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铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能影响探究

王亚民 胡少伟 范向前 娄本星 姚丽琴 胡登兴

王亚民,胡少伟,范向前,等. 铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能影响探究[J]. 水利水运工程学报,2022(1):89-96. doi:  10.12170/20210104001
引用本文: 王亚民,胡少伟,范向前,等. 铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能影响探究[J]. 水利水运工程学报,2022(1):89-96. doi:  10.12170/20210104001
(WANG Yamin, HU Shaowei, FAN Xiangqian, et al. Properties of fly ash geopolymer with calcium aluminate cement as an additive[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(1): 89-96. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210104001
Citation: (WANG Yamin, HU Shaowei, FAN Xiangqian, et al. Properties of fly ash geopolymer with calcium aluminate cement as an additive[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(1): 89-96. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210104001

铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能影响探究

doi: 10.12170/20210104001
基金项目: 国家自然科学基金重点项目(51739008);天津市重点研发计划项目(18YFZCSF00490);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(TKS20210109,TKS20200105)
详细信息
    作者简介:

    王亚民(1990—),男,河北唐山人,博士研究生,主要从事水工新材料研究。E-mail: wangym@tiwte.ac.cn

    通讯作者:

    胡少伟(E-mail:hushaowei@cqu.edu.cn

  • 中图分类号: TU375.1

Properties of fly ash geopolymer with calcium aluminate cement as an additive

  • 摘要: 为探讨铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能的影响规律,用掺量分别为0、2%、4%、8%和12%铝酸盐水泥代替粉煤灰,运用SEM、XRD、FTIR与TG等测试方法,对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行微观机理探究;开展流动度试验、凝结时间与抗压强度试验,对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行宏观性能分析。结果表明,当铝酸盐水泥掺量从0增长到12%的过程中,C-S-H凝胶含量从2.16%增长到8.10%,富铝凝胶含量从55.22%增长到74.60%,增大铝酸盐水泥掺量,流动度从22.4 cm降低到21.5 cm,初凝时间从622 min减小到106 min,终凝时间从740 min减小到125 min,抗压强度从27.7 MPa增长到70.78 MPa。因此,复掺铝酸盐水泥有利于生成更多的C-S-H凝胶和富铝凝胶,C-S-H凝胶具有更大的生成速率,降低了地聚合物工作性能,增大了地聚合物抗压强度,丰富了地聚合物性能的提高方法。
  • 图  1  粉煤灰和CAC颗粒的SEM图像

    Figure  1.  SEM images of fly ash and CAC particles

    图  2  不同CAC掺量的FAG浆体的SEM图像

    Figure  2.  SEM images of FAG paste with different CAC contents

    图  3  不同CAC掺量的FAG的XRD图

    Figure  3.  XRD patterns for FAG with different CAC contents

    图  4  不同CAC掺量FAG的Rietveld图

    Figure  4.  Rietveld chart for FAG with different CAC contents

    图  5  不同CAC掺量的FAG的非晶态与晶态相组成

    Figure  5.  Amorphous and crystalline phase compositions of FAG with different CAC contents

    图  6  不同CAC掺量FAG的FTIR

    Figure  6.  FTIR analysis of FAG with different CAC contents

    图  7  不同CAC掺量的FAG的TG

    Figure  7.  TG analysis of FAG with different CAC contents

    图  8  不同CAC掺量的FAG的流动度

    Figure  8.  Fluidity of FAG with different CAC contents

    图  9  不同CAC掺量的FAG的凝结时间

    Figure  9.  Setting time of FAG with different CAC contents

    图  10  不同CAC掺量的FAG的抗压强度

    Figure  10.  Compressive strength of FAG with different CAC contents

    表  1  粉煤灰与CAC的主要化学组分

    Table  1.   Main chemical compositions of fly ash and CAC 单位:%

    样品SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3
    粉煤灰 48.73 33.41 5.19 4.81 1.79 1.61 1.29 1.04
    CAC 7.21 48.89 2.01 35.56 0.41 0.61 0.13 0.71
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    表  2  粉煤灰的物理性能

    Table  2.   Physical properties of fly ash

    样品密度/(kg·m−3)细度/%活性指数/%需水量比/%烧失量/%
    粉煤灰2 284.68.690.287.21.8
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    表  3  CAC的物理与力学性能

    Table  3.   Physical and mechanical properties of CAC

    样品密度/
    (kg·m−3)
    细度/
    (m2·kg−1)
    凝结时间/
    min
    抗压强度/
    MPa
    抗折强度/
    MPa
    初凝终凝7 d28 d7 d28 d
    CAC 3 168 360 108 276 48.1 61.5 6.3 8.8
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    表  4  地聚合物组分

