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碱激发粉煤灰基铜尾砂充填膏体试块性能与环境效应研究

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金属矿山 2024年第4期 262-268页

作者：宋宝峰李和玉王丽辽东学院土木工程学院辽宁丹东118003 黑龙江林业职业技术学院城市建设学院黑龙江牡丹江157011 丹东闿安检测有限公司辽宁丹东118000

为促进矿产资源的可持续利用,保护矿山生态环境,采用一定掺量的碱激发粉煤灰替代水泥制备铜尾砂充填体,通过开展系统的力学、渗透和重金属析出试验,评估了铜尾砂充填膏体试块的强度、抗渗性能和环境效应,结合X射线衍射和扫描电镜结果分... 详细信息

为促进矿产资源的可持续利用,保护矿山生态环境,采用一定掺量的碱激发粉煤灰替代水泥制备铜尾砂充填体,通过开展系统的力学、渗透和重金属析出试验,评估了铜尾砂充填膏体试块的强度、抗渗性能和环境效应,结合X射线衍射和扫描电镜结果分析了胶凝材料的矿物组成和充填膏体试块的微观结构特征,揭示了碱激发粉煤灰对充填膏体试块综合性能的影响及其微观作用机理。结果表明,碱激发可以显著提高粉煤灰的活性,在1 mol/L的Na OH碱激发剂作用下,掺量20%的粉煤灰基铜尾砂充填膏体试块经过28 d养护,其抗压强度较水泥胶凝试块提高了17.8%,渗透系数降低了68.0%,综合胶结效果显著;碱激发粉煤灰的掺入减少了铜尾砂充填膏体试块硬化过程中的重金属析出,有助于控制地下水资源的污染;利用粉煤灰的微细颗粒填充效应和复合胶凝效应,可有效降低铜尾砂的孔隙率,并形成新的水化产物,增强尾砂颗粒间的结合力,从而提高材料的强度和稳定性。

关键词：碱激发粉煤灰铜尾砂强度特性重金属析出微观结构

碱激发粉煤灰稳定碎石基层混合料的制备及路用性能研究

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碱激发粉煤灰稳定碎石基层混合料的制备及路用性能研究

作者：蒋丁男重庆大学

学位级别：硕士

我国粉煤灰产出基数体量较大,且地域发展情况不平衡,在西北地区,粉煤灰占领大量耕地资源,给生态环境带来巨大压力,发电企业需自行承担运输贮存等处置费用。粉煤灰在路基材料中的应用主要以水泥-粉煤灰稳定材料或石灰-粉煤灰稳定材料作... 详细信息

我国粉煤灰产出基数体量较大,且地域发展情况不平衡,在西北地区,粉煤灰占领大量耕地资源,给生态环境带来巨大压力,发电企业需自行承担运输贮存等处置费用。粉煤灰在路基材料中的应用主要以水泥-粉煤灰稳定材料或石灰-粉煤灰稳定材料作为半刚性基层稳定材料。由于石灰-粉煤灰稳定材料早期强度低,水稳定性差等原因,很少用在高等级公路当中。而水泥-粉煤灰稳定材料中,水泥的生产会产生大量二氧化碳,导致温室效应。为了减少水泥用量,并且提高粉煤灰利用率,利用碱激发粉煤灰代替水泥作为路基稳定材料对节能减排目标起到重要作用。因此本文系统研究了碱激发粉煤灰稳定碎石基层混合料的制备技术,探究了碱激发剂种类、配比、养护条件等因素对碱激发粉煤灰胶凝性能的影响,并结合微观测试对胶凝材料反应产物以及微观形貌进行分析,以此确定了碱激发剂配比并将其应用于稳定碎石结合料中,着重研究了粉煤灰掺量、含水量等因素对结合料的力学性能、稳定性能以及收缩性能的影响。针对碱激发材料干燥收缩变形大可能引起的路基开裂风险,利用ANSYS对碱激发粉煤灰稳定粒料干缩性能进行数值模拟,提出预防稳定层干缩开裂措施。根据以上研究,主要得出以下结果:(1)制备出7天抗压强度大于5MPa的碱激发粉煤灰材料,其最优配比为液固比为0.3,碱含量为6%,水玻璃模数为1.75,此时其强度最高为8.71MPa。当配比为碱含量为10%,水玻璃模数为1.25时,28d抗压强度达到最高值,可达59.1MPa。(2)碱激发粉煤灰稳定碎石结合料中粉煤灰掺量应介于10%～14%之间,其7d无侧限抗压强度均超过5MPa,符合半刚性路基材料性能要求。结合料水稳定性优良,各龄期抗冻系数均大于0.9,抗冻性能较为优异;测试了在-20℃到70℃的总温缩系数,当粉煤灰掺量分别为10%、12%、14%时温缩系数分别为4.97×10℃、5.34×10℃和5.88×10℃,结合抗拉强度可知抗温缩性能优劣为粉煤灰掺量14%>12%>10%。各掺量粉煤灰累计干缩应变值随着龄期的增长而升高,前7d干缩应变占28d应变的70%。(3)通过数值模拟方法对其干缩开裂进行计算,利用ANSYS温度场模块对其湿度场进行求解,并进行湿-结构耦合分析,模拟结合料干燥收缩,根据实际收缩值进行反向分析,获得湿扩散系数、表面因子以及干缩系数值后,代入路基模型中,对干缩开裂间距进行计算。提出通过切割收缩缝控制其干燥收缩开裂的方法,当粉煤灰掺量分别为10%、12%、14%时,基层预据缝间距分别为22m,46m和100m。根据研究结果,认为碱激发粉煤灰可以用作基层稳定材料,需要根据粉煤灰掺量切割收缩缝对其干缩裂缝进行控制。

