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地基处理 2024年第2期6卷 134-145页

作者：陈忠清高彦斌吕越吴早生魏威绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312099 同济大学地下建筑与工程系上海200092 华汇工程设计集团股份有限公司浙江绍兴312000 北京中岩大地科技股份有限公司北京100041

“双碳”背景下寻找低碳环保的固化剂替代水泥等传统固化剂进行软土地基加固受到越来越多的关注。利用碱渣(SR)和粉煤灰(FA)制备碱渣-粉煤灰基地聚合物(SR-FAG),通过无侧限抗压强度试验(UCST)和渗透试验(PT),以及扫描电镜(SEM)试验、X... 详细信息

“双碳”背景下寻找低碳环保的固化剂替代水泥等传统固化剂进行软土地基加固受到越来越多的关注。利用碱渣(SR)和粉煤灰(FA)制备碱渣-粉煤灰基地聚合物(SR-FAG),通过无侧限抗压强度试验(UCST)和渗透试验(PT),以及扫描电镜(SEM)试验、X射线衍射(XRD)分析与傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试开展了SR-FAG固化含水率超液限软黏土的试验研究,分析了SR掺量、FA掺量及养护龄期对SR-FAG固化土无侧限抗压强度及渗透性的影响,并探讨了固化机理。研究表明:SR掺量对SR-FAG固化土的早期强度增长作用较明显,7 d的强度可达到28 d的56%~89%,而后期强度增长主要受FA掺量影响。当SR掺量为30%且FA掺量达到25%时,SR-FAG固化土28 d的强度可达到1.6 MPa,并随龄期持续增长。SR-FAG固化土90 d龄期的渗透系数比固化前降低近一个数量级,达到1.344×10^(-8)cm/s。C-S-H凝胶充填固化土中土颗(团)粒的大孔隙,并发挥胶结作用,导致SR-FAG固化土的早期强度增长与渗透性降低,而后期强度增长则与硅铝酸盐凝胶的胶结作用密切相关。

关键词：软黏土粉煤灰基地聚合物碱渣固化无侧限抗压强度渗透性

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粉煤灰基地聚合物砂浆性能增强技术研究

粉煤灰基地聚合物砂浆性能增强技术研究

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作者：陈柯宇浙江理工大学

学位级别：硕士

普通硅酸盐水泥（OPC）一直以来是混凝土制备中常见的成分,但其熟料生产阶段产生大量的二氧化碳与工业废料,与当前节能减排的大趋势相悖,亟需寻找一种可接受的绿色胶凝材料替代品。地聚合物（Geopolymer）是一种由经碱激活后硅铝酸材料... 详细信息