    Table  4.   Mix proportions of FAG 单位:kg/m3

    MixCAC/%粉煤灰Na2SiO3NaOHH2OCAC
    M-001 134.4323.074.1235.10
    M-121 111.7323.074.1235.122.7
    M-241 089.1323.074.1235.145.4
    M-381 043.7323.074.1235.190.8
    M-412998.3323.074.1235.1136.1
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    表  5  不同CAC掺量的FAG质量损失

    Table  5.   Weight loss of FAG with different CAC contents 单位:%

    掺量总失重自由水蒸发C-S-H/Si-OH分解CaCO3分解
    0 10.98 3.31 2.55 1.81
    2 11.80 3.69 3.03 0.76
    4 11.44 3.19 3.36 0.77
    8 11.60 3.24 3.20 0.73
    12 11.73 3.20 3.31 0.74
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  • [1] DAVIDOVITS J. Geopolymers: inorganic polymeric new materials[J]. Journal of Thermal Analysis, 1991, 37(8): 1633-1656. doi:  10.1007/BF01912193
    [2] MEHTA A, SIDDIQUE R. Sustainable geopolymer concrete using ground granulated blast furnace slag and rice husk ash: strength and permeability properties[J]. Journal of Cleaner Production, 2018, 205: 49-57. doi:  10.1016/j.jclepro.2018.08.313
    [3] KHALE D, CHAUDHARY R. Mechanism of geopolymerization and factors influencing its development: a review[J]. Journal of Materials Science, 2007, 42(3): 729-746. doi:  10.1007/s10853-006-0401-4
    [4] WAN Q, RAO F, SONG S X, et al. Geopolymerization reaction, microstructure and simulation of metakaolin-based geopolymers at extended Si/Al ratios[J]. Cement and Concrete Composites, 2017, 79: 45-52. doi:  10.1016/j.cemconcomp.2017.01.014
    [5] 李克亮, 蒋林华, 黄国泓, 等. 地聚合物复合水泥混凝土性能研究[J]. 水利水运工程学报,2006(1):49-53. (LI Keliang, JIANG Linhua, HUANG Guohong, et al. Property study of geopolymer blend cement concrete[J]. Hydro-Science and Engineering, 2006(1): 49-53. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2006.01.010
    [6] DUAN P, YAN C J, ZHOU W. Influence of partial replacement of fly ash by metakaolin on mechanical properties and microstructure of fly ash geopolymer paste exposed to sulfate attack[J]. Ceramics International, 2016, 42(2): 3504-3517. doi:  10.1016/j.ceramint.2015.10.154
    [7] NATH P, SARKER P K. Use of OPC to improve setting and early strength properties of low calcium fly ash geopolymer concrete cured at room temperature[J]. Cement and Concrete Composites, 2015, 55: 205-214. doi:  10.1016/j.cemconcomp.2014.08.008
    [8] KUSBIANTORO A, NURUDDIN M F, SHAFIQ N, et al. The effect of microwave incinerated rice husk ash on the compressive and bond strength of fly ash based geopolymer concrete[J]. Construction and Building Materials, 2012, 36: 695-703. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2012.06.064
    [9] 杨芮齐. 粉煤灰-矿渣地聚合物泡沫混凝土的性能研究[D]. 鞍山: 辽宁科技大学, 2020.

