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聚季铵盐类粘土稳定剂抑制砒砂岩膨胀研究

聚季铵盐类粘土稳定剂抑制砒砂岩膨胀研究

作者：刘雪峰大连理工大学

学位级别：硕士

砒砂岩地区主要分布于山西、陕西、河南和内蒙古四省地区,由于砒砂岩遇水后溃散成沙的特性,导致当地的水土流失十分严重,生态环境恶劣。本文从新的角度认识砒砂岩,并使用聚季铵盐类粘土稳定剂对砒砂岩的遇水溃散成沙的特性进行改善,其... 详细信息

砒砂岩地区主要分布于山西、陕西、河南和内蒙古四省地区,由于砒砂岩遇水后溃散成沙的特性,导致当地的水土流失十分严重,生态环境恶劣。本文从新的角度认识砒砂岩,并使用聚季铵盐类粘土稳定剂对砒砂岩的遇水溃散成沙的特性进行改善,其无毒、环保且经济实惠,处理后的砒砂岩地区水土流失程度降低,增加土壤中的有机物含量,提高土壤肥力,提高土壤的保水性,使植物可以生长从而进一步固化土壤。本文通过试验研究,首先对砒砂岩原岩的矿物组成以及水理性质进行了研究,砒砂岩主要矿物成分为石英、长石、碳酸盐以及蒙脱石等粘土矿物,红色砒砂岩的风化程度大于白色砒砂岩,测试其干燥饱和吸水率、崩解形态及自由膨胀率,确定砒砂岩是一种胶结能力很差的弱膨胀岩;其次利用湿法提纯从砒砂岩中水洗离心提纯出红色蒙脱石和白色蒙脱石,并测试提纯出的蒙脱石的吸蓝量、膨胀指数、粒径以及阳离子交换容量,测得的数据分别为32.42g/100g和38.00g/100g、3.25ml/g和3.53ml/g、21.08μm和15.7μm、113.51mmol/100g和119.62mmol/100g,对其氧化物组成、光学显微镜下的微观形貌进行分析,提纯后的蒙脱石中石英、长石等矿物含量明显减少,其主要的氧化物成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3以及CaO;第三,通过红外光谱对阳离子粘土稳定剂LYPO和阳离子高分子絮凝剂LYPW进行表征,确定两种产品均为季铵盐类的高分子聚合物;第四,使用阳离子粘土稳定剂LYPO和阳离子高分子絮凝剂LYPW对提纯出的蒙脱石进行处理,测定处理后的蒙脱石膨胀体积,并通过Zeta电位、XRD、FTIR、TG/DTG、SEM对处理后的蒙脱石进行表征,得到抑制蒙脱石膨胀的最佳使用质量分数为0.8%,并研究了调节溶液pH值后对蒙脱石的膨胀抑制效果,发现不同的酸碱度,对抑制蒙脱石膨胀的效果影响甚微;第五,探究不同质量分数的溶液处理后砒砂岩试块在水中的崩解形态,发现处理后的试块崩解速度明显慢于未处理的砒砂岩试块,其中阳离子高分子絮凝剂LYPW处理的砒砂岩崩解速度慢于阳离子粘土稳定剂LYPO处理的砒砂岩试块。

关键词：砒砂岩蒙脱石膨胀抑制聚季铵盐类粘土稳定剂

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聚二烯二甲基氯化铵抑制蒙脱石膨胀机理研究

聚二烯二甲基氯化铵抑制蒙脱石膨胀机理研究

作者：张振兴大连理工大学

学位级别：硕士

砒砂岩中蒙脱石组分的吸水膨胀是其遇水膨胀溃散的主要原因。本文采用聚二烯二甲基氯化铵(PDDA)抑制砒砂岩中蒙脱石的膨胀性,研究了PDDA对砒砂岩中蒙脱石膨胀的抑制机理,为利用工程措施改善砒砂岩地区的水土流失提供了一种有效方法。首... 详细信息

