利用粉煤灰制备新型可承重轻质墙体材料的实验研究

以粉煤灰为主要原料,石灰、水玻璃、NaOH、石膏为辅料,经湿法球磨、坯体成型、蒸压养护（192℃,1．3MPa,9h）制备新型墙体材料。研究表明,制品的体积密度为1．14±0．02g／cm^3,导热系数约0．12W／（m·K）,饱水抗压强度达13．11～15．42MPa,含水率和吸水率分别为19．84±0．06％和44．42±0．23％。以制品的抗压强度为指标,得到优化配料组成为：粉煤灰73％,石灰12％,石膏3％,水玻璃10％,NaOH2％,固液质量比为2．0。XRD分析结果表明,制品中的结晶相主要为莫来石和托贝莫来石。制品抗压强度优于普通粘土砖MU10的标准要求,体积密度减小1／3,绝热性能明显改善,可作为实心粘土砖的良好替代材料。     

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。     

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。     

白泥超轻陶粒的制备与性能研究

以一种即将工业化的固体废弃物白泥为原料,一种膨胀性黏土黑棉土为助熔剂,油页岩半焦为发泡剂成功制备出一类新型陶粒,产品满足GB/T17431-2010中给定的超轻陶粒标准。给出实验优化条件,即:原料配比为7:7:6(白泥:黑棉土:油页岩半焦),最佳烧结制度为450℃下预烧15 min后升温至1230℃,烧结15 min。探究了膨胀陶粒的烧结工艺与原始物料成分适用关系,烧结过程中的物相转变规律,并修正了Riley相图有关制备发泡陶粒的成分范围。实验结果表明:所制备的陶粒堆积密度为355 kg/m^3、密度等级400级、吸水率为10.22%、孔隙率为49.06%。采用了热重(TG)、偏光显微镜(OLYMPUS)和扫描电镜(SEM)等表征方法对陶粒孔的形成过程进行了研究。     

低密度沸石复合填料的制备及其性能研究

以天然沸石为主要原料,水泥为粘结剂,发泡聚苯乙烯球形颗粒为内核,经复合、成球、筛分、养护,制备出粒径4~8 mm的免烧球形低密度沸石复合填料。对制备的材料进行了空隙率、表观密度、强度等性能测试。研究结果表明,制备低密度沸石复合填料的最优工艺组合条件为质量百分比沸石∶水泥=75%∶25%,自然条件下养护7~10d,此时制备的成品填料空隙率为47.4%,表观密度为1.23 g/cm3,强度为61.5 N,堆积密度为0.647 g/cm3。扫描电镜图像表明,挂膜前填料表面粗糙,内部存在大量孔隙,挂膜后表面和内部均有大量的微生物附着,与粉煤灰制备的陶粒相比,该填料挂膜微生物量提高了一倍。本研究制备的低密度沸石复合填料,用于在环境温度低于15℃下曝气生物滤池的挂膜启动运行,对氨氮的去除率达到96%,具有较好的氨氮去除效果,表明该复合填料在废水脱氮深度处理方面具有良好的应用前景。     

流态地聚物固化土强度特性及其强度预测

地聚物胶凝材料能够替代水泥基胶凝材料作为固化剂应用于狭窄肥槽回填等工程问题中,有效降低水泥生产过程中的污染及能耗,但目前对于流态地聚物固化土胶凝材料的研究较少。采用3种新型绿色胶凝材料联合碱激发剂固化工程渣土形成流态地聚物固化土,通过对比其无侧限抗压强度,探究每种胶凝材料对于固化土强度特性的影响,同时建立强度预测模型,分析不同因素对于强度的影响程度。研究结果表明：固化土的强度随着碱激发剂模数的增加先提高后降低;固化土强度随着高炉矿渣（GGBS）、粉煤灰、稻壳灰掺量的增加均呈上升趋势,随着稻壳灰粒径的增长呈下降趋势;碱激发剂模数增至1.2、GGBS掺量增至10%、粉煤灰掺量增至8%和稻壳灰掺量增至11%时,固化土强度提升最为显著;强度预测模型预测结果的平均相对误差仅为5.57%,预测结果较为精准;预测模型中各层权值的计算结果表明养护龄期对于固化土强度影响最大,稻壳灰粒径影响程度最小。研究结果可以为固化土在实际工程的应用提供理论支持。     

