利用金矿尾砂制备矿物聚合材料的实验研究

利用北京平谷金矿尾砂、变高岭石、NaOH、KOH和水玻璃制备了矿物聚合材料 ,正交实验结果表明 35℃时的优化条件为尾砂含量 80 %～ 82 5 %、固 /液比 4 3～ 4 7、水 /碱比为4～ 5 (均为质量比 ) ,升高温度、延长固化时间及室温放置时间均会使矿物聚合材料的抗压强度显著提高。将金矿尾砂制备成矿物聚合材料 ,可使部分CN-转化成无害的CO2 -3 和H2 ,其他则以夹持 (物理 )方式固定下来 ;当存在Fe2 +或Fe3+离子时 ,CN-以氰化铁的化学方式固定下来。该矿物聚合材料在 1mol/L的HCl溶液中浸泡 30d ,质量损失 5 6 % ,结构完好 ,表现出良好的抗酸性。在 6 0℃下固化 2 4h ,室温放置 6d后抗压强度为 2 2MPa ;在 6 0℃下固化72h ,抗压强度为 36 6MPa。该研究为金矿尾砂的利用提供了一条新途径。     

金矿尾砂矿物聚合材料的制备及其影响因素

通过利用金矿尾砂制备矿物聚合材料，系统地讨论了不同条件下材料抗压强度变化趋势。所用原料配比为80％金矿尾砂、20％变高岭石、固／液质量比为4．7及水/碱质量比为5，采用半干压法成型，在某一温度下固化一定时间，测定材料的力学强度。实验结果为固化温度从60℃升高到80℃、成型压力从8MPa、16MPa加大到24MPa及固化时间从24h延长到72h都会使材料的抗压强度提高；室温放置时间3、7、14、28d，抗压强度呈增高趋势；外加碱激发剂KOH比Na0H所形成的材料抗压强度高，当碱(Na20或Na20 K20)／SiO2摩尔比为1时，材料的强度达到最大值；钾长石含量较多的骨料比石英骨料及含钾长石较少的骨料材料抗压强度高。实验结果表明，温度升高、成型压力加大和固化时间延长均促进了聚合反应的发生。材料在室温下由于不断从空气中获得水分而使聚合反应不断发生。碱激发剂中K^ 比Na^ 更易使聚合作用进行。含料中高度聚合的钾可被释放出来参与聚合反应。骨料在矿物聚合反应过程中主要以惰性填充方式存在，但仍然参与了聚合反应。     

利用钾长石尾矿制备矿物聚合材料的实验研究

以福建沙县田口钾长石尾矿粉体为主要原料，以煅烧高岭石作配料，硅酸钠作结构模板剂，氢氧化钠作激活剂，进行了制备矿物聚合材料的实验研究，实验样品静置固化7－28d，其抗压强度高达19.4-24.9MPa。耐酸性，耐碱性指标均优于相似建材的国家标准。在配料组成中，控制高岭石用量为20％，适当提高硅酸钠的用量和固／液化，有利于提高制品的力学性能。实验表明，材料抗中度随固化时间的延长而叶抛物线式发展，矿物聚合材料的形成过程为：铝硅酸盐固体组分的溶解络合，分散迁移，浓缩聚合，脱水硬化。由铝硅酸盐凝胶相固化而在的基体相，其化学组成与沸石相近，微观结构极可能与蛋白质类似，物理形态上呈三维网状结构，将未溶解的晶质颗粒胶结为坚硬块体，是矿物聚合材料获得良好力学性能的结构基础。     

矿物聚合材料固化过程中的聚合反应机理研究

以粉煤灰、高岭石等为原料,制备出具有良好力学性能和耐酸性的矿物聚合材料制品,可代替部分硅酸盐水泥制品。根据矿物聚合材料制品在3 d、7 d、14 d、28 d的X射线衍射(XRD)、红外光谱（IR）、扫描电镜（SEM）、核磁共振（NMR）等测试分析结果,研究了该材料固化过程中的聚合反应机理。研究结果表明,矿物聚合材料在固化过程中的反应如下：（1）粉煤灰中的玻璃相在强碱的作用下首先发生溶解,其中部分Si-O、Al-O键发生断裂;（2）断裂之后的Si、Al组分在碱金属离子Na⁺、OH^- 等作用下形成Si、Al低聚体（-Si-O-Na、-Si-O-Ca-OH、Al(OH)^-₄、Al(OH)^2-₅、Al(OH)^3-₆）,而后随着溶液组成和各种离子浓度的变化,这些低聚体形成凝胶状的类沸石前驱体;（3）前驱体脱水形成非晶相物质。核磁共振分析结果表明,28 d制品中,Si的存在方式以Q⁴为主。研究结果为进一步揭示矿物聚合材料的形成机理、改善制品的性能奠定了良好的基础。     

