Na-粉煤灰基地聚合物胶凝材料的制备及性能研究

发布时间：2017-03-29 21:12

  本文关键词：Na-粉煤灰基地聚合物胶凝材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地聚合物是一种由碱激发硅铝质材料而形成的具有三维网络结构的新型绿色胶凝材料。具有快凝早强、耐高温及耐久性好等多方面优良性能,高硅高铝质的天然矿物或固体废弃物(如粉煤灰、煤矸石以及矿渣等)均可做为其原料,是低成本、高性能、环保型材料。以陕北亚华电厂粉煤灰为基础硅铝质原材料,偏高岭土、硅灰和矿渣为辅助原材料,在由水、NaOH和纳米Si O2制备的可调控碱激发剂作用下制备Na-粉煤灰基地聚合物胶凝材料。利用正交试验研究地聚合物胶凝材料的基本配合比,并对制备工艺进行优化。通过XRD、IR、SEM等手段对地聚合物胶凝材料的力学性能、耐久性能、热稳定性能及其在水泥路面修补中的应用进行了研究。研究结果表明:当Si/Al摩尔比为2.5、NaOH含量(MNaOH/M固灰%)为7.5%、可溶SiO2含量(MSiO2/M固灰%)为7.5%时,体系内SiO4和AlO4基团的数量比例、碱度及反应前期可溶Si O2含量在最合适的范围,地聚合反应充分,所制备试样性能最优。IR试验说明地聚合反应过程中AlO4四面体键接在SiO4四面体上,形成三维网络结构;XRD试验说明地聚合反应几乎没有新的晶相生成,反应产物主要是非晶无定形硅铝酸盐凝胶相。粉煤灰活化预处理(球磨)后,活性提高,球磨2h细度达到最小,3h后活性最大;搅拌时间过长会打乱硅铝酸盐凝胶连续网络结构的形成;提高养护温度会促进地聚合反应速率,但对体系后期强度影响不大;适量的水有助于地聚合反应的进行。适量的富钙质原材料(矿渣)掺入有助于试样的快速凝结和强度增长。地聚合物胶凝材料耐久性较普通硅酸盐水泥(OPC)好。冻融循环50次,质量损失2%,强度损失8.2%;在5%wt的盐酸、硫酸、硫酸钠、氯化镁液中浸泡28天后,质量损失分别为4.2%、3.5%、-0.2%、1.6%,强度损失为30%、20%、5%、10%。地聚合物胶凝材料热稳定性能较OPC好。在高温下会发生瓷化反应,1000℃高温煅烧1h后,质量损失2.4%、强度损失8%。地聚合物水泥混凝土具有快凝早强的性能特点,凝结时间(终凝)为105min,7d抗压强度达到45.4Mpa,其力学强度、粘结强度、收缩率均满足路面修补混凝土的技术要求。
【关键词】：粉煤灰 地聚合物 网络结构 耐久性 热稳定性 修补材料
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ177
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 粉煤灰及利用现状9
• 1.2 地聚合物及研究现状9-19
• 1.2.1 原材料10-11
• 1.2.2 原材料配比11-12
• 1.2.3 成型方法12-13
• 1.2.4 反应机理13-14
• 1.2.5 微观结构14-16
• 1.2.6 性能特点16-17
• 1.2.7 应用前景17-18
• 1.2.8 存在的问题18-19
• 1.3 研究内容及技术路线19-21
• 1.3.1 主要研究内容19-20
• 1.3.2 技术路线20-21
• 第二章 原材料选取及试验方法21-29
• 2.1 原材料及性能分析21-27
• 2.1.1 硅铝质原材料21-24
• 2.1.2 富钙质原材料24-26
• 2.1.3 碱激发剂原材料26
• 2.1.4 其他材料26-27
• 2.2 制备工艺及性能测试27-29
• 2.2.1 地聚合物水泥的制备27
• 2.2.2 激发剂的制备27
• 2.2.3 地聚合物胶凝材料的制备27-28
• 2.2.4 性能测试28-29
• 第三章 地聚合物胶凝材料配比设计及性能分析29-47
• 3.1 基本配合比设计及工艺优化29-41
• 3.1.1 地聚合物胶凝材料基本配比设计29-34
• 3.1.2 凝结时间及力学性能34-36
• 3.1.3 工艺优化36-41
• 3.2 富钙质原材料对地聚合物胶凝材料的性能影响分析41-45
• 3.2.1 试验41
• 3.2.2 结果与分析41-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第四章 耐久性能研究47-57
• 4.1 孔结构47-48
• 4.1.1 孔的分类48
• 4.1.2 地聚合物胶凝材料孔结构48
• 4.2 抗冻性能48-51
• 4.2.1 冻融循环试验48-49
• 4.2.2 结果及分析49-51
• 4.3 耐化学腐蚀性51-56
• 4.3.1 耐化学腐蚀性试验51
• 4.3.2 结果及分析51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 热稳定性能研究57-64
• 5.1 热稳定性能试验57-58
• 5.1.1 高温力学性能试验57-58
• 5.1.2 导热性及热膨胀性能试验58
• 5.2 结果与分析58-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 地聚合物水泥路面快速修补材料64-74
• 6.1 引言64
• 6.2 修补材料的制备64-66
• 6.2.1 混凝土配合比及力学性能64-66
• 6.3 修补材料粘结性能66-71
• 6.3.1 粘结性能表征与试验66-67
• 6.3.2 结果与分析67-68
• 6.3.3 聚灰比影响分析68-70
• 6.3.4 微观SEM分析70-71
• 6.4 收缩率71-72
• 6.4.1 试验71-72
• 6.4.2 结果与分析72
• 6.5 本章小结72-74
• 结论与展望74-76
• 参考文献76-83
• 攻读学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84

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  本文关键词：Na-粉煤灰基地聚合物胶凝材料的制备及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

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