关键词：碱激发粉煤灰激发剂制备结合料干缩有限元模拟

微波场下微珠对碱激发粉煤灰早期力学性能的影响

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建筑材料学报 2020年第4期23卷 816-822页

作者：李雪晨李辉白云朱绘美乔沛西安建筑科技大学材料科学与工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学陕西省生态水泥混凝土工程技术研究中心陕西西安710055 西安建筑科技大学西部绿色建筑国家重点试验室陕西西安710055 伦敦大学学院土木、环境与测绘工程系伦敦WC1E6BT

基于多级微波养护制度,在经浮选、磁选后的焙烧粉煤灰中掺入炭粒、漂珠和磁珠等微珠,研究微珠在微波场下的水化行为及其对碱激发粉煤灰基胶凝材料早期力学性能的影响,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜... 详细信息

基于多级微波养护制度,在经浮选、磁选后的焙烧粉煤灰中掺入炭粒、漂珠和磁珠等微珠,研究微珠在微波场下的水化行为及其对碱激发粉煤灰基胶凝材料早期力学性能的影响,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析其微观结构.结果表明:掺加5%炭粒对微波养护碱激发粉煤灰基胶凝材料的早期抗压强度没有影响,5%漂珠和磁珠能够显著提升其早期抗压强度;微波养护试样中都生成了羟基方钠石和钠系菱沸石,炭粒、漂珠和磁珠均不会改变水化产物的类型;碱激发反应能够在结构中空的漂珠内外同时进行,因此可以适当缩短富含漂珠的碱激发粉煤灰试样的微波养护时间.

关键词：碱激发粉煤灰微珠微波养护力学性能水化产物

碱激发粉煤灰基混凝土的制备及其耐高温性能的探究

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碱激发粉煤灰基混凝土的制备及其耐高温性能的探究

作者：焦晓东西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着国内水泥行业节能减排低碳改革的进行,积极利用工业废物以及发展低碳经济已经成为水泥行业的一个重要研究方向。碱激发粉煤灰基胶凝材料的生产无需煅烧、生产能耗低、工艺简单,它的研究制备将会是高效利用粉煤灰和完成水泥行业低碳... 详细信息