非对称天然沸石陶瓷膜的制备及其性能表征

利用天然沸石为主要原料,制备出具有过滤功能和重金属离子吸附功能的天然沸石非对称陶瓷膜。非对称膜中支撑体、中间层膜和顶层膜的平均孔径分别为6.6μm、0.6μm和0.1μm。非对称膜单位压力降(1 MPa)下的氮气通量和水通量分别为:24.69×103m3/(m2h)和1.87×103m3/(m2h);对重金属离子(铅离子)吸附交换能力为7.13 mg/g。     

建筑文物中石灰质修复材料的研制

为实现对建筑文物的“原真性”修复,利用X 射线衍射仪和激光粒度分布仪测定了历史建筑物中原胶凝材料矿物的组成和结构,并采用湿化学方法对原勾缝剂进行物料组成的复原,证明历史勾缝剂材料主要为石灰基材料。在复原的原胶凝剂材料配方的基础上分别加入活性火山灰、木质纤维素、分散性胶粉、早强剂和减水剂等对勾缝剂进行性能改进。经反复试验优选出了修复用勾缝剂材料的配方,并测试了试样的各项物理性能。结果表明,修复材料抗压强度达14. 47 MPa,饱和吸水率为 27. 07%,体积变化率＜ 1%,冻融循环4 次不变,证明改性后勾缝剂材料可以满足修复胶凝材料的性能要求。     

利用油页岩研制多孔建筑陶瓷

利用油页岩自身燃烧放出气体后形成孔洞的特性,以吉林省农安地区低品位油页岩为基料,以泥炭为造孔剂、火山渣为添加剂、粉煤灰为增强剂,选用配比为50:25:15:10(油页岩:泥炭:火山渣:粉煤灰),采用湿压成型,在1 050 ℃下烧结出新型的多孔建筑陶瓷.通过测试和表征,该种陶瓷抗压强度为16.8 MPa,气孔率48.19%,容重1.23 g/cm3,最大孔径约20 μm.     

复合改性水玻璃固化黄土机理研究

对复合改性水玻璃溶液固化黄土进行了试验研究,并通过化学组成和矿物成分分析、微观结构分析探讨了复合改性水玻璃固化黄土的机理。试验结果表明:复合改性水玻璃固化黄土的强度有明显提高; X射线衍射图谱中密集低矮的非晶质物相峰群仍存在,但是部分矿物衍射强度比普通水玻璃固化的有所升高; SEM图像显示胶凝材料特有的裂纹减少,黏结比较紧密; MIP数据显示复合改性后孔隙表面积增大,最可几孔径减小。复合改性水玻璃溶液固化黄土的强度增加的机理在于:K+的加入使生成的聚合物增多,胶凝裂纹减少、黏结趋于紧密,促使了最可几孔径的减小和小孔隙的增多,强化了骨架颗粒的连接强度,并将骨架颗粒黏结成为一个空间网状整体,从而改善了土体的强度。     

以电石渣铁尾矿为原料制备加气混凝土的实验研究

为综合利用固体废弃物,本文以电石渣和铁尾矿为主要原料,铝粉膏作为发气剂开展制备加气混凝土的实验研究,探讨电石渣的粒度、掺量和静停养护温度对加气混凝土物理力学性能的影响,并利用XRD分析了加气混凝土的水化产物。结果表明:当电石渣比表面积为320 m2/kg,掺量为26%(质量百分数),静停养护温度为70℃时,可以制备出绝干密度为579 kg/m3,抗压强度为4.47 MPa加气混凝土制品。电石渣中Ca(OH)2溶于水后,放热量低,不能满足加气混凝土生产的需求,需要提高外部静停养护温度,满足加气混凝土热值需要。XRD分析显示,所制备的加气混凝土中主要结晶相是0.9 nm托贝莫来石、1.1 nm托贝莫来石和1.4 nm托贝莫来石。     

