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地聚物的耐高温性能研究进展

材料导报 2023年第8期37卷 242-250页

作者：宋天诣曲星宇潘竹北京工业大学城市建设学部北京100124 河北工业大学土木与交通学院天津300401 天津市装配式建筑与智能建造重点实验室天津300401

地聚物是一种使用工业固废作为原料的新型绿色环保建筑材料。固废中含有的铝硅酸盐玻璃体在高碱性条件下经缩聚反应可形成无定型态的硅铝网状类沸石立体结构,从而使地聚物具有类陶瓷的特性,改善其耐高温性能。近年来,地聚物的耐高温性... 详细信息

地聚物是一种使用工业固废作为原料的新型绿色环保建筑材料。固废中含有的铝硅酸盐玻璃体在高碱性条件下经缩聚反应可形成无定型态的硅铝网状类沸石立体结构,从而使地聚物具有类陶瓷的特性,改善其耐高温性能。近年来,地聚物的耐高温性能成为绿色建材领域研究热点。地聚物混凝土是一种多相复合材料,其原料来源多样且配制过程中需要控制的参数较为复杂,这些因素都导致地聚物混凝土在高温下(后)抗压强度变化的多样性。近年来,研究者们开展了大量试验和理论分析工作,发现影响地聚物混凝土高温下(后)抗压强度的三个主要影响因素是:(1)晶相转变;(2)微观结构变化;(3)地聚物和骨料的位移不相容性。地聚物混凝土在高温下(后)的抗压强度最终取决于三个主要因素中占主导的因素和混凝土延性。本文着重探讨了硅铝原子比、碱溶液类型和骨料对地聚物混凝土高温下(后)抗压强度的影响规律,结合三种影响因素分析了地聚物混凝土的抗压强度劣化机理,同时对地聚物的热工性能和地聚物混凝土结构的耐火性能进行了综述。最后,对地聚物材料耐高温性能的未来研究前景进行了讨论。

关键词：地聚物地聚物混凝土结构高温热工性能抗压强度

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地聚物在重金属铅固化中的研究进展

材料导报 2023年第7期37卷 248-254页

作者：孙滢斐张攀胡敬平杨家宽侯慧杰华中科技大学环境科学与工程学院武汉430074 清华-伯克利深圳学院广东深圳518055 清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055

地聚物作为一种新型的硅铝酸盐无机聚合胶凝材料,因具有耐酸、耐热、耐腐蚀和低能耗、低排放等优良性能而受到多领域的广泛关注,其中地聚物对重金属的固化作用成为重金属污染处理的新兴研究方向。在众多重金属中,地聚物对铅污染物的固... 详细信息

地聚物作为一种新型的硅铝酸盐无机聚合胶凝材料,因具有耐酸、耐热、耐腐蚀和低能耗、低排放等优良性能而受到多领域的广泛关注,其中地聚物对重金属的固化作用成为重金属污染处理的新兴研究方向。在众多重金属中,地聚物对铅污染物的固化效果优异,引起学者的广泛关注。文章首先回顾了重金属污染的处理方法,提出了水泥基材料固化重金属铅存在的问题。其次,文章从地聚物对铅的固化机制及改性地聚物对铅的固化等方面,重点阐述了地聚物通过物理包封、电荷平衡作用、形成氧化物和/或硅酸盐等方式对铅的固化机理,并对影响地聚物固化铅的因素和地聚物固化铅性能表征方法进行了总结。最后,文章对地聚物在重金属铅固化方面的问题和展望进行了概述,为地聚物在铅固化中的研究提供参考。

关键词：地聚物铅重金属固化硅铝酸盐基质改性

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地聚物基油气井固泥材料

钻井液与完井液 2022年第3期39卷 339-345页

作者：孙刚王有伟刘鑫军于斌张国梁马春风李屹汤栋霖中海油田服务股份有限公司油田化学研究院河北三河065201 华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510641

地聚物是一类由碱激发剂和胶凝材料制备而成的、由SiO_(4)和AlO_(4)四面体单元组成的具有三维立体网状结构的无机聚合物材料。该类材料具有力学性能优异、与无机基材黏结强度高和流动性良好等特点。针对油气井中残余的泥饼导致水泥浆无... 详细信息

