偏硅酸鈉摻量對高硼廢液水泥固化體力學性能的影響
發(fā)布時間：2021-12-19 13:53
為研究偏硅酸鈉摻量對高硼廢液水泥固化體力學性能的影響,測試了3%、5%、7%（質量分數(shù)）堿當量下水泥固化體的抗壓強度,采用量熱實驗、XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM等分析技術,對水化產物建立起宏觀性能和微觀結構的聯(lián)系,探究力學性能變化的微觀機理。實驗結果表明:對于普硅水泥-高硼溶液體系,以偏硅酸鈉為激發(fā)劑,相同齡期下,隨著堿當量的增加,試樣的抗壓強度隨之增加;堿當量為5%以上時,試樣的各齡期抗壓強度可顯著提高,28 d抗壓強度達10.36 MPa以上。堿當量的增加使得水化產物中的氫氧化鈣增多,從而填充了水泥固化體中的空隙,使其強度提高;產物中的C-S-H凝膠是固化體抗壓強度的主要來源。
【文章來源】：硅酸鹽通報. 2020,39(10)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
不同堿當量試樣早期水化放熱曲線和水化放熱總量曲線
表3～表6為水泥固化體在不同齡期各試樣抗壓強度及平均值。根據我國國家標準GB 14569.1—2011《低、中水平放射性廢物固化體性能要求-水泥固化體》第6.2.2節(jié)“抗壓強度”中所規(guī)定的“如果六個測定值中有一個超出六個平均值的±20%,應剔除這個結果,而剩下五個的平均數(shù)為結果。如果五個測定值中再有超過它們平均值±20%的,則此組結果作廢”。表5中堿當量為3%的試樣3抗壓強度超出原平均值的20.7%,應該剔除。剔除該結果后,剩余五個數(shù)的平均值為8.21 MPa,經驗算符合規(guī)定。圖2為水泥固化體抗壓強度隨齡期和堿當量變化曲線。如圖所示,不同堿當量的水泥固化體抗壓強度均隨齡期的增加而增大。堿當量為0%和1%的試樣并未凝結;堿當量為3%、齡期為3 d的水泥固化體抗壓強度最低,且與其他試樣測試結果相差較大,可能是堿當量最低,早期水化程度最低所導致。對于相同齡期的水泥固化體,齡期為28 d時,堿當量為7%的水泥固化體抗壓強度最高,且隨著堿當量的增加,固化體抗壓強度逐漸升高,這說明偏硅酸鈉摻量的提高可以改善水泥固化體的力學性能。堿當量為5%和7%的試樣在28 d時的強度分別為10.36 MPa和10.76 MPa,僅相差0.4 MPa,即后者相對于前者28 d時強度只提高了3.9%,因此實際應用中考慮到成本問題,堿當量為5%更優(yōu)。進一步結合圖1(c)中水化放熱總量可知,水化過程結束時,堿當量為3%和5%的試樣水化放熱總量超過了堿當量為7%的試樣,即前者水化反應更加充分。綜合上述考慮因素,故以下微觀測試以及僅研究堿當量分別為3%、5%試樣的性能,對固化體抗壓強度的討論也僅限于堿當量為3%、5%的試樣。表3 水泥固化體3 d抗壓強度Table 3 3 d compressive strength of cement solidified body Alkali equivalent/% 3 d compressive strength/MPa S1 S2 S3 S4 S5 S6 Average 3 0.96 0.84 0.84 0.86 0.89 0.89 0.88 5 5.61 6.46 6.45 5.89 6.64 5.98 6.17 7 7.15 6.29 6.86 7.36 7.22 5.71 6.76