普通硅酸盐水泥（OPC）一直以来是混凝土制备中常见的成分,但其熟料生产阶段产生大量的二氧化碳与工业废料,与当前节能减排的大趋势相悖,亟需寻找一种可接受的绿色胶凝材料替代品。地聚合物（Geopolymer）是一种由经碱激活后硅铝酸材料制备得具有三维网状微观结构的无机胶凝材料,具有制备简单、力学性能好、碳排放少等诸多优势,且为工业废料的处理提供了一条新的途径,然而,粉煤灰基地聚合物制备阶段往往需要热养护,影响其力学性能的因素繁多;实际使用过程中易发生突发性的脆性破坏且在恶劣环境下的耐久性不明确,这严重制约了粉煤灰基地聚合物的商业化。基于此,本文针对典型的粉煤灰基地聚合物砂浆材料,研究其在不同维度下的性能增强技术,并拓展其在恶劣环境中的应用,主要的工作及成果如下:（1）基于响应面法研究水胶比、砂胶比和碱激发剂模数等因素对常温养护粉煤灰基地聚合物砂浆力学性能的影响,利用Box-behnken模型建立二次多项式拟合公式并对砂浆配合比进行优化。结果表明,将3d与28d抗压强度最大值作为目标优化值,得出砂浆的最优配合比:胶砂比为3.193,水胶比为0.397,碱激发剂模数为1.215。预测值和试验值差异性较小,证实了响应面法的可靠性。且在不同养护龄期下,各因素的影响程度存在差异,3天时:砂胶比＞水胶比＞碱激发剂模数;28天时:砂胶比＞碱激发剂模数＞水胶比。（2）通过在前述优化体系中引入高钙产物,探究钙组分对粉煤灰基地聚合物砂浆性能的影响,扩展地聚合物在工业环境与酸雨条件下的应用,并提出抗硫酸/醋酸腐蚀调控设计方案。试验结果表明,将水泥添加到体系中会导致抗压强度显着增加（16.08～36.61%）,而对耐酸性影响相反。基于线性拟合和非线性人工神经网络方式对砂浆质量损失进行了评估,纯粉煤灰基地质聚合物表现出最大质量损失（5.61%）与样品离散性。而含钙粉煤灰基地聚合物在酸溶液中的腐蚀机理可归结于石膏沉积相沉淀、硅铝酸盐骨架的破坏、碱金属离子浸出及部分结晶相消失。（3）利用胶态纳米二氧化硅与混杂纤维（钢纤维和聚丙烯纤维）改善粉煤灰基地聚合物砂浆的孔隙结构,并提升其弯曲抗裂性能。结果表明,尽管纳米二氧化硅和混杂纤维对砂浆流动性产生负面影响,但两者在力学性能提升方面具有较好的协同作用。纳米二氧化硅改善了由纤维材料引起的孔隙率增加的问题,从而大大提高了砂浆的抗弯/抗折强度。掺纳米二氧化硅和混杂纤维砂浆的弯曲韧性比纯粉煤灰基地聚合物砂浆提高约200%,且在平板开裂试验中,仅能检测到约58.25mm2面积的微裂纹。纳米二氧化硅通过改变体系内晶相与非晶相的含量,前驱体的反应活性得到提高;而在X射线三维显微镜观察下,混杂纤维呈现出无序的支撑网络,有效提升了纤维/基体界面结合强度。（4）初步探究了废弃玻璃-粉煤灰基地聚合物复合再生材料的性能。研究利用废弃玻璃替代天然河砂细骨料,对制备粉煤灰基地聚合物砂浆的力学性能和耐酸性的影响;主要探究了浆体在1～56天内的反应进程,重点分析了骨料界面过渡区（ITZ）的发展及受硫酸侵蚀后的破坏情况。结果表明,玻璃和河砂骨料在养护龄期早期均延缓了地聚合反应的速度,河砂砂浆在28天时凝胶体系内的反应逐渐停止;而玻璃边缘在碱性环境下溶解出硅相,提高了体系内的硅/铝比,提高了基体的后期密实度。此外,玻璃在硫酸浸泡后与ITZ处的凝胶基体间仍具有更好的粘结效果,具有更低的抗压强度及质量损失。课题的实施与开展为粉煤灰基地聚合物性能的提升提供了新的思路,也为地聚合物在复杂恶劣环境应用的提供理论支持。

关键词：粉煤灰基地聚合物砂浆外掺料力学性能耐久性微观结构

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粉煤灰基地聚合物无机涂料的制备与性能

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硅酸盐通报 2021年第12期40卷 4020-4029页

作者：范影李缘刘长明杨彬刘雪霆合肥工业大学化学与化工学院合肥230009 安徽好思家涂料股份有限公司蚌埠233000

以低钙型粉煤灰为主要原料,硅酸钠和氢氧化钠为复合碱激发剂,硅烷偶联剂(KH550)为增强材料,硅丙乳液为辅助成膜物质制备地聚合物无机涂料。研究了硅烷偶联剂掺量、反应温度以及水固比对地聚合物无机涂料的成膜性、耐水性和耐洗刷性等性... 详细信息

以低钙型粉煤灰为主要原料,硅酸钠和氢氧化钠为复合碱激发剂,硅烷偶联剂(KH550)为增强材料,硅丙乳液为辅助成膜物质制备地聚合物无机涂料。研究了硅烷偶联剂掺量、反应温度以及水固比对地聚合物无机涂料的成膜性、耐水性和耐洗刷性等性能的影响,并通过XRD、FTIR、SEM、TG-DSC分析了无机涂料的微观结构及其耐高温性能。结果表明,当制备温度为60℃、水固比为0.31(质量比)、硅烷偶联剂掺量为3.6%(质量分数)时,地聚合物无机涂料在室温下的成膜性良好,无开裂现象,涂料24 h内质量吸水率为1.84%,耐洗刷性可达12 000次,7 d时硬度为154 s。地聚合物无机涂层内部主要是无定形的硅铝酸盐凝胶,硅烷偶联剂经水解、键合生成簇状产物填充在涂层的孔隙之间,增加了涂层的密实性,抑制了裂纹的产生。涂层在25~800℃的失重率为12.0%~13.0%,未发现明显的地聚合物热分解现象,说明涂层耐高温性能良好。

关键词：水性涂料粉煤灰粉煤灰基地聚合物涂层硅烷偶联剂成膜性耐水性耐洗刷性

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铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能影响探究

