偏硅酸钠掺量对高硼废液水泥固化体力学性能的影响
发布时间：2021-12-19 13:53
为研究偏硅酸钠掺量对高硼废液水泥固化体力学性能的影响,测试了3%、5%、7%（质量分数）碱当量下水泥固化体的抗压强度,采用量热实验、XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM等分析技术,对水化产物建立起宏观性能和微观结构的联系,探究力学性能变化的微观机理。实验结果表明:对于普硅水泥-高硼溶液体系,以偏硅酸钠为激发剂,相同龄期下,随着碱当量的增加,试样的抗压强度随之增加;碱当量为5%以上时,试样的各龄期抗压强度可显著提高,28 d抗压强度达10.36 MPa以上。碱当量的增加使得水化产物中的氢氧化钙增多,从而填充了水泥固化体中的空隙,使其强度提高;产物中的C-S-H凝胶是固化体抗压强度的主要来源。
【文章来源】：硅酸盐通报. 2020,39(10)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同碱当量试样早期水化放热曲线和水化放热总量曲线
表3～表6为水泥固化体在不同龄期各试样抗压强度及平均值。根据我国国家标准GB 14569.1—2011《低、中水平放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》第6.2.2节“抗压强度”中所规定的“如果六个测定值中有一个超出六个平均值的±20%,应剔除这个结果,而剩下五个的平均数为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均值±20%的,则此组结果作废”。表5中碱当量为3%的试样3抗压强度超出原平均值的20.7%,应该剔除。剔除该结果后,剩余五个数的平均值为8.21 MPa,经验算符合规定。图2为水泥固化体抗压强度随龄期和碱当量变化曲线。如图所示,不同碱当量的水泥固化体抗压强度均随龄期的增加而增大。碱当量为0%和1%的试样并未凝结;碱当量为3%、龄期为3 d的水泥固化体抗压强度最低,且与其他试样测试结果相差较大,可能是碱当量最低,早期水化程度最低所导致。对于相同龄期的水泥固化体,龄期为28 d时,碱当量为7%的水泥固化体抗压强度最高,且随着碱当量的增加,固化体抗压强度逐渐升高,这说明偏硅酸钠掺量的提高可以改善水泥固化体的力学性能。碱当量为5%和7%的试样在28 d时的强度分别为10.36 MPa和10.76 MPa,仅相差0.4 MPa,即后者相对于前者28 d时强度只提高了3.9%,因此实际应用中考虑到成本问题,碱当量为5%更优。进一步结合图1(c)中水化放热总量可知,水化过程结束时,碱当量为3%和5%的试样水化放热总量超过了碱当量为7%的试样,即前者水化反应更加充分。综合上述考虑因素,故以下微观测试以及仅研究碱当量分别为3%、5%试样的性能,对固化体抗压强度的讨论也仅限于碱当量为3%、5%的试样。表3 水泥固化体3 d抗压强度Table 3 3 d compressive strength of cement solidified body Alkali equivalent/% 3 d compressive strength/MPa S1 S2 S3 S4 S5 S6 Average 3 0.96 0.84 0.84 0.86 0.89 0.89 0.88 5 5.61 6.46 6.45 5.89 6.64 5.98 6.17 7 7.15 6.29 6.86 7.36 7.22 5.71 6.76
图3和图4分别为5%碱当量下不同龄期和18 d龄期下不同碱当量的水泥固化体水化产物的XRD谱。图中显示,不同龄期与碱当量的水泥固化体矿物组成以未水化的C3S、C2S,以及水化生成的氢氧化钙和偏硼酸钙为主。从图3可以看出,随着龄期的增长,产物氢氧化钙和偏硼酸钙所对应的物相衍射强度随之提高。从图4可以看出,偏硅酸钠掺量的增加也会使产物增加,在碱当量为5%时,氢氧化钙和偏硼酸钙衍射峰达到最高,与图1(c)中水化放热曲线一致。相关研究表明[4],添加氢氧化钙提高碱度可以加速水泥水化进程,提高早期水化程度与固化体强度。本研究中龄期为3 d、7 d时,强度增加较快;而随着碱当量的增加,水化产物逐渐增加,填充了水泥固化体中的孔隙,从而使固化体抗压强度提高。因此碱当量为5%时的固化体抗压强度在不同龄期下均为最高,与图2中水泥固化体抗压强度规律一致。图4 不同碱当量下28 d试样XRD谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]偏硅酸钠激发矿渣-粉煤灰胶凝材料水化机理研究[J]. 白应华,章启航,余胜,陈伟. 信阳师范学院学报(自然科学版). 2020(01)
[2]偏硅酸钠激发胶凝材料性能及微观结构[J]. 卢珺,康春阳,李秋. 硅酸盐通报. 2017(10)