砒砂岩中蒙脱石组分的吸水膨胀是其遇水膨胀溃散的主要原因。本文采用聚二烯二甲基氯化铵(PDDA)抑制砒砂岩中蒙脱石的膨胀性,研究了PDDA对砒砂岩中蒙脱石膨胀的抑制机理,为利用工程措施改善砒砂岩地区的水土流失提供了一种有效方法。首先,采用沉降法得到纯度较高的蒙脱石。分别选用四种不同分子量的聚二烯二甲基氯化铵抑制蒙脱石膨胀。通过蒙脱石在PDDA水溶液中线性膨胀水平探究PDDA分子量对蒙脱石水化膨胀的影响,同时对比了无机盐与PDDA的膨胀抑制效果,并进行水洗实验,观察其耐久性。其次,采用粒度分析方法研究了K、NH类无机盐抑制剂和PDDA抑制剂对蒙脱石/水悬浮体蒙脱石颗粒水化、膨胀以及分散的作用的影响。第三,通过Zeta电位测定研究经过PDDA处理后蒙脱石表面电势的变化,由电势的变化分析PDDA溶液对蒙脱石抑制作用机理。通过紫外-可见分光光度计,定量研究蒙脱石对PDDA吸附性能的研究;同时探究吸附时间对吸附平衡的影响,做出吸附等温线。最后通过XRD、TG/DTG、SEM、FTIR对经PDDA处理后的蒙脱石表征,探究经处理后的蒙脱石颗粒表面形态、晶层间距。同时TG/DTG测试可以验证蒙脱石对PDDA吸附量的紫外分光光度计研究测试的结果。研究发现,PDDA比无机盐对蒙脱石水化膨胀抑制效果显著,经处理后的蒙脱石粒径增大。PDDA处理的蒙脱石经过水洗依然有很强的抑制性,说明PDDA牢牢地吸附于蒙脱石的表面形成一层保护膜,阻止水分子的进入。经处理的蒙脱石,表面电势由负趋于零电势。当蒙脱石分散在PDDA溶液中时,蒙脱石对PDDA分子的吸附在浓度为0.1.5%时很好的服从线性关系,随着浓度的升高,吸附量逐渐变大,最终趋于饱和。XRD结果显示,干态的蒙脱石的晶面间距为1.36nm,水化后为1.45nm。经过PDDA溶液处理后,在浓度为0.1%时,蒙脱石晶面间距为1.47nm。说明PDDA进入到蒙脱石晶层中,随着浓度增加,蒙脱石晶面间距逐渐减小,当浓度为1.5%时晶面间距为1.39nm。热重结果和红外测试结果也显示,经过PDDA处理的蒙脱石,对蒙脱石的水化产生抑制作用,蒙脱石吸附的自由水含量也随着PDDA浓度增加而降低。SEM结果显示,PDDA处理后的蒙脱石改善了其片层状的结构,促使较小的蒙脱石颗粒团聚在一起,形成大的蒙脱石颗粒,而且分子量较大的PDDA作用明显,改善了蒙脱石颗粒之间的孔隙结构,促使蒙脱石形成致密的结构,从而减少了水分子的进入,达到抑制蒙脱石水化膨胀的目的。

关键词：蒙脱石高分子抑制剂膨胀抑制离子交换吸附

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钢渣的体积膨胀抑制及沥青混合料性能研究

四川水泥 2020年第1期 286-287页

作者：张金生董从雷陈奕辛江苏瑞沃建设集团有限公司江苏扬州225652 东南大学江苏南京211189

采用有机硅防水剂对钢渣表面进行改性处理,从而达到抑制钢渣体积膨胀的目的,并对改性前后钢渣沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和体积稳定性进行了对比分析。结果表明:改性钢渣沥青混合料能明显改善沥青路面的路用性能,延... 详细信息

采用有机硅防水剂对钢渣表面进行改性处理,从而达到抑制钢渣体积膨胀的目的,并对改性前后钢渣沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和体积稳定性进行了对比分析。结果表明:改性钢渣沥青混合料能明显改善沥青路面的路用性能,延长使用寿命,具有较好的耐久性和安全性。

关键词：改性钢渣膨胀抑制路用性能

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聚季铵盐类黏土稳定剂抑制砒砂岩膨胀的研究

建材技术与应用 2018年第1期 6-12页

作者：杨大令张振兴韩俊南刘雪峰翟界秀大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024

砒砂岩区水土流失严重,解决砒砂岩遇水膨胀溃散是目前有效防止砒砂岩区水土流失问题的主要方法。试验采用湿法提纯,从砒砂岩中分离出蒙脱石,通过XRF、XRD、吸蓝量和膨胀指数测试,对砒砂岩及蒙脱石的矿物组成和基本物理参数进行分析。测... 详细信息