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水利水运工程学报 2022年第1期 89-96页

作者：王亚民胡少伟范向前娄本星姚丽琴胡登兴交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456 南京水利科学研究院江苏南京210029 重庆大学土木工程学院重庆400045 宁夏青龙管业集团股份有限公司宁夏银川750004

为探讨铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能的影响规律,用掺量分别为0、2%、4%、8%和12%铝酸盐水泥代替粉煤灰,运用SEM、XRD、FTIR与TG等测试方法,对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行微观机理探究;开展流动度试验、凝结时间与抗压强度试验,... 详细信息

为探讨铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能的影响规律,用掺量分别为0、2%、4%、8%和12%铝酸盐水泥代替粉煤灰,运用SEM、XRD、FTIR与TG等测试方法,对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行微观机理探究;开展流动度试验、凝结时间与抗压强度试验,对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行宏观性能分析。结果表明,当铝酸盐水泥掺量从0增长到12%的过程中,C-S-H凝胶含量从2.16%增长到8.10%,富铝凝胶含量从55.22%增长到74.60%,增大铝酸盐水泥掺量,流动度从22.4 cm降低到21.5 cm,初凝时间从622 min减小到106 min,终凝时间从740 min减小到125 min,抗压强度从27.7 MPa增长到70.78 MPa。因此,复掺铝酸盐水泥有利于生成更多的C-S-H凝胶和富铝凝胶,C-S-H凝胶具有更大的生成速率,降低了地聚合物工作性能,增大了地聚合物抗压强度,丰富了地聚合物性能的提高方法。

关键词：粉煤灰基地聚合物铝酸盐水泥微观机理抗压强度

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粉煤灰基无机高性能涂料的研发

粉煤灰基无机高性能涂料的研发

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作者：范影合肥工业大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,建筑涂料的环保性、高性能及美观性越来越被人们所追求。传统的建筑涂料多为有机类,其附着力和柔韧性等性能较为优异,但耐高温、环保等性能较差,无机类涂料具有良好的耐火性但其成膜及耐水性较差。而地聚合物的优良性质... 详细信息

进入21世纪以来,建筑涂料的环保性、高性能及美观性越来越被人们所追求。传统的建筑涂料多为有机类,其附着力和柔韧性等性能较为优异,但耐高温、环保等性能较差,无机类涂料具有良好的耐火性但其成膜及耐水性较差。而地聚合物的优良性质为解决上述问题提供了思路。粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉产生的废弃物,我国火力发电快速发展的同时,粉煤灰的产生量也迅速增加,而粉煤灰的大量堆积会给环境带来很大的污染。碱激发粉煤灰凝胶材料生产工艺简单,价格低廉,且能将粉煤灰进行有效的利用,是当前的研究热点。将碱激发粉煤灰凝胶材料作为无机建筑涂料的基料,既规避了有机涂料的高污染性,又具有无机涂料的耐高温、来源丰富及环保性等优点。本文以粉煤灰基地聚合物为涂料的基料,研究了温度、水固比、硅烷掺量、乳液掺量及耐火填料比例等变量对涂料的成膜、耐洗刷、耐水、附着力、硬度及耐火隔热等性能的影响规律。主要结论如下:(1)KH550水解后呈碱性,与体系相容较好,水解的KH550不仅可以和粉煤灰基地聚合物之间生成Si-O-Si键,而且与硅丙乳液中的有机基团形成共价键,生成的簇状产物填充于粉煤灰基地聚合物涂料孔隙之间,使涂层内部更加的密实,提高了涂料的塑性和疏水性,进而改善了涂层的抗裂性、耐水性及耐洗刷性。(2)升高温度,合适的水固比可提高粉煤灰转化成地聚合物的效率,使粉煤灰在碱性条件下释放出更多的活性组分,生成更多的凝胶相。(3)当涂料制备温度为60℃,水固比为0.31,硅烷偶联剂掺量为3.6%,硅丙乳液:地聚合物=1:3.5时,涂层具有较佳的表面性能。且当中空玻璃微珠:(氢氧化镁/氢氧化铝):硼酸锌=2.4:1.6:2.6,涂层厚度为7 mm时,涂层背板最高温度为190℃,低于空白板的253℃,涂层防火性能最佳。(4)所制地聚合物无机涂层的主要产物为无定型的硅铝酸盐,失重现象主要是由水分以及乳液的失去所导致的,未发现地聚合物明显的热失重现象,热稳定性良好。

关键词：无机涂料粉煤灰基地聚合物硅烷偶联剂理化性能耐火隔热性能

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