地聚物是一类由碱激发剂和胶凝材料制备而成的、由SiO_(4)和AlO_(4)四面体单元组成的具有三维立体网状结构的无机聚合物材料。该类材料具有力学性能优异、与无机基材黏结强度高和流动性良好等特点。针对油气井中残余的泥饼导致水泥浆无法有效黏结“固井二界面”的问题,通过添加偏高岭土MK与油井钻井液中的黏土同构地聚物达成油井固泥效果。通过水玻璃和偏高岭土制备了低黏度、高渗透率的地聚物基固泥材料。该地聚物基固泥材料的玻璃模数为1.5,MK添加量为2.5%,其在常压和高压环境下均能渗入泥饼;经90℃固化10 h后泥饼的抗压强度分别为3.0 MPa和1.0 MPa;同时,固化后的泥饼能提高固井二界面的胶结性能,“地层-水泥”界面和“套管-水泥”界面的胶结强度分别为0.6和1.0 MPa。X射线衍射分析结果表明,MK的加入虽然无法改变最终固化后泥饼的结晶性能,但适量加入MK能提高胶凝材料的含量,从而进一步提高固化后泥饼的抗压强度和胶结强度。

关键词：地聚物泥饼固化偏高岭土固井

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地聚物基透水混凝土的制备与性能

材料导报 2019年第24期33卷 4086-4091页

作者：曾路何牟张明华胡婷婷王淑萍彭小芹重庆大学材料科学与工程学院

透水混凝土因具有透水透气、吸声减噪等功能而被广泛研究和关注。然而,其普遍存在孔隙结构,造成受力不均,使得透水混凝土只能用于低荷载的路面。为了提高透水混凝土的强度和耐久性,本研究将地聚物作为透水混凝土的胶凝材料,并采用正交... 详细信息

透水混凝土因具有透水透气、吸声减噪等功能而被广泛研究和关注。然而,其普遍存在孔隙结构,造成受力不均,使得透水混凝土只能用于低荷载的路面。为了提高透水混凝土的强度和耐久性,本研究将地聚物作为透水混凝土的胶凝材料,并采用正交试验研究了最佳配比,分析了孔隙率、骨料粒径、激固比、矿渣掺量、水玻璃模数对其性能的影响。以抗压强度、劈裂抗拉强度、透水系数、抗冻性为指标,拟合分析了孔隙率与透水系数、透水系数与抗压强度、孔隙率与抗劈裂强度之间的关系。结果表明:目标孔隙率15%、激固比60%、骨料粒径2~5mm、水玻璃模数1.4、矿渣掺量20%为最优配比,所得地聚物透水混凝土的28d抗压强度为33MPa,抗劈裂强度为2.4MPa,透水系数为8.4mm/s,抗冻性能达标。

关键词：地聚物透水混凝土透水系数抗冻性

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地聚物砂浆的力学性能与孔结构分形特征分析

华南理工大学学报（自然科学版） 2020年第3期48卷 126-135页

作者：杨世玉赵人达靳贺松李福海西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为探讨矿渣粉改性粉煤灰地聚物砂浆在不同温度下的强度变化规律及改善机理,进行了不同矿渣粉掺量的粉煤灰地聚物在多种温度下的力学性能试验,并分析了其微观形貌及孔结构特征。结果表明:粉煤灰基地聚物在室温固化时的抗压强度和抗弯强... 详细信息

为探讨矿渣粉改性粉煤灰地聚物砂浆在不同温度下的强度变化规律及改善机理,进行了不同矿渣粉掺量的粉煤灰地聚物在多种温度下的力学性能试验,并分析了其微观形貌及孔结构特征。结果表明:粉煤灰基地聚物在室温固化时的抗压强度和抗弯强度均较小,掺入矿渣粉或高温固化都可以改善粉煤灰地聚物的力学性能,但高温固化导致后期抗压强度变化变缓;当不掺矿渣粉时,地聚物砂浆的流动度为232 mm,但凝结时间超过8 h;随着矿渣粉掺量的增加,地聚物的流动度逐渐降低,凝结时间也变短;高温固化和掺入矿渣粉都可以显著减小粉煤灰地聚物材料的孔隙率;室温固化时,地聚物砂浆中含有大量宏观孔隙,并且粉煤灰地聚物砂浆中基本不存在胶凝孔隙;高温固化后,粉煤灰地聚物砂浆中以毛细孔隙体积占比最大,而改性砂浆则以胶凝孔隙和过渡孔隙的居多;从试件内部的微观形貌图可见,掺入矿渣粉后地聚物砂浆变得更加致密;基于热力学关系的分形模型可以在压汞法测量的孔径范围内很好地描述地聚物砂浆孔结构的分形维数,其次为孔轴线模型;地聚物砂浆孔结构的分形维数大于2.0,在粉煤灰地聚物中掺入矿渣粉可以改善地聚物的孔隙结构,提升固化温度则使得地聚物的孔隙结构变得复杂。