砒砂岩区水土流失严重,解决砒砂岩遇水膨胀溃散是目前有效防止砒砂岩区水土流失问题的主要方法。试验采用湿法提纯,从砒砂岩中分离出蒙脱石,通过XRF、XRD、吸蓝量和膨胀指数测试,对砒砂岩及蒙脱石的矿物组成和基本物理参数进行分析。测试了不同浓度聚季铵盐阳离子黏土稳定剂(LYPO)溶液和二甲基二烯丙基氯化铵/丙烯酰胺共聚物(LYPW)溶液处理后砒砂岩的膨胀体积,并用红外光谱测试、Zeta电位测试、热重测试进行了表征。试验结果表明,阳离子黏土稳定剂(LYPO)溶液和二甲基二烯丙基氯化铵/丙烯酰胺共聚物(LYPW)溶液对抑制砒砂岩膨胀的最佳浓度为0.8%,处理后砒砂岩膨胀率分别为48.37%和49.55%。通过Zeta电位分析可知,两种试剂溶液对砒砂岩的抑制作用体现在两个方面:试剂溶液与蒙脱石晶层之间的离子交换、试剂溶液中的聚合物分子链与蒙脱石颗粒之间的吸附作用在蒙脱石颗粒表面形成一层聚合物保护膜。试验过程中处理过的砒砂岩遇水溃散的性质得到显著改善。

关键词：砒砂岩聚季铵盐类黏土稳定剂膨胀抑制离子交换吸附

陈化/表面处治工艺对钢渣及其沥青混合料性能影响研究

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陈化/表面处治工艺对钢渣及其沥青混合料性能影响研究

作者：李鑫长沙理工大学

学位级别：硕士

钢渣力学性能优异,与沥青粘附性强,具有良好的路用价值,而新渣f-CaO等活性成分含量高,导致其体积稳定性差,是限制其在沥青混合料中应用主要因素。目前主要采用自然陈化处理钢渣,降低其体积膨胀,但该方法时间长、占地大,不利于钢渣快速... 详细信息

钢渣力学性能优异,与沥青粘附性强,具有良好的路用价值,而新渣f-CaO等活性成分含量高,导致其体积稳定性差,是限制其在沥青混合料中应用主要因素。目前主要采用自然陈化处理钢渣,降低其体积膨胀,但该方法时间长、占地大,不利于钢渣快速有效利用。为提升钢渣的利用率,论文采用不同压力条件压蒸陈化处治工艺、不同天数水热陈化处治工艺、硅烷偶联剂表面处治工艺和水泥净浆表面处治工艺对新渣预处理,分析不同处治工艺对钢渣性能影响,并研究不同处治工艺钢渣沥青混合料的路用性能。采用陈化处治工艺,分析压蒸和水热处理对钢渣物理力学性能、化学矿物成分、f-CaO含量以及体积稳定性的处治效果。结果表明,新渣浸水膨胀率和f-CaO含量分别为2.725%和4.1 1%,体积稳定性差;压蒸和水热处治的钢渣吸水率、碱度以及f-CaO含量降低,密度、抗压性、耐磨性以及体积稳定性有所提升;压力达到0.6MPa时,继续提升压力压蒸3h对钢渣f-CaO含量降低和体积稳定性改善的效果减弱;90℃水热2d的钢渣性能明显改善,浸水膨胀率为1.083%,f-CaO为1.82%,各项指标符合路用要求;综合考虑处治能耗、时间和效果最终选择0.6MPa压蒸3h或90℃水热2d预处理钢渣。采用表面处治工艺,分析硅烷偶联剂和水泥净浆对钢渣表观形貌结构、物理力学性能、疏水性、与沥青的粘附性以及体积稳定性的处治效果。结果表明,硅烷偶联剂溶液处理后的钢渣表面形成致密连续的偶联层薄膜,与水滴的接触角达到78.76°,降低钢渣亲水性能,虽然钢渣力学性能无明显改善,但钢渣吸水率和浸水膨胀率降低分别为2.31%和1.383%,并且与沥青保持良好的粘附性;水泥净浆处理后的钢渣,虽抗压性和耐磨性有一定提升,但吸水率和浸水膨胀率分别达到3.12%和3.775%,不满足规范要求。基于陈化和表面处治工艺测试结果,以0.6MPa压蒸3h、90℃水热2d和KH550溶液处治的钢渣制备ARAC-13沥青混合料并测试其路用性能。结果表明,不同处治手段均降低了钢渣对沥青的吸收量,最佳油石比分别降低0.1 1%、0.20%和0.34%;处治后钢渣沥青混合料的高温稳定性、体积稳定性和水稳定性均有所提升。研究成果可为改善钢渣的体积稳定性提供重要参考,也可为钢渣在沥青混合料中推广应用提供科学依据。

