能需要进一步综合分析。在综述地聚合物制备工艺和合成机理的基础上,分析了地聚合物的原料和养护方式对其抗侵蚀性的影响,进一步阐述了地聚合物的三维网络结构和抗衡阳离子的耐侵蚀性,最后提出了地聚合物在水体中抗侵蚀性的研究展望。

关键词：地聚合物合成机理抗侵蚀性水环境

地聚合物基泡沫混凝土的路用性能及其应用研究

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公路交通科技 2022年第6期39卷 50-58页

作者：齐鹏飞卢佩霞扬州工业职业技术学院建筑工程学院江苏扬州225100

为了确定路用地聚合物基泡沫混凝土的最佳配合比,根据地聚合物基泡沫混凝土路用性能的室内试验结果,以粉煤灰和矿粉作为地聚合物原料代替部分水泥,用碱激发剂和化学发泡制备了泡沫混凝土,即以替代量25%为梯度,在0~50%范围内划分为A~C共3... 详细信息

为了确定路用地聚合物基泡沫混凝土的最佳配合比,根据地聚合物基泡沫混凝土路用性能的室内试验结果,以粉煤灰和矿粉作为地聚合物原料代替部分水泥,用碱激发剂和化学发泡制备了泡沫混凝土,即以替代量25%为梯度,在0~50%范围内划分为A~C共3组,地聚合物组分中粉煤灰和矿粉之间的比例为7∶3,各试验组保持水固比为0.5和发泡剂掺量不变。结果表明:当以地聚合物替代水泥比例为25%(B组)制作泡沫混凝土时,地聚合物基泡沫混凝土的强度、流值和湿重度都满足高等级公路路基中路床和路堤的相关要求。依托某高速公路改扩建工程,采用数值模拟方式比较分析了地聚合物基泡沫混凝土(B组)和普通填土进行路基填筑的沉降。结果表明:地聚合物基泡沫混凝土组可以有效减小路基沉降,路面铺设完成后沉降可以减小52%,横坡变化率可以减小57%;营运荷载施加后沉降可以减小40%,横坡变化率可以减小65%。将替代量为25%(B组)时的试验配比投入到该扩建工程中局部高填方路段路基填筑进行现场试验,并进行了对比分析。结果表明:试验路段的路基最大沉降值与数值模拟值较为接近且小于数值模拟值。地聚合物基泡沫混凝土可以有效缓解路基工程中沉降过大的问题,验证了其用于控制高速公路路基沉降的可行性。

关键词：道路工程泡沫混凝土试验分析地聚合物路基沉降数值分析

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地聚合物砂浆的界面粘结性及耐久性研究

地聚合物砂浆的界面粘结性及耐久性研究

作者：邢超伟河北科技大学

学位级别：硕士

水泥基材料新旧界面粘结的问题在实际工程中广泛存在。良好的界面粘结性是保障新旧材料共同工作的基础。双碳背景下,开发高粘结性,绿色粘结材料具有重要意义。本文基于粉煤灰-矿渣基地聚合物(FA/BFS-GP),以修补砂浆中采用的界面弯拉强... 详细信息

水泥基材料新旧界面粘结的问题在实际工程中广泛存在。良好的界面粘结性是保障新旧材料共同工作的基础。双碳背景下,开发高粘结性,绿色粘结材料具有重要意义。本文基于粉煤灰-矿渣基地聚合物(FA/BFS-GP),以修补砂浆中采用的界面弯拉强度作为界面粘结强度评价指标,重点研究了材料配比,基材的种类、养护时间、开槽深度,以及浇筑方式等对新旧界面粘结强度的影响。同时对硫酸盐侵蚀环境下各种材料的界面性能进行了探索。具体研究结果如下:(1)GP砂浆(GPM)的界面粘结性能优于普通水泥砂浆(OPM)。自然环境下:界面粘结强度随着矿粉含量、钢渣粉对FA的替代率以及碱激发剂中OH浓度的增加而提高。其中,碱溶液中OH浓度和钢渣粉含量的影响尤其显著。高OH浓度碱溶液得到的界面弯拉强度等同现浇,破坏位置发生在旧基材处;在硫酸盐侵蚀环境下:矿粉含量的增加,不利于界面弯拉强度的保持;提高碱溶液中OH浓度,界面弯拉强度与抗压强度均降低显著。但是,钢渣粉的适量加入可以提高界面弯拉强度与抗压强度的耐蚀系数。(2)基材种类以及养护时间对新旧界面的粘结性能存在不同程度影响。一般环境下,后浇材料一致时,GPM基材及OPM基材的界面弯拉强度出现较大差异,针对不同的后浇材料,两种基材各有优劣。硫酸盐侵蚀环境下,以GPM为基材试件的界面弯拉强度耐蚀系数普遍高于OPM基材试件。增加基材的养护时间,对OPM基材试件的界面粘结性具有增强作用,但对GPM基材试件的作用恰好相反。(3)通过数据拟合,发现界面弯拉强度和开槽深度,后浇GPM中矿粉含量、OH浓度、钢渣粉对FA的替代率存在线性正相关关系;OPM后浇材料达到极限粘结强度时对开槽深度的需求相比GPM要小,再次证明了,GPM相比OPM粘结性能更好的结论。不仅如此,开槽能有效提高界面抵抗硫酸盐侵蚀的能力。界面开槽2mm可以使界面弯拉耐蚀系数提高20%左右。(4)后浇材料与基材侧面粘结时,试件整体的抗折、抗压强度都优于上下粘结方式,这表明后浇材料的位置对其整体性能的影响不可忽视。微观分析发现,地聚合物材料为后浇材料时,其界面过渡区致密且无裂缝,而普通水泥基材料界面之间存在大量约2μm的微裂缝,导致其界面粘结及耐酸性能降低。综上,GPM作为后浇材料能够有效改善界面的粘结性和耐酸性。地聚合物材料修补后的试件可以媲美现浇试件的承载力及破坏形式。综合考虑其绿色低碳性能,GPM作为修补砂浆具有巨大优势。