集成回填材料的渗透特性研究

本文在前人基础上改进渗透装置,通过自制多功能膨胀渗透仪在氮气加压为1.0 MPa条件下,测得沸石-膨润土-硫铁矿、凹凸棒石-膨润土-硫铁矿两组混合物在不同膨润土含量、压制载荷、压实密度、出水时间等条件下的渗透系数。实验结果表明:集成回填材料的渗透系数随时间的变化不大,基本满足达西定律。同一干密度和含水率条件下,不同混合物随着膨润土含量的增加,其渗透系数降低。膨润土含量占沸石混合物或者凹凸棒石混合物比例不小于60%时,二者混合物的渗透系数均满足高放废物处置中回填材料渗透系数小于7×10-10m/s的要求。但同等条件下,由于沸石为非粘性矿石,其具有孔隙大、渗透性好等特点,因此天然地下水在沸石混合物中比在凹凸棒石混合物中渗透得快。同一干密度和含水率条件下,不同混合物压实制样的载荷越大,其渗透系数越小,反之越大。压制载荷在50~100 MPa间时,混合物的渗透系数变化不大。通过进行混合物不同配比、不同影响因素对渗透特性影响的研究,为我国新型缓冲回填材料在未来地下工程中施工提供一定的理论依据。     

钾霞石快速溶胶-凝胶法制备及表征

使用氨水调节pH值，正硅酸乙酯-硝酸铝-硝酸钾-乙醇溶胶在5～12min内快速形成凝胶，最佳胶凝条件为：H2O／TEOS=25，EtOH／TEOS=4，pH≈9。干凝胶在862℃晶化热处理3h制备得到纳米级钾霞石粉体。合成钾霞石粉体一次粒子粒径约50nm，团聚后的二次粒子粒径5～20μm，平均孔径11．2nm，孔径呈双峰分布，属于中孔材料，可用作催化剂助剂。     

偏高岭土基地质聚合物原位水热合成P型沸石分子筛的研究

本文以偏高岭土基地质聚合物(SiO_2/Al_2O_3=3.2)为基体,通过水热合成法将其原位转化成P型沸石分子筛。研究水热温度、NaOH浓度及水热时间对P型沸石分子筛的结晶程度及形貌的影响,得到偏高岭土基地质聚合物原位合成P型沸石分子筛的适宜条件为:水热温度100℃,NaOH浓度2.0 mol/L,水热时间24 h。该法工艺简单,环境友好,可控成型。在此方法的基础上通过改变原材料和反应条件,可以合成其他类型的沸石分子筛。     

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。     

负温下磷酸镁水泥混凝土的力学性能与抗冻性能

研究了磷酸镁水泥（MPC）混凝土在20℃、-10℃、-15℃、-20℃养护环境下的力学性能和抗冻性能,为MPC混凝土应用于寒区旱区的抢修工程提供科学依据。MPC混凝土力学性能按照国标GB/T 50081-2002进行试验,抗冻性能按照GB/T 50082-2009进行试验。结果表明：20℃养护条件下,MPC混凝土的28 d抗压强度达到65.3 MPa,抗折强度达到6.8 MPa;-10℃养护条件下,28 d抗压强度达到59.7 MPa,抗折强度达到7.2 MPa;300次快速冻融循环后,-10℃养护条件下MPC混凝土质量损失率为3.5%,相对动弹性模量为83.5%,抗冻性能优于20℃养护条件下的MPC混凝土。-10℃养护条件下MPC混凝土力学性能和抗冻性能优异,可用于寒区旱区的抢修工程。     

