制备工艺对自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物强度的影响

以自燃煤矸石、矿渣和粉煤灰为硅铝成分的主要来源,制备自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物,重点研究了激发剂的陈化时间、固液混料的搅拌时间、振捣方式、养护温度、养护时间和养护方式等工艺参数对地质聚合物胶砂强度的影响.结果表明,当自燃煤矸石∶矿渣∶粉煤灰为5∶3∶2,硅酸钠:氢氧化钾为3.3∶1,且激发剂掺量为17％时,若采用优化的工艺条件,即激发剂陈化时间24h、按ISO胶砂搅拌机全自动搅拌、按GB胶砂振动台振捣,试件脱模后在40℃养护箱中养护6h再标准养护,可以制备出满足硅酸盐水泥42.5R强度等级的地质聚合物.     

废弃砂浆类建筑垃圾活性激发研究

对废弃砂浆类建筑垃圾进行破碎、筛分和粉磨后，研究了粉磨时间、碱激发剂以及复合激发剂对砂浆微粉活性的影响。采用抗压强度、抗折强度、XRD和TG—DSC—DTC对试样的力学性能和微观结构进行了测试。结果表明：随着粉磨时间的延长，砂浆微粉的活性不断提高，粉磨时间超过40min时，活性增长的趋势变缓；碱激发剂（NaOH）可以提高砂浆微粉的活性，当NaOH掺量为3％时，活性达到最大值；复合激发剂（NaOH＋CaSO4）可以显著提高砂浆微粉的活性，NaOH与CaSO4的比例为1：1，当掺量为3％时激发效果最佳。     

不同配比和养护条件对超高性能混凝土微观结构的影响

为了优化超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete，UHPC）制备方法，采用宏观力学试验与微观电镜技术相结合的方法，探讨不同配合比和养护条件对UHPC内部微观结构的影响。基于硅砂骨料的致密堆积级配，设计21个变量组，共制作了63个立方体试件，开展UHPC流动度试验、轴压试验和扫描电镜试验，分析水胶比、砂胶率、钢纤维掺量、消泡剂掺量、养护方法、龄期等因素对UHPC工作性能、抗压性能及其微观结构的影响规律以揭示UHPC的增强机制。研究结果表明：凝胶与骨料界面过渡区（ITZ）是UHPC内部的薄弱环节，提高ITZ的密实度和强度是增强UHPC的关键；UHPC的流动度随着水胶比的提高显著增大，但其抗压强度随着水胶比的提高先增大后降低；过高的砂胶率不利于UHPC工作性能，同时会造成其抗压强度下降；掺入消泡剂可以有效提高UHPC的表观质量，但可能会降低UHPC的工作性能和抗压强度；掺入2.5%的钢纤维能大幅提高UHPC的抗压强度，并明显改善其脆性特征，但会降低工作性能；高温养护能显著激发微硅粉和矿渣的火山灰效应，使UHPC的4 d抗压强度比常温养护提高约50%，有明显的早强优势，但存在后期强度下降的可能。     

XRD研究SiO2/Na2O比值对粉煤灰碱活性的影响

采用可溶性二氧化硅来激发粉煤灰的活性可以对水泥基材料的微观结构和强度发展产生重要影响。采用4种不同浓度的可溶性二氧化硅碱溶液来激活粉煤灰,结果表明:其主要的反应产物是铝硅酸钠凝胶,同时还有不同类型的沸石类次要产物。反应产物的组成和比例主要取决于激活溶液中可溶性二氧化硅的含量和热养护时间。此外,凝胶量对材料力学强度的发展具有决定性的作用。     

用于道路修复的地聚合物注浆材料基本性能试验研究

为研究用于道路修复的地聚合物注浆材料的基本性能，采用室内试验方法，对其流动度、凝结时间、膨胀率、抗压强度和粘结强度等参数进行试验。结果表明：1)地聚合物注浆材料的流动度随碱激发剂模数和水灰比的增大而减小，而凝结时间则相反；在水灰比为0.32时，抗压强度随碱激发剂模数的增大而减小，而膨胀率则相反；2)地聚合物注浆材料的最佳配合比为碱激发剂模数1.6、碱含量8%、水灰比0.32;3)最佳配合比条件下，地聚合物注浆材料的粘结强度随养护时间的增长而增大，养护28 d其粘结强度高达4.10 MPa; 4)搅拌时间越长，地聚合物注浆材料的凝结时间越短，流动度越大，而膨胀率几乎无变化。     