关键词：地聚合物界面粘结硫酸盐侵蚀微观分析理论分析

地聚合物固化/稳定有毒重金属及作用机理研究进展

同方学位论文库评论

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材料导报 2018年第11期32卷 1834-1841页

作者：罗忠涛刘垒康少杰王亚洲杨久俊郑州大学材料科学与工程学院郑州450001 天津城市建设学院材料科学与工程学院天津300384

地聚合物作为一种新型铝硅酸盐无机聚合物胶凝材料,特殊的水化反应机理和水化产物使其在固化/稳定有毒重金属离子领域中得到更多的研究及应用。本文主要对地聚合物反应机理、产物、结构和性能,地聚合物固化/稳定有毒重金属离子的机理以... 详细信息

地聚合物作为一种新型铝硅酸盐无机聚合物胶凝材料,特殊的水化反应机理和水化产物使其在固化/稳定有毒重金属离子领域中得到更多的研究及应用。本文主要对地聚合物反应机理、产物、结构和性能,地聚合物固化/稳定有毒重金属离子的机理以及影响地聚合物固化/稳定有毒重金属离子效果的因素这三大方面做了综述,并为尚未有效利用的工业废渣(拜耳法赤泥)制备地聚合物及其在固化/稳定有毒重金属离子方面的研究提供理论依据和思路。最后,指出在地聚合物固化/稳定有毒重金属离子研究中存在的不足以及对未来研究做出了展望。

关键词：地聚合物固化/稳定有毒重金属离子

地聚合物对水泥固化土强度的影响及其机理分析

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岩土工程学报 2016年第3期38卷 446-453页

作者：邓永锋吴子龙刘松玉岳喜兵朱雷雷陈江华关云飞东南大学交通学院岩土工程研究所江苏南京210096 江苏省公路局江苏南京210004 江苏省交通工程集团有限公司江苏镇江212016 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024

采用无侧限抗压强度、电镜扫描(SEM)和压汞(MIP)等试验方法,分析研究了地聚合物—偏高岭土(metakaolin)对水泥土的力学强度的影响规律,探讨了其改善水泥土强度的机理,并根据现场测试验证了实用性和经济性。试验结果表明:地聚合物掺入水... 详细信息

采用无侧限抗压强度、电镜扫描(SEM)和压汞(MIP)等试验方法,分析研究了地聚合物—偏高岭土(metakaolin)对水泥土的力学强度的影响规律,探讨了其改善水泥土强度的机理,并根据现场测试验证了实用性和经济性。试验结果表明:地聚合物掺入水泥土后,水泥土的无侧限抗压强度得到了大幅度的提高,然而强度与地聚合物掺量之间并非单一线性增加关系,而是由活性区域和惰性区域组成,转折点对应的MK掺量为3%;微观试验结果表明地聚合物掺入能产生更多的胶结物,使水泥土结构更加致密;基于试验数据给出了地聚合物掺量与水泥土强度增长的评价公式。现场测试结果和工程造价分析均表明了地聚合物具有较大的工程实用性。

关键词：水泥土地聚合物偏高岭土无侧限抗压强度机理分析现场测试