固体废弃物再生陶瓷的实验研究

为了使垃圾焚烧发电后的二次垃圾得到合理利用,从而彻底消灭垃圾,利用长春市鑫祥垃圾焚烧发电厂的二次垃圾与适量的高岭土和石英相配比,采用干法压制成型和低温快烧工艺,制备出了性能优异的陶瓷制品。力学性能测试结果显示制品的抗弯强度为41~99.25MPa,吸水率为0.13%~6.95%。XRD、FTIR等测试分析其主晶相是石英。并在正交实验的基础上优选出了再生陶瓷的最佳配方为:二次垃圾∶高岭土∶石英=34∶39∶27,最佳烧成温度是1120℃左右。与相关标准对照可知,制品的主要研发方向为无釉陶瓷地砖、无釉瓷质砖和釉面内墙砖。     

新型镁质膨胀材料的制备与性能研究

主要研究了以多种富镁矿物为原料，制备适合于大掺量粉煤灰混凝土的新型镁质膨胀材料，用以补偿大坝由于温度应力引起的收缩。通过在不同粉煤灰掺量的水泥浆体中，外掺不同比例的新型镁质膨胀材料和传统MgO膨胀剂，研究水泥浆体压蒸膨胀率的变化规律以及40℃水中长龄期养护膨胀率的变化过程及趋势。结果表明，随着膨胀材料掺量的增加，膨胀率相应增加。随着养护龄期的延长，膨胀率相应增大，到120d左右，膨胀趋于平缓。粉煤灰对传统MgO膨胀剂具有明显的抑制作用，且随着粉煤灰掺量的增加，抑制作用加强。新型镁质膨胀材料能很好的改善抑制作用，从而满足大掺量粉煤灰混凝土工程的要求。     

矿物组合基太阳能储热材料的制备与性能调控

通过利用非金属矿物的储热特征装载相变功能体制备矿物基复合相变材料是高效太阳能储热材料低成本制备的重要研究方向[1]。但非金属矿物存在导热性能差的问题,因此,一些高导热材料被添加至矿物基复合相变材料,提高材料的导热系数。Sar?和Karaipekli[2]采用膨胀珍珠岩稳定月桂酸制备珍珠岩基太阳能储热材料。为了提高其导热系数,通过加入膨胀石墨至复合物中,导热系数由0.07 W·m-1·K-1提升至0.13W·m-1·K-1。但是,加入膨胀石墨后,复合材料的储热容量降低了7%,这个现象同样出现他们有关的研究工作中[3-4]。因此,必须研究更有效的策略解决这个问题,也就是说,当提升复合材料的导热系数的同时,须兼顾提升其储热容量。本文以膨润土(bentonite,B)和石墨(graphite,G)为原料,通过简单组合和微波酸强化组合方式合成了GB和GBm两种支撑基体,再通过真空浸渍法装载硬脂酸(SA),制备了SA/GB和SA/GBm两种矿物组合基太阳能储热材料。采用FTIR、AFM、SEM等手段研究了材料微结构;制备的SA/GBm的储热容量和导热系数比SA/GB的分别提高了62%和31%。     

秸秆地质聚合物复合材料保温性及耐高温性能研究

为弥补传统秸秆建筑材料在抗压强度、防火性能、保温能力等方面的不足,本实验将秸秆掺入地质聚合物中合成一种新型复合保温建筑材料,研究了不同秸秆含量对材料保温性能的影响,并考察了材料的耐高温性能。结果表明:秸秆地质聚合物具有良好的保温性能,秸秆掺量由1%增至6%时,材料的导热系数由0.0981 W/m·K减至0.0692 W/m·K。秸秆掺入量为4%时,抗压强度为32.78 MPa。耐高温实验结果显示,当煅烧温度低于250℃时,地质聚合物对秸秆具有一定的保护作用。当材料在600℃温度下煅烧120 min后,其抗压强度依然达到35.94MPa。温度在800℃以内材料具有稳定的矿物组成,热稳定性良好。