碱激发富镁镍渣-粉煤灰地质聚合物的制备及其性能

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随着我国城镇化、工业化脚步的加快,产生了越来越多的工业固废,镍渣就是众多固废中的一种,我国的镍渣堆放量在逐年增加,但由于其活性较低无法被合理利用,这些大量堆放的镍渣不仅占用土地,而且严重污染环境。提高镍渣活性,将其制备为性能优异的地质聚合物胶凝材料能有效解决此问题。本论文以低活性工业固废富镁镍渣为主要原料,粉煤灰为配合料,使用正交试验法,利用地聚合技术制备了地质聚合物胶凝材料,确定了最优配合比,通过XRD、FTIR、SEM等表征方法对样品进行了微观结构分析。针对富镁镍渣活性低的特点,进行重融水淬分相处理以提高其火山灰活性。并研究了活化富镁镍渣-粉煤灰地质聚合物的力学性能,初步探索了废玻璃替代部分碱激发剂对地质聚合物力学性能的影响。论文主要研究工作及结论如下:首先以富镁镍渣和粉煤灰为主要原料,水玻璃-Na2CO3为碱激发剂,研究了富镁镍渣与粉煤灰的质量比、复合碱激发剂(水玻璃-Na2CO3)掺量及水灰比对地质聚合物胶凝材料力学性能的影响。结果表明:当富镁镍渣与粉煤灰质量比为3:7,水玻璃掺量为15%,模数为1.2,Na2CO3掺量为4%,水灰比为0.30时,所制备的胶凝材料净浆具有最优的力学性能,养护28d抗压强度可达37.5 MPa,且耐候性良好。致使胶凝材料强度提高的主要产物为水化硅酸钙、(N-A-S-H)与(N-M-A-S)无定形凝胶相。其次使用重融水淬法,研究了相分离对富镁镍渣结构和胶凝活性的影响,通过碱溶出、XRD、FTIR、TEM等方法进行表征。结果表明:相分离后的富镁镍渣Si、Al和Ca元素的溶出量明显增加,地质聚合物的抗压强度较未分相前提高了78.9%,这表明重熔和水淬的方法对富镁镍渣的活性有积极影响。相分离后富镁镍渣活性的提高与重熔和水淬引起的矿物相和微观结构变化有关,分相后出现了更多的非晶态玻璃相和富含Si和Ca的相,这有利于Si、Al和Ca元素的溶解。最后研究了活化富镁镍渣-粉煤灰地质聚合物的力学性能,并初步探索了废玻璃替代部分碱激发剂对地质聚合物力学性能的影响,以解决碱激发剂成本高和废玻璃污染环境的问题。结果表明:活化富镁镍渣配合粉煤灰制备的地质聚合物结构致密,强度较富镁镍渣未活化前大幅提高,养护28d最高抗压强度可达73.01 MPa。且耐候性良好。随着废玻璃替代碱激发剂百分比的增加,地质聚合物的强度下降显著。
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