利用粉煤灰制备高强矿物聚合材料的实验研究

以粉煤灰和内蒙古白云鄂博的富钾板岩提钾后的硅铝质滤渣为粉体原料,标准砂为骨料,采用振动成型方法,在90 ℃下养护24 h,制备了矿物聚合材料。实验结果显示：制品的7 d饱水抗压强度达78.5 MPa,28 d饱水抗压强度可达89.0 MPa;制品的含水率和吸水率分别为5.3%和15.0%;在20 ℃下,制品在浓度为1.0 mol/L的硫酸溶液中浸泡24 h,其质量损失率为2.1%。以制品的抗压强度为指标,研究了主要因素（提钾滤渣比例、固液质量比、硅酸钠含量和标准砂含量）对制品性能的影响。结果表明：干燥的提钾滤渣在粉体物料中的比例对制品的力学性能影响最大;硅酸钠水玻璃在液相中的比例约为70%,且标准砂占固相的比例为70%左右时,可制得力学性能良好的矿物聚合材料。矿物聚合材料的固结过程为：硅铝质原料在碱硅酸盐溶液中先分解为铝硅酸盐低聚体,低聚体再通过脱羟基聚合反应生成铝硅酸盐胶体相,进一步形成由[SiO₄]^4- 和[AlO₄]^5-四面体相互连接的具有三维网络结构的矿物聚合材料基体相,从而赋予制品良好的力学性能。     

微生物介导碳酸盐矿物合成过程中溶液pH值及主要阳离子变化及其地质意义

微生物介导碳酸盐矿物沉淀为“白云岩”问题的解决带来了希望。本次研究利用好氧、中度嗜盐细菌,在Mg²⁺/Ca²⁺值分别为3,5和7的溶液中合成碳酸盐,记录了每隔24 h溶液中的pH值,并取样分析了溶液中主要阳离子的变化情况。了解溶液pH值和阳离子变化,有利于我们了解微生物作用下碳酸盐矿物形成的过程,对理解微生物作用下碳酸盐的形成机制具有重要意义。实验结果表明,合成的矿物主要为一水碳酸钙、方解石及原白云石。3种溶液的pH值在前4 d均明显降低,溶液整体呈酸性,4 d后溶液pH值降低的趋势减缓,10 d后溶液pH值缓慢上升,呈近中性或弱碱性。Ca²⁺,Mg²⁺均呈现先下降后略微上升的趋势,Ca²⁺,Mg²⁺后期略微上升可能是由于细菌活性降低后不再消耗Ca²⁺,Mg²⁺,溶液中的H⁺,Na⁺和K⁺等阳离子在阳离子交替吸附的作用下替换出了一部分吸附在培养基上...     

矿物聚合材料基体相的形成过程研究

基体相在矿物聚合材料结构中起与其他矿物表面键合的作用 ,是材料强度的来源。本实验以富钾岩石提钾后的硅铝质溶胶相加NaOH固体 ,在 6 0℃下制备矿物聚合材料基体相 ,并采用XRD、SEM、IR、NMR等分析手段研究了不同固化时间基体相的结构。研究结果表明 ,在基体相的形成过程中 ,没有新的结晶相产生 ,说明基体相为一种半晶质到非晶质物相 ;随着固化时间的变化 ,其自身 [SiO4]4-四面体发生解聚又重新聚合 ,聚合后基体相形成了致密完整的块体     