随着国内水泥行业节能减排低碳改革的进行,积极利用工业废物以及发展低碳经济已经成为水泥行业的一个重要研究方向。碱激发粉煤灰基胶凝材料的生产无需煅烧、生产能耗低、工艺简单,它的研究制备将会是高效利用粉煤灰和完成水泥行业低碳改革的一种有效途径。早期强度发展缓慢是制约碱激发粉煤灰基胶凝材料应用的主要问题之一。鉴于碱激发粉煤灰基胶凝材料良好的导电特性及其水化产物“N-A-S-H”胶体的电泳特性,本论文利用直流电辅助养护碱激发粉煤灰基胶凝材料,通过分析其力学性能的影响因素得出最佳养护方式及其配合比。采用XRD、NMR、MIP以及SEM等微观测试手段分析了直流电辅助养护下碱激发粉煤灰基胶凝材料水化产物及其微观结构的演变规律,并在此基础上制备碱激发粉煤灰基混凝土,分析其在100-800℃下的耐高温性能。研究结果表明:直流电辅助养护条件下,碱激发粉煤灰基胶凝材料试块的内部温度经历了先升温后降温的过程。短时间直流电辅助养护可以有效缩短其凝结时间,提高其早期强度。在Na OH掺量为15wt.%,水灰比0.38的条件下,采用先直流电压11 V养护1 h,再常温养护的方式进行养护,3 d强度可达13.9 MPa。直流电辅助养护使碱溶液中OH进入胶凝材料体系的迁移速率加快和浆体内部温度升高。在热和电化学双重作用下,在水化反应早期使得粉煤灰微珠表面的活性Si O和活性AlO溶解加快,形成更多的[Si O]单体和[Al O]单体,同时直流电场也使得[Si O]和[Al O]的迁移速率加快、碰撞几率增加,加快了Q(0Al)向Q(1Al)、Q(2Al)、Q(3Al)、Q(4Al)的转变,重构成更大多聚体的反应增强,进而生成更多的铝硅酸盐凝胶和羟基方钠石,使得试块内部无害孔的比例增加,多害孔比例减少,孔隙率降低,结构更加密实,早期强度得以提升。高温下,碱激发粉煤灰基混凝土试样的表观颜色随温度的增加由深色不断变浅最终变为土黄色,外观出现少量裂纹。28 d后的烘干强度及200℃高温后其抗压强度均小幅提升,由于高温下胶凝材料进一步水化使其结构更加致密,抗压强度得以提高。但在高温超过400℃后,其抗压强度持续下降,800℃时其抗压强度损失达到40%。高温下试样内部结构失水,使得试样外观发生变化,结构变疏松,胶凝材料与骨料之间结合力下降,导致抗压强度下降。

关键词：电养护碱激发粉煤灰水化产物混凝土耐高温

微波场作用下碱激发粉煤灰微珠的水化过程研究

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微波场作用下碱激发粉煤灰微珠的水化过程研究

作者：李雪晨西安建筑科技大学

学位级别：硕士

微波养护是一种有效提高碱激发粉煤灰基胶凝材料早期强度的养护方式,但合理微波养护制度的缺乏导致微波养护的应用受限。粉煤灰颗粒由漂珠、炭粒、硅铝沉珠及磁珠组成,这四类微珠颗粒的组成、结构差异性很大,相应地对微波场的响应程度不... 详细信息

微波养护是一种有效提高碱激发粉煤灰基胶凝材料早期强度的养护方式,但合理微波养护制度的缺乏导致微波养护的应用受限。粉煤灰颗粒由漂珠、炭粒、硅铝沉珠及磁珠组成,这四类微珠颗粒的组成、结构差异性很大,相应地对微波场的响应程度不同,其在微波养护条件下的水化过程也不同。而这些微珠在微波场作用下的水化行为直接决定着碱激发粉煤灰基胶凝材料的力学性能。基于多级微波养护制度,在经浮选和磁选的焙烧粉煤灰中掺入各种微珠（炭粒、漂珠、磁珠）配制富含不同微珠的粉煤灰试样,研究上述微珠在微波场作用下对碱激发粉煤灰基胶凝材料力学性能的影响,并采用XRD、FTIR、FESEM-EDS等手段对试样的水化产物和微观结构进行分析,精细表征不同粉煤灰微珠在微波养护下的水化过程差异,以期在未来利用微波养护技术制备碱激发粉煤灰预制混凝土时,为原材料的选择与质量控制以及微波养护制度的优化提供参考依据。研究结果表明:5 wt.%含量炭对碱激发粉煤灰基胶凝材料的强度峰值影响不大;5 wt.%、10 wt.%漂珠的掺入以及5 wt.%磁珠的掺入都能提高碱激发粉煤灰基胶凝材料的抗压强度。在微波养护后期,出现过养护现象,所有体系均呈现强度倒缩,而炭的存在能缓解其倒缩。中空的漂珠在与碱溶液拌合的过程中,其空心结构在机械压力下储存了一定量的碱液,在微波养护时,漂珠内外同时反应,迅速生成大量的水化产物,可缩短碱激发粉煤灰基胶凝材料达到抗压强度峰值时的微波养护时间。炭粒和磁珠都具有吸波性,首先在吸波微珠及其相邻的微珠表面生成水化产物;当吸波微珠被水化产物完全包裹时,与其相邻微珠的间界面结合力进一步增强,同时距炭或磁珠较远的其他微珠继续与碱液生成更多的水化产物,体系结构变得密实。所有体系在微波场下都生成了羟基方钠石和钠系菱沸石,随着微波养护阶段的延长,生成的水化产物类型未发生转变;且炭、漂珠及磁珠的掺入都不会引起碱激发粉煤灰基胶凝材料的水化产物种类发生变化。此外,强度倒缩是由于体系中生成的圆球状产物长大,这些长大至1μm的圆球状水化产物使颗粒级配变差并在空间上出现重叠,使得微珠出现压碎现象,导致试样结构变得疏松。缩短微波养护时间对碱激发粉煤灰基胶凝材料的后期强度发展有利。

关键词：碱激发粉煤灰微珠微波养护力学性能水化过程水化产物

三聚氰胺系减水剂和萘系减水剂对碱激发粉煤灰胶凝材料工作性能的影响研究

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三聚氰胺系减水剂和萘系减水剂对碱激发粉煤灰胶凝材料工作性能的...