关键词：地聚物抗压强度力学性能分形维数

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地聚物混凝土长期时变变形研究进展

华南理工大学学报（自然科学版） 2020年第12期48卷 91-104页

作者：杨世玉赵人达曾宪帅靳贺松李福海西南交通大学土木工程学院四川成都610031

地聚物早期强度高、耐高温性能好以及对环境污染少,是国内外研究非常活跃的一种新型无机胶凝材料,掌握地聚物的收缩和徐变特性对确定其能否替代硅酸盐水泥的地位十分重要。文中回顾了近几年来地聚物在收缩和徐变两方面的研究成果,重点... 详细信息

地聚物早期强度高、耐高温性能好以及对环境污染少,是国内外研究非常活跃的一种新型无机胶凝材料,掌握地聚物的收缩和徐变特性对确定其能否替代硅酸盐水泥的地位十分重要。文中回顾了近几年来地聚物在收缩和徐变两方面的研究成果,重点梳理了粉煤灰地聚物(AAFA)和矿渣地聚物(AAS)的收缩和徐变特性、机理及改善措施。结果表明:AAFA在室温下的干缩率较大,高温固化的AAFA可以获得比普通硅酸盐水泥基材料(OPC)更小的干缩率;AAS的干缩率比OPC的大得多;地聚物的收缩机理与普通硅酸盐水泥的不完全相同;适当提高固化温度、降低钠含量和掺入纤维等可以在一定程度上减轻地聚物的收缩;粉煤灰和适量的矿渣制备的地聚物混凝土既可满足强度的要求又可以获得比OPC混凝土更小的干缩率,是一种前景广阔的建筑材料;AAFA混凝土的徐变较OPC混凝土小,但AAS混凝土的徐变较OPC混凝土大,在AAFA中加入少量矿渣对其徐变的影响也不大;利用纳米压痕技术可以快速、可靠地评价地聚物的徐变。文中还对今后需进一步研究的相关问题提出了建议。

关键词：地聚物混凝土收缩徐变

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地聚物固化黄土力学性能及边坡稳定性研究

湖南大学学报(自然科学版) 2023年

作者：唐先习李昊杰李明泽王之鲁兰州理工大学土木工程学院中国铁路兰州局集团有限公司

研究以中国西北地区近年来黄土路基滑坡为背景.通过击实试验和直剪试验，测得不同地聚物掺入下固化土的试验数据，并通过电镜扫描试验(SEM)和X射线衍射试验(XRD)对钢渣-粉煤灰地聚物固化土进行微观结构分析，同时结合pF-Meter等仪器测... 详细信息

研究以中国西北地区近年来黄土路基滑坡为背景.通过击实试验和直剪试验，测得不同地聚物掺入下固化土的试验数据，并通过电镜扫描试验(SEM)和X射线衍射试验(XRD)对钢渣-粉煤灰地聚物固化土进行微观结构分析，同时结合pF-Meter等仪器测定不同地聚物掺入下固化土的基质吸力与体积含水率.后基于强度折减法，将试验数据代入COMSOL Multiphysics中，通过饱和-非饱和理论的Richards方程，建立固化黄土路基边坡有限元模型.分析降雨前后路基层中地聚物掺入量和坡比对路基边坡的整体稳定性的影响.结果表明：当固化土中地聚物掺入量为25%时，内摩擦角为31.2°，相比于重塑黄土提高了62.5%.随着地聚物掺入量的增加，黏聚力呈现出先升后降的趋势，当地聚物掺入量为20%时达到最高峰，为81.09 kPa，相比于重塑黄土提高了75.86%.路基边坡的稳定性随着地聚物掺入量的增加先上升后下降，随着坡比减小而上升.在特定条件下，边坡稳定性会随着降雨时间的延长而降低，随着降雨强度的增大而减小.