高岭石基矿物聚合物的制备及耐酸碱性

以高岭土、水玻璃和NaOH为原料,在常压和一定温度下,快速合成矿物聚合物。研究原料配比、固化温度、养护温度和养护时间对矿物聚合物早期抗压强度的发展及矿物聚合物耐HCl、H2SO4和NaOH的腐蚀性。通过2个正交实验得出矿物聚合物的最佳合成条件为:高岭土600℃煅烧4h,m(MK)∶m(水玻璃)∶m(NaOH)=7∶4.5∶1,60℃固化,60℃养护1h,矿物聚合物早期抗压强度可达85MPa。矿物聚合物耐HCl腐蚀性强,耐H2SO4腐蚀性稍差,NaOH能促进矿物聚合物的早期抗压强度发展。     

侵蚀环境中碱渣-矿渣固化淤泥的力学性质

为扩展碱渣和矿渣等工业固体废弃物的资源化利用途径,以碱渣和矿渣为固化剂对淤泥进行固化处理,开展侵蚀环境条件下固化淤泥试样的表观和无侧限抗压强度等性质试验研究,探讨侵蚀溶液对固化淤泥的作用机理。研究表明,自来水和30 g/L的NaCl溶液浸泡时,标准养护28 d的固化土表面完整性较好,试样密度随浸泡时间的增加而增大;15 g/L的MgSO4溶液和NaCl-MgSO4混合溶液浸泡时,固化土表面受到明显侵蚀,随着浸泡时间的增加,侵蚀程度逐渐加深,试样体积、质量和密度呈减小趋势。当浸泡时间从28 d增至42 d时,自来水浸泡试样的无侧限抗压强度增大,溶液浸泡试样的无侧限抗压强度基本保持不变;浸泡导致试样的延性增强,抵抗变形的能力减弱。在浸泡时间相同的条件下,MgSO4和NaCl-MgSO4混合溶液浸泡时固化土强度约为自来水和NaCl溶液浸泡时强度的一半,抵抗变形的能力也较弱。钙矾石、水化氯铝酸钙等水化产物的形成使碱渣-矿渣固化淤泥抗NaCl侵蚀能力强,但由于侵蚀作用形成微观裂隙及疏松结构导致其抗MgSO4侵蚀能力较弱。     

土壤聚合物对几种重金属离子固化效果的研究

土壤聚合物是一种新型的无机聚合物,其分子链由Si、O、Al等以共价键或离子键连接而成,形成网络结构,对重金属有较强的固定作用.本文试图利用土壤聚合物固化铜、锌、铅三种重金属离子,实现资源化利用.实验以固化体抗压强度和浸出毒性作为性能表征量,结果表明:土壤聚合物对不同重金属的固化有各自的极限浓度,Cu2 、Zn2 、Pb2 的理想固化量分别为0.9%、1%、2%;若固化过程中添加一定量的高炉矿渣,则可以提高固化体的抗压强度.本文通过土壤聚合物固化体SEM分析,从固化体微观结构的形态来阐述土壤聚合物宏观上的优越表现.     

矿渣−粉煤灰地聚合物固化砂土力学特性研究

硅酸盐水泥作为常规的土壤固化剂存在高能耗、高排放等问题,研究人员一直在寻求一种更加经济环保的水泥代替品。使用基于高炉矿渣（ground granulated blast-furnace slag,简称 GGBS）、粉煤灰（ fly ash,简称 FA）的地聚合物对砂土进行加固,通过调整激发剂的种类和配比、矿渣与粉煤灰比例、水灰比和养护条件等,研究不同因素对地聚合物固化砂土力学性能的影响。通过无侧限抗压强度（unconfined compressive strength,简称 UCS）测试、电子计算机断层扫描（ computed tomography,简称 CT ）分析、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,简称 SEM）对试样进行了深入研究。结果表明：基于 GGBS-FA 的地聚合物可有效地提高砂土的力学性能;复合激发剂的加固效果优于单组分激发剂;低温不会明显降低地聚合物固化砂土的最终力学性能,仅延缓了地质聚合反应和结构的形成;碱性环境对地聚合物固化砂土的强度有促进作用;酸性环境及长时间暴露在空气中,会降低地聚合物固化砂土的强度。     

Effect of strain rate on strength properties of low-calcium fly-ash-based geopolymer mortar under dry condition