制备工艺对工程弃土人工骨料性能的影响

为处置大量工程弃土,同时缓解工程建材短缺问题,利用工程弃土制备人工骨料,以期揭示成型压力、黏结剂类型与掺量、硬化工艺与养护时间等关键因素对人工骨料性能的影响,试验表明,(1)增大成型压力有利于提高人工骨料的强度与致密性,但当成型压力达到30 MPa时,部分试件的黏结剂会被挤出,导致抗压强度下降;(2)水泥与地质聚合物黏结剂对人工骨料各指标的影响规律基本相同,随着黏结剂掺量的提升,骨料的抗压强度显著提高,吸水性逐渐下降;(3)热养护-冷结硬化工艺会加快黏结剂的水化反应,提高骨料的吸水性,降低骨料的毛体积密度。使用热养护-冷结硬化工艺制备的地质聚合物人工骨料7 d强度能够达到冷结硬化骨料的28 d强度。     

水玻璃对粉煤灰矿渣地聚合物强度的影响及激发机理

通过力学性能测试研究了水玻璃掺量和模数对粉煤灰矿渣地聚合物抗压强度的影响。根据水玻璃的胶团结构和地聚合物的微观形貌特征,分析了SiO_2/Na_2O对强度的影响规律和水玻璃胶团在地聚合物中的聚合反应过程。结果表明:当水玻璃掺量大于等于20%,水玻璃模数由0.5增加到2.0时,地聚合物的抗压强度呈先增后减的趋势;当水玻璃的模数在1.2～1.6范围内,掺量为20%时,地聚合物抗压强度达到最大。微观分析表明:粉煤灰和矿渣中的活性物质溶出使水玻璃固结,将粉煤灰和矿渣颗粒包裹其中形成冻结体,粉体颗粒与周围冻结体紧密黏结;在碱激发浆体中,粉煤灰和矿渣颗粒结构完整,而硅酸盐水泥颗粒在水化反应时则是完全解体;水玻璃既作为激发剂又作为反应物,水玻璃中的Na_2O使粉煤灰和矿渣中的Si-O键和Al-O键断裂,使Si和Al等元素溶出,水玻璃中的硅质成分作为反应物与矿渣中溶出的Ca~(2+)发生反应,生成水化硅酸钙凝胶,粉煤灰和矿渣中溶出的Al~(3+)和Si~(4+)深入水玻璃胶核附近,在脱水的条件下与胶核中的SiO_2发生聚合反应,相邻胶核的聚合反应产物互相搭接形成整体,是地聚合物强度网状结构建立的根本原因。     

水基聚合物固化土强度增长规律研究

选用一种新型水基聚合物材料作为固化剂,研究水基聚合物掺量和失水养护温度、时间对固化土强度影响规律,建立失水率与固化土强度的关联关系。结果表明:水基聚合物会略微降低固化土早期（3 天）强度,但失水养护后期（4～7 天）强度明显提升,掺量越高,效果越明显。温度升高能提高固化土强度增长速度,提高无侧限抗压强度的终期（7 天后）强度,但会降低养护完全时的间接抗拉强度。水基聚合物固化土强度形成,主要是由于水基聚合物与土颗粒之间的氢键作用以及碳长链在土颗粒之间扩散生成网状结构形成黏结作用导致,强度增长随失水率的增长而逐渐加快。     

高吸水树脂对混凝土强度与水化过程的影响

采用高吸水性树脂(SAP)作为内养护材料制备高性能混凝土,研究了其对高性能混凝土抗压强度的影响,并采用无接触电阻率测量仪分析了其对水泥水化过程的影响,结合SEM微观分析探讨了内养护作用机理。结果表明,SAP的掺入对混凝土拌和物的流动性影响显著,同时混凝土初期强度下降明显,但是随着养护龄期的延长,抗压强度逐渐提高,建议合适掺量为胶凝材料质量的0.2%~0.3%;SAP掺入以后对新拌混凝土电阻率带来明显变化,采用无电极电阻率测试仪可以较好反映SAP的掺入对水泥水化的影响;采用干拌的形式加入SAP材料导致水泥早期水化延缓,但是到了加速期结束以后材料内部自由水分消耗严重,SAP内养护作用体现,电阻率迅速上升;SAP凝胶失水后坍缩成有机薄膜,导致200~400μm的不规则孔隙数量增多,但由于缓慢释水作用有利于钙矾石的生成和结构密实性的提升,因此混凝土的后期抗压强度有所改善。     

聚合物改性水泥砂浆试验研究

为研究聚合物改性水泥砂浆（PMA）的改性机理,对PMA的抗折抗压强度、微观形貌与结构进行了试验分析。试验结果表明：随着聚合物掺量的增加,PMA所需的前期标准养护天数减少;PMA的抗折强度较普通砂浆有大幅度提高且压折比降低;且由于聚合物具有成膜和填充效应,PMA内部趋向于一种连续密实的空间网架结构。     