关键词：钢渣体积稳定性陈化处治工艺表面处治工艺膨胀抑制路用性能

钢渣-土混拌基层材料试验研究及微观机理分析

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土木与环境工程学报（中英文） 2020年第4期42卷 44-52页

作者：黄伟邱鹏赵鲁卿唐钢王宗森安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243002 安徽马钢嘉华新型建材有限公司安徽马鞍山243000

针对钢渣用于基层材料易发生膨胀的问题,采用钢渣、高炉矿渣微粉、土混拌并结合土体固化技术,制备道路基层材料钢渣混合土。对16组不同配比土样开展了击实、膨胀率、无侧限抗压强度试验。研究表明:钢渣混合土最佳含水率受配比影响较小,... 详细信息

针对钢渣用于基层材料易发生膨胀的问题,采用钢渣、高炉矿渣微粉、土混拌并结合土体固化技术,制备道路基层材料钢渣混合土。对16组不同配比土样开展了击实、膨胀率、无侧限抗压强度试验。研究表明:钢渣混合土最佳含水率受配比影响较小,均维持在12%~14%;最大干密度随钢渣掺量的减少而降低,随高炉矿渣微粉掺量的增加而降低;高炉矿渣微粉的掺入可显著降低钢渣混合土膨胀率,提高其无侧限抗压强度;7、14、28、90 d无侧限抗压强度均随钢渣占比增加呈先增后减趋势,配比为50%钢渣、50%土时达到最大。微观结构分析表明:土颗粒表面电荷的改变使得钢渣混合土体结构在成型时更易受压密实,钢渣中游离氧化钙(f-CaO)在固化过程中的水化反应受到明显抑制,主要与矿渣中二氧化硅(SiO 2)发生消解反应生成水化硅酸钙凝胶(C—S—H);与此同时,钢渣、土相互包裹的颗粒间堆叠效应及C—S—H凝胶填充混合料缝隙产生的自密实效应进一步提高了土体强度,从而制备出强度高、安定性好的钢渣混合土。

关键词：道路工程钢渣混合土抗压强度膨胀抑制最优配比

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改性黄河砒砂岩筑坝材料性能试验

水利水电科技进展 2019年第5期39卷 16-20,26页

作者：李长明姚文艺王立久申震洲刘慧冷元宝华北水利水电大学土木与交通学院河南郑州450045 黄河水利科学研究院河南郑州450003 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

为改变砒砂岩遇水溃散的特性,满足砒砂岩区淤地坝建设对建筑材料的需求,研究了砒砂岩改性技术。通过试样固结体积观测、抗剪强度测试、X射线衍射(XRD)、热重(TG-DTG)分析和扫描电子显微镜(SEM)分析,探讨了不同浓度改性剂对砒砂岩固结体... 详细信息

为改变砒砂岩遇水溃散的特性,满足砒砂岩区淤地坝建设对建筑材料的需求,研究了砒砂岩改性技术。通过试样固结体积观测、抗剪强度测试、X射线衍射(XRD)、热重(TG-DTG)分析和扫描电子显微镜(SEM)分析,探讨了不同浓度改性剂对砒砂岩固结体积、抗剪强度、矿物组成和微观结构形貌的影响。试验结果表明,改性后砒砂岩的膨胀性得到显著抑制,材料体积稳定性及抗剪强度得到提高,试样的体积减小率及抗剪强度最大值分别为50%和138kPa;改性后试样中蒙脱石晶层间距和试样质量损失明显减小,试样的水化膨胀特性得到有效控制;改性后试样的孔隙结构得到改善,裂隙数量及尺寸显著减小,试样更加均匀密实。

关键词：砒砂岩膨胀抑制改性机理筑坝材料固化

养护温度与粉煤灰掺量对钙镁复合膨胀剂膨胀效能的影响

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混凝土与水泥制品 2021年第11期 29-33页

作者：盛智博于方肖尹文杨海成邓春林中交四航工程研究院有限公司水工构造物耐久性技术交通运输行业重点试验室广东广州510230 河海大学力学与材料学院江苏南京210098

开展了养护温度(20℃、40℃、60℃)和粉煤灰掺量(10%、20%、30%)对掺钙镁复合膨胀剂(CM)砂浆膨胀效能的影响研究,并结合微观测试手段,分析了其影响机理。结果表明:CM对温度较为敏感,养护温度越高,CM水化速率越快,膨胀量增幅越大;20~60℃... 详细信息