This paper presents the mechanical and elastic properties of inorganic polymer mortar under varying strain rates. The study includes a determination of the compressive strength, modulus of elasticity and Poisson’s ratio at 0.001, 0.005, 0.01 and 0.05 mm/s strain rate. A total of 21 cylindrical specimens having 100 mm length and 50 mm diameter were investigated, and all tests were carried out pursuant to the relevant Australian Standards. Although some variability between the mixes was observed, the results show that, in most cases, the engineering properties of geopolymer mortar compare favourably to those predicted by the relevant Australian Standards for concrete mixtures. It was found that the change in the strain rate causes different behaviour related to the percentage of the ultimate load. The ultimate strength, Young’s modulus and Poisson’s ratio of the geopolymer mortar depend on the strain rate. It was also found that as the strain rate increases, mechanical and elastic properties of geopolymer mortar substantially increase in logarithmic manner.     

电镀场地重金属铬污染土固化率及稳定性研究

为了解决宁波地区电镀场地重金属污染问题,研究利用自配固化剂开展铬污染土的毒性浸出试验、无侧限抗压强度试验、动荷载作用下的长期稳定性试验以及扫描电镜试验。在此基础上分析固化土的力学特性、浸出特性等随养护龄期、固化剂掺量、固化剂配比、铬污染水平的变化规律。结果表明：自配固化剂对铬污染土的固化率均达85%以上,固化率大体上随...     

粉煤灰基地聚物加固土的强度及抗冻融性能试验研究

粉煤灰基地聚物作为一种低碳胶凝材料,在地基处理中的应用越来越受到关注。但是目前关于碱激发胶凝材料加固土在冻融极端气候条件下的工程特性尚不清楚,有必要进一步开展冻融循环条件下加固土的强度、变形特征及其影响因素研究。通过室内试验研究了原材料硅铝比、碱激发剂模数及碱溶液浓度对粉煤灰基地聚物固化土的强度与抗冻融性能的影响及微观...     

碱激发凝灰岩石粉与骨料复合体系的强度与收缩率研究

在天然地质体中寻求绿色胶凝材料是“双碳”背景下的研究热点,凝灰岩石粉作为机制砂生产过程中的固体废弃物,其与骨料复合体系的强度与收缩性能研究鲜有报道。本文制备了碱激发石粉浆、石粉-砂浆和石粉-砂-碎石浆3组样品,经过60℃养护后,测试了其抗压强度、劈裂抗拉强度和收缩率等工作性能。结果显示,由于骨料形成的薄弱界面与热膨胀率的差异,碱激发石粉抗压强度(12.7MPa)大于石粉-骨料复合材料强度(4.4~7.0MPa),压缩模量呈现相同的变化规律。凝灰岩骨料由于与石粉成分相同,表面的溶解和聚合反应使骨料复合材料强度更高。随着砂、碎石的加入,试样收缩率减小,最小收缩率为0.4%。由于疏水、减弱胶结强度和阻止表面反应,荷叶疏水剂与熟桐油降低了碱激发石粉、石粉粗骨料体系的强度。具有保水效果的SRA减缩剂对强度的影响最小。对于碱激发石粉试样,荷叶疏水剂、熟桐油和SRA减缩剂对收缩的抑制作用不明显。对于石粉-砂试样,SRA的减缩效果最优(0.9%)。对于石粉-砂-碎石试样,未添加外加剂的试样收缩率更低,说明石粉与骨料复合体系的收缩率主要受骨架作用影响。最终,通过交叉试验比选出碱激发石粉、石粉-砂和石粉-砂-碎石3种材料的最优配比。     