阳极灌浆溶液对电渗加固软土地基的影响

为改善土体电渗处理效果，研究了电渗期间在阳极处添加化学试剂对地基加固处理的影响。试验采用自制模型箱，共设置5组试样，电势梯度为0.5 V·cm^-1。通过电渗过程中在土体与阳极电极板脱离处灌入等量氢氧化钠、氯化钠、氢氧化钙和氯化钙溶液，进行室内试验研究。试验控制添加的阴离子数量相同，钠溶液浓度为2.0 mol·L^-1，钙溶液浓度为1.0 mol·L^-1。当电渗进行到15 h时，各试验组试样添加50 mL相应溶液。比较分析排水、电流、能耗及处理后抗剪强度、含水率、电导率等参数。试验结果表明：添加化学试剂能明显改善排水效果和土体强度，相比对照组，灌浆处理后抗剪强度提升了27.3%~44.6%，平均含水率降低了10.5%~34.7%；羟基与土体成分反应生成的物质填充孔隙，增大土体密实度和强度，同时会堵塞排水路径等；氯盐综合处理效果较好，但电极腐蚀和平均能耗较大；钙离子较钠离子能更好地改善排水和导电效果；在4种化学试剂中，氯化钙处理效果最佳。     

改性水玻璃固化硫酸盐渍土的试验研究

水玻璃是目前广泛使用的化学灌浆材料,对岩土体有明显的固化效果。为了提高水玻璃的固化效果,对温度改性水玻璃溶液固化硫酸盐渍土与复合改性水玻璃固化硫酸盐渍土进行了试验研究,并通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验以及电镜扫描试验,分析探讨了温度改性水玻璃与复合改性水玻璃固化盐渍土的机制。结果表明,温度改性与复合改性后,水玻璃的固化效果有明显的提升。     

考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料，其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性，采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics， MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析，模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO₂、CaCO₃不同晶面的静态界面相互作用，并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明：CaCO₃各晶面表现出比SiO₂更强的表面能和表面浸润性，并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强，但CaCO₃晶面各向异性明显，性能稳定性不及SiO₂。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供，由于矿物界面静电作用及浸润特征，交互区水分子聚集，氢键作用明显，同时水分子与Ca²⁺、Na⁺进行配位形成水合离子，有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长，增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中，地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段：第1阶段(0 nm＜界面位移d＜0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用，第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制，为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。     

碱液处理红黏土抗压强度演变规律研究

针对影响碱液处理红黏土强度的主要因素，采用正交设计方法进行无侧限抗压强度试验，通过极差分析和方差分析相结合的方法研究含水率、碱液浓度、养护温度等因素对无侧限抗压强度的影响规律。结果表明：碱液处理后，红黏土的无侧限抗压强度提高显著，影响碱液处理红黏土无侧限抗压强度的主次因素依次为：碱液浓度、含水率、养护温度，最优水平组合为：含水率20%、碱液浓度2.0 mol/L、养护温度100℃。     

微生物诱导产物改良红黏土的影响因素试验研究

采用微生物菌种巴氏芽孢杆菌和铁细菌，通过将微生物活化、培养，进行两种菌种的微生物生长曲线研究，分别探究改良红黏土的效果，得到其进入稳定增长期的时间。再将微生物培养至稳定增长期加入土体，通过K₀固结不排水剪切三轴试验的抗剪强度峰值对比，研究在不同菌液与胶结液配比、土体不同养护温度、养护天数3种因素对土体改良的效果，得到在菌液与胶结液为1:1、养护温度为30℃、养护5天为最优，并且巴氏芽孢杆菌对红黏土的改良效果优于铁细菌。     

固化剂稳定磷石膏路基填料的工程特性研究

为提高磷石膏路基填料的强度和水稳定性,降低有害物质溶出,采用甲基硅酸钠、硅酸钠和乳化剂制备磷石膏固化剂（CA）,并将质量比为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的CA加入到磷石膏中制备CA稳定磷石膏混合料（CASP）,研究了CA掺量对CASP的力学性质（加州承载比CBR、回弹模量、无侧限抗压强度和剪切强度）、水稳定性（泡水软化系数和接触角）与有害物质溶出量的影响规律,并结合扫描电镜试验揭示了CASP的强度形成与水稳定性增强机理。结果表明：CA中的硅酸钠与磷石膏可生成硅酸钙凝胶与硫酸钠晶体,前者的胶凝作用和后者的填充作用提高了磷石膏的强度和密实度,CASP的CBR、回弹模量、无侧限抗压强度和剪切强度随着CA掺量的增加而大幅提升;由CA中的甲基硅酸钠所生成的聚硅氧烷憎水膜,改变了磷石膏颗粒表面的亲疏水性质,降低了磷石膏孔隙,改善了磷石膏的水稳定性,CASP的泡水软化系数随着CA掺量的增加而变大,掺2.0%CA的CASP与水分的接触角为91.4°;浸水11 d后掺1.0%CA的CASP可满足高速公路的路床填料CBR不小于8%和路基回弹模量不低于40 MPa的技术要求;通过硅酸钙凝胶的物理吸附和化学结合,以及憎水膜的填充固封,CA显著降低了磷石膏砷、铬、铅、氟离子和磷酸根的溶出量,掺0.5%CA的CASP浸出液中砷、铬和铅含量分别满足地下水Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅳ级标准。     