开展了养护温度(20℃、40℃、60℃)和粉煤灰掺量(10%、20%、30%)对掺钙镁复合膨胀剂(CM)砂浆膨胀效能的影响研究,并结合微观测试手段,分析了其影响机理。结果表明:CM对温度较为敏感,养护温度越高,CM水化速率越快,膨胀量增幅越大;20~60℃时,粉煤灰可显著抑制CM的膨胀,且粉煤灰掺量越大,对CM的抑制作用越明显;CM中CaO组分反应速率较快,其水化产物Ca(OH)2有效促进了MgO的水化。

关键词：养护温度粉煤灰限制膨胀率钙镁复合膨胀剂膨胀抑制

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钢渣沥青混合料的材料及性能研究

钢渣沥青混合料的材料及性能研究

作者：许丁斌东南大学

学位级别：硕士

中国是目前世界上最大的钢铁生产国家,钢铁产量不断攀升所带来的问题是钢渣的大量排放,而我国钢渣综合利用率仅为20%左右,截止至2016年,我国钢渣积存量已达到10亿吨。钢渣的大量堆积不但占用土地资源,还会对周边环境造成严重的环境污染... 详细信息

中国是目前世界上最大的钢铁生产国家,钢铁产量不断攀升所带来的问题是钢渣的大量排放,而我国钢渣综合利用率仅为20%左右,截止至2016年,我国钢渣积存量已达到10亿吨。钢渣的大量堆积不但占用土地资源,还会对周边环境造成严重的环境污染。钢渣的力学性能与轧制碎石相近,不仅坚硬耐磨,颗粒形状好,而且与沥青有良好的黏附性,具有代替集料应用于沥青混合料的巨大潜力,在目前钢渣积存量过大、优质筑路集料稀缺的环境下,钢渣应用于沥青路面的研究显得极为重要。本文以陈化6个月的梅山钢渣为研究对象,首先利用扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪和X射线衍射仪对钢渣的表面微观构造、化学组成、矿物组成进行分析,而后按照规范测试了钢渣的天然级配、密度、吸水率、体积膨胀率、与沥青的黏附性、压碎值和磨耗率等集料性能,验证了钢渣用作沥青混合料集料的可行性。考虑到钢渣的高吸水率,本文提出使用沥青浸渍法实测各档钢渣集料的有效相对密度,并采用马歇尔试验法设计、制备AC-13和AC-25两种级配类型的钢渣沥青混合料,确定出最佳油石比。试验结果表明,钢渣沥青混合料的最佳油石比高出玄武岩沥青混合料0.5%.7%。接着对钢渣沥青混合料的路用性能进行评价和分析,主要包括高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、体积稳定性以及抗滑性。对钢渣沥青混合料的路用性能进行研究后发现,钢渣沥青混合料具有较好的高低温性能及抗滑性,但水稳性存在不足,浸水膨胀率超标,这与钢渣集料内部的f-CaO水化引发的膨胀有直接联系。钢渣的体积不安定性是限制钢渣实际应用的决定性因素,为了解决这一问题,本文采用表面改性处理的方法在钢渣表面形成致密膜层,阻止水分浸入钢渣内部,从而抑制钢渣的体积膨胀,同时能在一定程度上强化钢渣的力学性能,降低钢渣的吸油量。选用水泥外掺硅粉浆液、丙烯酸改性硅树脂防水剂以及硅烷偶联剂溶液对钢渣进行表面改性处理,结果表明硅树脂防水剂的综合改性效果最优,4%硅树脂防水剂处理后的钢渣,其吸水率和压碎值从2.02%和17.6%降低至0.56%和10.1%,浸水膨胀率从1.78%降低至1.18%。随后采用硅树脂防水剂改性钢渣替代粗集料设计、制备AC-13级配的改性钢渣沥青混合料,并评价其基本路用性能,结果表明,改性钢渣沥青混合料的最佳油石比降低了0.7%,高温性能和水稳定性获得较大提升,其中水稳定性甚至优于同一级配下的玄武岩沥青混合料,同时浸水膨胀率也得到很好的控制。表面改性处理的方式在一定程度上可以放宽工程应用中对钢渣f-CaO含量的限制,提高钢渣在道路中的用量,拓展钢渣在道路领域中的应用范围,有助于推动钢渣的大规模资源化利用。

关键词：钢渣沥青混合料膨胀抑制表面改性路用性能