煤系固废协同固化盐渍土的力学特征与机理研究

以干旱半干旱地区固体废弃物资源化利用为研究背景,利用煤系固废煤矸石(CG)、煤系偏高岭土(CMK)联合干旱区易获取的固废材料电石渣(CS)协同普通硅酸盐水泥(OPC)开发一种新型固化材料,探讨其固化干旱半干旱区盐渍土的力学性能与微观变化机理。基于室内实验,对比100%OPC固化盐渍土,研究不同矿区产出的CG以及煤矸石-煤系偏高岭土-电石渣协同固化剂(CGCMK-CS)替代52%、60%、68%、72%、84%OPC后各龄期的无侧限抗压强度(UCS)特征,并取特征组进行有害阴离子(Cl-、SO42-)浸出试验与微观测试,从微观角度对其强度变化机理进行探讨。结果表明,煤矸石–电石渣–煤系偏高岭土–普通硅酸盐水泥协同固化(CG-CMK-CS-OPC)体系具有良好的Cl-与SO42-结合能力,固化盐渍土后Cl-与SO42-浸出量是100%OPC的一半,其水化产物铝酸三钙能与盐渍土中的Cl-与SO42-生成AFm相产物,并使体系中的团粒内孔隙与团粒间孔隙向颗粒内与颗粒间孔隙转化,由此降低了盐渍土中盐分带来的危害。根据7 d UCS试验结果,使用山西运城CG固化体系的效果最佳,这与其活性钙质和铁铝...     

冻融循环下含磷材料固化锌铅污染土的强度及溶出特性研究

采用新型含磷材料（KMP）及水泥（PC）固化稳定化锌（Zn）、铅（Pb）重金属污染土,研究试验土经冻融循环后的毒性浸出（CLP）、无侧限抗压强度（UCT）、压汞试验（MIP）及化学形态分析（BCR）,探究固化污染土的力学特性及耐久特性。试验结果表明,经冻融循环后,未处理污染土Zn、Pb浸出值均超过中国土壤标准;采用KMP和PC固化后,Zn、Pb浸出浓度明显低于未处理污染土;KMP固化污染土比PC固化污染土重金属固化效果更为显著,并能达到中国土壤标准;与常规养护相比,冻融循环之后的固化土体强度明显减小;经过12级冻融循环的KMP固化复合Zn、Pb重金属污染污染土强度高于PC固化试样8.6倍。压汞试验表明,经12级冻融循环后固化污染土孔隙体积增大,化学形态分析结果表明,采用KMP、PC固化重金属污染土中可交换态Zn随着养护龄期的增长而减少,残渣态Zn增加。     

新型GS固化土与水泥土的力学特性对比研究

GS(Gypsum-Slag)土体硬化剂是一种由水泥、钢渣、矿渣和脱硫石膏及其他外加剂组成的新型土体固化材料。将GS土体硬化剂和水泥两种固化剂固化土作为研究对象,通过室内无侧限抗压强度试验和电镜扫描试验,研究固化土的应力-应变曲线以及土质、固化剂掺量、龄期对固化土力学性能的影响,观察其微观结构,进而对比分析GS土体硬化剂和水泥的特性,并进行现场试验加以验证。研究结果表明:相比水泥土,GS固化土应力-应变曲线存在明显峰值;GS固化土和水泥土的强度均随着掺量和龄期正增长,且GS固化土的长期强度更高;GS固化土和水泥土变形模量分别是其抗压强度的31.11~77.24倍和23.24~71.62倍;GS固化土现场成桩的完整性优于水泥土。相比水泥土,GS固化土具有强度增长快、后期强度高、经济效益好的特点,可较好满足地下工程和路基工程等土体加固应用需求。     

丙烯酰胺聚合固化盐渍土试验研究

滨海盐渍土中易溶盐遇水溶解,引起强度明显下降,变形增大,严重影响其作为生土材料的工程性能。利用丙烯酰胺（AM）原位聚合对盐渍土进行改良,探讨固化条件对其力学性能与耐水性能的影响。试验结果表明,当加热温度为70 ℃、加热时间为6 h,AM单体用量为盐渍土用量的3%,引发剂用量为AM用量的3%,且不加入交联剂时,用量较为经济且具有较高的抗压和抗折强度,在龄期为7、14、28 d时,其抗折强度分别可达到2.265、3.603、5.255 MPa;抗压强度分别达到5.6、13.7、16.2 MPa;与28 d龄期的原试样进行对比,AM聚合固化后试样的抗折强度和抗压强度分别提高了4～5倍,相比传统砌体砂浆材料强度大幅提高,加固后试样的耐水性能和收缩率也都得到明显的改善。利用电镜扫描（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）对其微观机制变化进行了初步探讨,发现改良后土样孔隙含量大大减小,且其矿物结构并未发生变化,可视为一种新型环保生土建筑材料应用于工程建设中。