作者：王志浩西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着近年来我国对环境保护的日益重视,研制碱激发粉煤灰胶凝材料,不仅可以减少水泥用量,还能有效拓展我国粉煤灰资源化利用途径,为解决粉煤灰处置问题提供新的可行方案。碱激发粉煤灰胶凝材料的工作性能相比硅酸盐水泥较差,是制约其推... 详细信息

随着近年来我国对环境保护的日益重视,研制碱激发粉煤灰胶凝材料,不仅可以减少水泥用量,还能有效拓展我国粉煤灰资源化利用途径,为解决粉煤灰处置问题提供新的可行方案。碱激发粉煤灰胶凝材料的工作性能相比硅酸盐水泥较差,是制约其推广应用的主要障碍之一。本文借鉴水泥混凝土中重要的工作性能改善手段,研究多种减水剂在碱激发粉煤灰胶凝材料中作用,得出最有效的减水剂品种并优化其掺加配比,研究其对碱激发粉煤灰胶凝材料试块抗压强度的影响。通过流变测试、zeta电位测试和红外光谱等微观测试手段分析减水剂在碱激发粉煤灰净浆中的作用机理和随着时间、温度等因素的成分变化,为宏观测试数据提供支撑。多种减水剂对比试验结果表明,三聚氰胺系减水剂和萘系减水剂对碱激发粉煤灰胶凝材料工作性能的影响效果最显著。三聚氰胺系减水剂可明显提高碱激发粉煤灰净浆的初始流动度,但流动度经时损失较大,萘系减水剂则显著降低碱激发粉煤灰净浆的流动度经时损失。在试验过程中发现,三聚氰胺系减水剂在碱激发粉煤灰净浆中的作用效果具有明显的温度敏感特性。本文进一步研究了浆体温度为10℃-40℃时,三聚氰胺系减水剂对碱激发粉煤灰净浆初始流动度及经时损失的影响,发现三聚氰胺系减水剂改善流动度的作用效果随着温度的升高而减弱。浆体温度为10℃时,三聚氰胺系减水剂可提高碱激发粉煤灰净浆的初始流动度并保持相当一段时间,碱激发粉煤灰加水拌合60min后,仍能保持142mm的流动度。随着浆体温度升高到40℃,三聚氰胺系减水剂对碱激发粉煤灰净浆的降黏作用逐渐丧失,较高浆体温度下碱激发粉煤灰净浆的屈服应力随时间大幅增长,致使碱激发粉煤灰的流动度经时损失急剧增大。根据红外光谱测试结果,萘系减水剂在碱液中存在1h后,生成了水合物,其分子结构本身没有明显变化;三聚氰胺系减水剂在碱液中存在1h后,液体中有游离的羟基,说明三聚氰胺系减水剂的分子结构发生变化,产生了羟基,这可能成为其作用减弱的原因。较高浆体温度下可协同利用三聚氰胺系减水剂对初始流动度的提高作用及萘系减水剂对流动度经时损失的减小作用,改善碱激发粉煤灰净浆的工作性能。在浆体温度30℃,氢氧化钠掺量15wt.%,水灰比0.24时,将两种减水剂以三聚氰胺系减水剂0.75wt.%,萘系减水剂0.25wt.%的比例复掺使用时,碱激发粉煤灰净浆的初始流动度最大,为145mm,还具有最小的流动度经时损失,加水拌合60min后,仍保持130mm的流动度。三聚氰胺系减水剂与萘系减水剂联用可最大发挥减水剂对碱激发粉煤灰净浆的工作性改善及保持作用。而当浆体温度为10℃时,两种减水剂按以上比例复掺使用的效果仍然最佳。最佳复掺配比与同掺量两种减水剂单掺相比,净浆的黏度和屈服应力更小,且zeta电位绝对值更高,说明其降黏作用更佳,在粉煤灰颗粒表面吸附效果更好。掺量不超过2wt.%的三聚氰胺系减水剂和萘系减水剂对碱激发粉煤灰的抗压强度都几乎无不利影响。经XRD测试发现,两种减水剂单掺或复掺使用,对碱激发粉煤灰净浆的水化产物无影响。