钢渣的硅系与复合系激发及其在软土固化中的应用（双语出版）

中国每年产出大量钢材,伴随而产生的副产品钢渣,因其利用率低而导致资源浪费和环境污染。为充分、高效地再生利用废弃钢渣,从提升钢渣的胶凝性出发,参考水泥组分的率值控制指标,采用偏高岭土对钢渣进行成分增补,以提高Al₂O₃和SiO₂含量,开展水玻璃的硅系激发及水泥的复合系激发试验,制备得到钢渣型复合基材。净浆一定龄期后进行无侧限抗压强度试验,并尝试引入率值这一参数评价钢渣基材性能。结果表明：当水泥、偏高岭土和钢渣之间最优质量配比为50：15：85,水胶比为0.28时,复合基材的90 d强度可达41.5 MPa。复合系与钙系钢渣型基材的率值高度一致,可为不同初始成分的钢渣基材的标准化制备提供参考。采用XRD,SEM,MIP等多种微观测试技术探讨钢渣基材强度形成机理,发现钢渣基材水化产物为C-H,C-（A）-S-H和C-A-H等,其中网状C-S-H最为发育,各部分紧密联结,大孔隙减少,使得钢渣复合基材强度保持稳定增长。将钢渣基材用于软土加固中,当钢渣基材掺量为20%时,固化软土28 d龄期无侧限抗压强度可达1.2 MPa。固化土强度与似水灰比R成反比,给出了可用于预测钢渣基材固化土强度预测的经验表达式。     

热养护下矿物掺合料高性能混凝土强度损失和孔结构研究

为了研究热养护对矿物掺合料高性能混凝土后期强度及微观结构的影响,不同恒温时长,不同恒温温度养护下矿物掺合料高性能混凝土进行强度试验和孔结构分析。结果表明：与标对准养护相比,热养护能快速提升混凝土早期强度,但热养温度越高热养时间越长混凝土后期的强度损伤越大,孔隙率也越大。80℃热养48h后转标养28d的强度损失为50℃的4.4倍,总孔隙率为1.091倍。与标准养护和自然养护相比,后养护方式采用Ca(OH)2饱和水溶液养护,对热养混凝土的后期强度和孔径分布有一定的改善。     

地聚合物注浆加固技术在“桥头跳车”病害治理中的应用

针对"桥头跳车"病害问题进行成因分析,对地聚合物注浆加固工艺的技术特点进行简介,通过实际工程案例的介绍对地聚合物注浆加固工艺在"桥头跳车"病害治理中的效果进行详细分析。采用地聚合物注浆加固工艺对浙江地区某桥梁台背填土进行注浆加固,增大台后路基的强度和承载力,并通过对路桥接顺段路面各位置的沉降监测,评价、分析注浆加固效果。通过地聚合物注浆加固工艺改善和延缓桥头台背因回填土方下沉和软土路基沉降形成的"桥头跳车"病害。     

基于杨木木屑改性的隧道工程透水砂浆性能研究

为研制出一种既能适用于初期支护基面找平又具有一定透水能力的砂浆，将杨木木屑加入砂浆试块中对其进行改性。通过对杨木木屑的降解特性进行分析，并将不同掺量的杨木木屑加入砂浆试块中，改变其养护方式，对其体积密度、孔隙率、吸水率、抗压强度等基本性能指标及微观结构进行测试和分析。由试验结果可知： 1）加入杨木木屑后普通砂浆试块的孔隙率和吸水率均提升了2～3倍，但同时也会使砂浆试块的体积密度和抗压强度降低； 2）内掺碱并加碱溶液养护方式的孔隙率和吸水率最高，体积密度和抗压强度最低。对砂浆试块吸水率和抗压强度进行线性拟合后发现其吸水率和抗压强度呈负相关关系。研究结果表明，通过杨木木屑提升砂浆透水性能是可行的，但是杨木木屑掺量和养护方式对砂浆其他性能的影响还有待进一步研究。