关键词：地聚物有限元法边坡稳定性滑坡固化黄土

地聚物对塑性混凝土早期强度和细观结构的影响

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混凝土 2023年第7期 122-125页

作者：王广卫山东师范大学山东济南250014

以偏高岭土作为地聚物,在塑性混凝土制备过程中加入不同掺量的偏高岭土。然后研究了不同偏高岭土掺量下混凝土的早期(3、7 d)抗压强度和劈裂抗拉强度,并采用扫描电子显微镜(SEM)来研究不同偏高岭土掺量下混凝土在3、7 d养护龄期下水化... 详细信息

以偏高岭土作为地聚物,在塑性混凝土制备过程中加入不同掺量的偏高岭土。然后研究了不同偏高岭土掺量下混凝土的早期(3、7 d)抗压强度和劈裂抗拉强度,并采用扫描电子显微镜(SEM)来研究不同偏高岭土掺量下混凝土在3、7 d养护龄期下水化产物的形貌。早期强度结果表明,随着偏高岭土掺量的增加,制备出的塑性混凝土早期的抗压强度和劈裂抗拉强度呈现先升高后降低的趋势,最佳的偏高岭土掺量为水泥总质量的10%。SEM结果表明适量的偏高岭土掺量可以增加早期水化产物之间的密实性,进而导致塑性混凝土早期强度是升高。总的来说,以上结果为地聚物在塑性混凝土中的应用提供一定的试验基础与数据支撑。

关键词：偏高岭土地聚物塑性混凝土早期强度密实性

地聚物胶凝材料改性提高混凝土耐久性的研究进展

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材料导报 2019年第15期33卷 2552-2560页

作者：王爱国郑毅张祖华刘开伟马瑞孙道胜安徽建筑大学安徽省先进建筑材料重点实验室湖南大学绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室

地聚物是一类由火山灰活性或潜在水硬性的材料与碱性激发剂反应而形成的胶凝材料。研究显示,许多地聚物在力学性能、高温稳定性、耐硫酸盐侵蚀性能及耐酸碱腐蚀等方面的表现比传统硅酸盐水泥基材料更为优异,但它也存在一些缺点,如抗碳... 详细信息

地聚物是一类由火山灰活性或潜在水硬性的材料与碱性激发剂反应而形成的胶凝材料。研究显示,许多地聚物在力学性能、高温稳定性、耐硫酸盐侵蚀性能及耐酸碱腐蚀等方面的表现比传统硅酸盐水泥基材料更为优异,但它也存在一些缺点,如抗碳化性能差以及干燥收缩大,限制了其在建筑工程中的应用。地聚物在硬化过程中伴随着较大的体积收缩,极易产生微裂纹,而微裂纹则成为侵蚀离子进入地聚物内部的通道,从而降低地聚物的抗渗性能和耐久性能。在碳化过程中,CO2溶解在孔隙溶液中会与矿渣基地聚物产物C-(A)-S-H凝胶发生反应生成CaCO3,破坏地聚物产物结构;而粉煤灰基地聚物的主要产物N-A-S-H凝胶并没有脱钙过程,其碳化导致孔溶液碱度降低,产物稳定存在的环境被破坏。本文从地聚物产物组成与结构入手,综述了利用MgO、层状双金属氢氧化物(LDHs)、纳米粒子等材料改性和改进养护方式解决上述问题的最新研究进展,阐明了材料改性提高混凝土耐久性的作用机理:MgO掺入地聚物中与水反应生成膨胀性组分Mg(OH)2,从而有效补偿地聚物自收缩和干燥收缩,且MgO可参与聚合反应生成对CO2具有明显吸附作用的水滑石,提升地聚物的抗碳化性能;掺入的LDHs具有层间离子可交换性,在侵蚀过程中将侵蚀离子置换进层状结构中,降低其对地聚物结构的破坏程度;纳米粒子掺入地聚物中主要起到晶种成核和颗粒填充效应,可以改善地聚物的孔隙结构,同时硅铝质纳米粒子可参与聚合反应,使微观结构更致密;高温(蒸压)养护可促进聚合反应、改善孔结构、减少微裂纹生成,提升地聚物的抗渗透性能。

关键词：地聚物耐久性 MgO LDHs 纳米粒子养护方式