关键词：减水剂碱激发粉煤灰工作性能温度

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碱激发粉煤灰固化/稳定化铬污染土壤的研究

新型建筑材料 2021年第2期48卷 110-113,119页

作者：田平武双磊刘浩刘磊陈胡星浙江卓锦环保科技股份有限公司浙江杭州310004 浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027

通过无侧限抗压强度和铬浸出毒性试验,研究了碱激发粉煤灰胶凝材料与FeCl_(2)对铬污染土壤(CCS)的固化/稳定化效果。结果表明:随碱激发粉煤灰掺量增加,CCS固化体强度提高,Cr^(6+)和总Cr浸出浓度则下降,但仍保留较高的浓度;FeCl_(2)显著... 详细信息

通过无侧限抗压强度和铬浸出毒性试验,研究了碱激发粉煤灰胶凝材料与FeCl_(2)对铬污染土壤(CCS)的固化/稳定化效果。结果表明:随碱激发粉煤灰掺量增加,CCS固化体强度提高,Cr^(6+)和总Cr浸出浓度则下降,但仍保留较高的浓度;FeCl_(2)显著降低CCS的Cr^(6+)和总Cr浸出浓度。碱激发粉煤灰胶凝材料和FeCl_(2)复合固化/稳定化CCS,可使CCS同时具有较高的强度和较低铬浸出浓度,28 d无侧限抗压强度近10 MPa,Cr^(6+)和总Cr浸出浓度低至0.5、1.0 mg/L以下,是一种潜在的资源化利用CCS的方法。

关键词：碱激发粉煤灰铬污染土壤铬浸出浓度强度

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外加剂对碱激发粉煤灰材料性能的影响研究

粉煤灰综合利用 2018年第3期32卷 15-17,21页

作者：姚运成都理工大学工程技术学院四川乐山614007

为了探究外加剂对新拌碱激发粉煤灰浆体力学性能的影响规律,采用对比试验研究法,对掺加无机类外加剂(氯化钡)、有机类缓凝剂(葡萄糖酸钠)、有机类减水剂(聚羧酸)以及有机类引气剂(十二烷基三甲基氯化铵)4种外加剂下的碱激发粉煤灰的凝... 详细信息

为了探究外加剂对新拌碱激发粉煤灰浆体力学性能的影响规律,采用对比试验研究法,对掺加无机类外加剂(氯化钡)、有机类缓凝剂(葡萄糖酸钠)、有机类减水剂(聚羧酸)以及有机类引气剂(十二烷基三甲基氯化铵)4种外加剂下的碱激发粉煤灰的凝结时间、流动性、年度等早期工作性能和后期的抗压强度进行了试验研究。研究结果表明:在碱激发粉煤灰中添加氯化钡和十二烷基三甲基氯化铵后能够较为明显改善凝结时间,其它外加剂对此没有产生明显的效果,但添加适量氯化钡的碱激发粉煤灰的强度有所增强,且保持流动性和粘度值基本不变,而十二烷基三甲基氯化铵会使砂浆的后期抗压强度明显降低。试验结果对碱激发粉煤灰在工程中的推广应用具有重要意义。。

关键词：外加剂碱激发粉煤灰凝结时间流动性粘度抗压强度

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硼砂对碱激发粉煤灰地质聚合物性能的研究

山西建筑 2021年第2期47卷 4-7页

作者：戴俊张敏薛贵堂张越博朱清耀西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710001

为了研究不同含量的硼砂成分在地质聚合物中的作用行为与反应效应,探索碱激发粉煤灰中加入硼砂后反应,研究在不同质量分数下硼砂含量对碱激发粉煤灰地质聚合物凝结时间及不同龄期(1 d,7 d,28 d)下抗压强度测定,采用扫描电镜、X-射线光... 详细信息

为了研究不同含量的硼砂成分在地质聚合物中的作用行为与反应效应,探索碱激发粉煤灰中加入硼砂后反应,研究在不同质量分数下硼砂含量对碱激发粉煤灰地质聚合物凝结时间及不同龄期(1 d,7 d,28 d)下抗压强度测定,采用扫描电镜、X-射线光谱分析产物的组成及其微观形貌结构。结果表明:硼砂可以有效地改善碱激发粉煤灰的凝结时间,其凝结时间随着硼砂质量分数的增加而延长;在硼砂加入量为3%时,抗压强度达到最高,流动性适宜,硼砂加入量为5%时,其早期的抗压强度较高,流动性好,但会影响其后期的抗压强度。

关键词：地质聚合物碱激发粉煤灰硼砂抗压强度