    YANG Ruiqi. The properties research of fly ash-slag based geopolymer foam concrete[D]. Anshan: University of Science and Technology Liaoning, 2020. (in Chinese)
    [10] 龙伏梅, 胡明玉, 丁再涛, 等. 粉煤灰地聚合物材料及性能研究[J]. 南昌大学学报·工科版,2006,28(2):173-176. (LONG Fumei, HU Mingyu, DING Zaitao, et al. Study on the fly ash geopolymer material and its property[J]. Journal of Nanchang University (Engineering & Technology), 2006, 28(2): 173-176. (in Chinese)
    [11] 刘鑫, 彭泽川, 潘晨豪, 等. 纳米二氧化硅改性粉煤灰地聚合物力学性能及微观分析[J]. 材料导报,2020,34(22):22078-22082. (LIU Xin, PENG Zechuan, PAN Chenhao, et al. Mechanical properties and microscopic analysis of nano-silica modified fly ash geopolymer[J]. Materials Reports, 2020, 34(22): 22078-22082. (in Chinese) doi:  10.11896/cldb.19080113
    [12] CRIADO M, PALOMO A, FERNÁNDEZ-JIMÉNEZ A. Alkali activation of fly ashes. Part 1: effect of curing conditions on the carbonation of the reaction products[J]. Fuel, 2005, 84(16): 2048-2054. doi:  10.1016/j.fuel.2005.03.030
    [13] VAFAEI M, ALLAHVERDI A. Influence of calcium aluminate cement on geopolymerization of natural pozzolan[J]. Construction and Building Materials, 2016, 114: 290-296. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2016.03.204
    [14] HIDALGO A, GARCÍA J L, ALONSO M C, et al. Microstructure development in mixes of calcium aluminate cement with silica fume or fly ash[J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2009, 96(2): 335-345. doi:  10.1007/s10973-007-8439-3
    [15] REES C A, PROVIS J L, LUKEY G C, et al. In situ ATR-FTIR study of the early stages of fly ash geopolymer gel formation[J]. Langmuir the Acs Journal of Surfaces and Colloids, 2007, 23(17): 9076-9082. doi:  10.1021/la701185g
  • [1] 高梦娜, 王旭, 李建东, 张延杰, 蒋代军.  膨润土石灰改良黄土强度及微观结构试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (5): 86-93. doi: 10.12170/20210818003
    [2] 张国龙, 任昊铭, 章定文, 徐慧敏, 宋涛.  玄武岩纤维提升水泥土抗拉性能的试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (2): 109-116. doi: 10.12170/20211224002
    [3] 李燕, 王斯海, 朱锐.  复杂边界条件下膨胀土的体变特性与抗压强度研究 . 水利水运工程学报, 2022, (4): 106-113. doi: 10.12170/20210627001
    [4] 范成文, 白银, 李平.  快硬硫铝酸盐水泥基封堵材料早期性能研究 . 水利水运工程学报, 2020, (2): 30-35. doi: 10.12170/20190321001
    [5] 张华杰,韩尚宇,蒋敏敏,洪宝宁.  NaCl侵蚀环境下水泥土的宏微观特性分析 . 水利水运工程学报, 2012, (2): 49-54.
    [6] 钱文勋,张燕迟,蔡跃波,丁建彤.  考虑内部温度历史的大坝混凝土强度发展 . 水利水运工程学报, 2008, (4): -.
    [7] 李克亮,蒋林华,黄国泓,唐修生.  地聚合物复合水泥混凝土性能研究 . 水利水运工程学报, 2006, (1): 49-53.
    [8] 钱文勋,蔡跃波.  复合型粉煤灰早期活性激发剂的研制 . 水利水运工程学报, 2004, (2): 39-44.
    [9] 陈迅捷,张燕驰,欧阳幼玲,陈基成.  水下护岸中大掺量粉煤灰模袋混凝土配合比 . 水利水运工程学报, 2001, (4): 49-52.
    [10] 陈生水,冯铁群,郦能惠.  粉煤灰变形特性的试验研究 . 水利水运工程学报, 1993, (2): -.
    [11] 胡智农,洪定海,王昌义.  粉煤灰水泥砂浆及混凝土的氯离子扩散性研究 . 水利水运工程学报, 1993, (2): -.
    [12] 冯铁群,郦能惠.  粉煤灰工程特性的机理初析 . 水利水运工程学报, 1993, (4): -.
    [13] 林宝玉,徐鹏飞.  硅粉、粉煤灰共掺混凝土在水轮机蜗壳中施工应用 . 水利水运工程学报, 1990, (1): -.
    [14] 杨树清,窦国仁.  聚合物稀溶液在粗糙明渠中的紊流试验研究 . 水利水运工程学报, 1989, (3): -.
    [15] 窦国仁,杨树清.  高分子聚合物减阻流的减阻机理及其紊动能谱 . 水利水运工程学报, 1989, (4): -.
    [16] 王国兵,窦国仁.  高分子聚合物减阻的试验研究 . 水利水运工程学报, 1988, (2): -.
    [17] 郭飞骐,高文英,张金富,张永生.  谏壁电厂原状粉煤灰在混凝土和砂浆中代替部分砂的研究和应用 . 水利水运工程学报, 1984, (1): -.
    [18] 林晓碚.  《外加剂对硬石膏矿渣硅酸盐水泥异常凝结影响的研究》在宁通过鉴定 . 水利水运工程学报, 1984, (1): -.
    [19] 林宝玉.  第三届国际聚合物混凝土会议在日本召开 . 水利水运工程学报, 1981, (3): -.
    [20] 窦国仁.  高分子聚合物减阻流的紊流结构 . 水利水运工程学报, 1981, (1): -.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-04
  • 网络出版日期:  2021-10-23
  • 刊出日期:  2022-02-15

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