[3]模拟放射性含硼废液的水泥固化研究[J]. 孙奇娜,李俊峰,王建龙. 原子能科学技术. 2010(S1)
博士论文
[1]水化硅酸钙（C-S-H）凝胶的细观力学机理研究[D]. 李犇.哈尔滨工程大学 2018
[2]核电站模拟含硼中低放废物的水泥固化技术研究[D]. 吴明慧.中国建筑材料科学研究总院 2011
本文编号：3544534
【文章来源】：硅酸盐通报. 2020,39(10)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同碱当量试样早期水化放热曲线和水化放热总量曲线
表3～表6为水泥固化体在不同龄期各试样抗压强度及平均值。根据我国国家标准GB 14569.1—2011《低、中水平放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》第6.2.2节“抗压强度”中所规定的“如果六个测定值中有一个超出六个平均值的±20%,应剔除这个结果,而剩下五个的平均数为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均值±20%的,则此组结果作废”。表5中碱当量为3%的试样3抗压强度超出原平均值的20.7%,应该剔除。剔除该结果后,剩余五个数的平均值为8.21 MPa,经验算符合规定。图2为水泥固化体抗压强度随龄期和碱当量变化曲线。如图所示,不同碱当量的水泥固化体抗压强度均随龄期的增加而增大。碱当量为0%和1%的试样并未凝结;碱当量为3%、龄期为3 d的水泥固化体抗压强度最低,且与其他试样测试结果相差较大,可能是碱当量最低,早期水化程度最低所导致。对于相同龄期的水泥固化体,龄期为28 d时,碱当量为7%的水泥固化体抗压强度最高,且随着碱当量的增加,固化体抗压强度逐渐升高,这说明偏硅酸钠掺量的提高可以改善水泥固化体的力学性能。碱当量为5%和7%的试样在28 d时的强度分别为10.36 MPa和10.76 MPa,仅相差0.4 MPa,即后者相对于前者28 d时强度只提高了3.9%,因此实际应用中考虑到成本问题,碱当量为5%更优。进一步结合图1(c)中水化放热总量可知,水化过程结束时,碱当量为3%和5%的试样水化放热总量超过了碱当量为7%的试样,即前者水化反应更加充分。综合上述考虑因素,故以下微观测试以及仅研究碱当量分别为3%、5%试样的性能,对固化体抗压强度的讨论也仅限于碱当量为3%、5%的试样。表3 水泥固化体3 d抗压强度Table 3 3 d compressive strength of cement solidified body Alkali equivalent/% 3 d compressive strength/MPa S1 S2 S3 S4 S5 S6 Average 3 0.96 0.84 0.84 0.86 0.89 0.89 0.88 5 5.61 6.46 6.45 5.89 6.64 5.98 6.17 7 7.15 6.29 6.86 7.36 7.22 5.71 6.76
图3和图4分别为5%碱当量下不同龄期和18 d龄期下不同碱当量的水泥固化体水化产物的XRD谱。图中显示,不同龄期与碱当量的水泥固化体矿物组成以未水化的C3S、C2S,以及水化生成的氢氧化钙和偏硼酸钙为主。从图3可以看出,随着龄期的增长,产物氢氧化钙和偏硼酸钙所对应的物相衍射强度随之提高。从图4可以看出,偏硅酸钠掺量的增加也会使产物增加,在碱当量为5%时,氢氧化钙和偏硼酸钙衍射峰达到最高,与图1(c)中水化放热曲线一致。相关研究表明[4],添加氢氧化钙提高碱度可以加速水泥水化进程,提高早期水化程度与固化体强度。本研究中龄期为3 d、7 d时,强度增加较快;而随着碱当量的增加,水化产物逐渐增加,填充了水泥固化体中的孔隙,从而使固化体抗压强度提高。因此碱当量为5%时的固化体抗压强度在不同龄期下均为最高,与图2中水泥固化体抗压强度规律一致。图4 不同碱当量下28 d试样XRD谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]偏硅酸钠激发矿渣-粉煤灰胶凝材料水化机理研究[J]. 白应华,章启航,余胜,陈伟. 信阳师范学院学报(自然科学版). 2020(01)
[2]偏硅酸钠激发胶凝材料性能及微观结构[J]. 卢珺,康春阳,李秋. 硅酸盐通报. 2017(10)
[3]模拟放射性含硼废液的水泥固化研究[J]. 孙奇娜,李俊峰,王建龙. 原子能科学技术. 2010(S1)
博士论文
[1]水化硅酸钙（C-S-H）凝胶的细观力学机理研究[D]. 李犇.哈尔滨工程大学 2018
[2]核电站模拟含硼中低放废物的水泥固化技术研究[D]. 吴明慧.中国建筑材料科学研究总院 2011
本文编号：3544534
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