圖3和圖4分別為5%堿當量下不同齡期和18 d齡期下不同堿當量的水泥固化體水化產物的XRD譜。圖中顯示,不同齡期與堿當量的水泥固化體礦物組成以未水化的C3S、C2S,以及水化生成的氫氧化鈣和偏硼酸鈣為主。從圖3可以看出,隨著齡期的增長,產物氫氧化鈣和偏硼酸鈣所對應的物相衍射強度隨之提高。從圖4可以看出,偏硅酸鈉摻量的增加也會使產物增加,在堿當量為5%時,氫氧化鈣和偏硼酸鈣衍射峰達到最高,與圖1(c)中水化放熱曲線一致。相關研究表明[4],添加氫氧化鈣提高堿度可以加速水泥水化進程,提高早期水化程度與固化體強度。本研究中齡期為3 d、7 d時,強度增加較快;而隨著堿當量的增加,水化產物逐漸增加,填充了水泥固化體中的孔隙,從而使固化體抗壓強度提高。因此堿當量為5%時的固化體抗壓強度在不同齡期下均為最高,與圖2中水泥固化體抗壓強度規(guī)律一致。圖4 不同堿當量下28 d試樣XRD譜
【參考文獻】：
期刊論文
[1]偏硅酸鈉激發(fā)礦渣-粉煤灰膠凝材料水化機理研究[J]. 白應華,章啟航,余勝,陳偉. 信陽師范學院學報(自然科學版). 2020(01)
[2]偏硅酸鈉激發(fā)膠凝材料性能及微觀結構[J]. 盧珺,康春陽,李秋. 硅酸鹽通報. 2017(10)
[3]模擬放射性含硼廢液的水泥固化研究[J]. 孫奇娜,李俊峰,王建龍. 原子能科學技術. 2010(S1)
博士論文
[1]水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠的細觀力學機理研究[D]. 李犇.哈爾濱工程大學 2018
[2]核電站模擬含硼中低放廢物的水泥固化技術研究[D]. 吳明慧.中國建筑材料科學研究總院 2011
本文編號：3544534
【文章來源】：硅酸鹽通報. 2020,39(10)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
不同堿當量試樣早期水化放熱曲線和水化放熱總量曲線
表3～表6為水泥固化體在不同齡期各試樣抗壓強度及平均值。根據我國國家標準GB 14569.1—2011《低、中水平放射性廢物固化體性能要求-水泥固化體》第6.2.2節(jié)“抗壓強度”中所規(guī)定的“如果六個測定值中有一個超出六個平均值的±20%,應剔除這個結果,而剩下五個的平均數(shù)為結果。如果五個測定值中再有超過它們平均值±20%的,則此組結果作廢”。表5中堿當量為3%的試樣3抗壓強度超出原平均值的20.7%,應該剔除。剔除該結果后,剩余五個數(shù)的平均值為8.21 MPa,經驗算符合規(guī)定。圖2為水泥固化體抗壓強度隨齡期和堿當量變化曲線。如圖所示,不同堿當量的水泥固化體抗壓強度均隨齡期的增加而增大。堿當量為0%和1%的試樣并未凝結;堿當量為3%、齡期為3 d的水泥固化體抗壓強度最低,且與其他試樣測試結果相差較大,可能是堿當量最低,早期水化程度最低所導致。對于相同齡期的水泥固化體,齡期為28 d時,堿當量為7%的水泥固化體抗壓強度最高,且隨著堿當量的增加,固化體抗壓強度逐漸升高,這說明偏硅酸鈉摻量的提高可以改善水泥固化體的力學性能。堿當量為5%和7%的試樣在28 d時的強度分別為10.36 MPa和10.76 MPa,僅相差0.4 MPa,即后者相對于前者28 d時強度只提高了3.9%,因此實際應用中考慮到成本問題,堿當量為5%更優(yōu)。進一步結合圖1(c)中水化放熱總量可知,水化過程結束時,堿當量為3%和5%的試樣水化放熱總量超過了堿當量為7%的試樣,即前者水化反應更加充分。綜合上述考慮因素,故以下微觀測試以及僅研究堿當量分別為3%、5%試樣的性能,對固化體抗壓強度的討論也僅限于堿當量為3%、5%的試樣。表3 水泥固化體3 d抗壓強度Table 3 3 d compressive strength of cement solidified body Alkali equivalent/% 3 d compressive strength/MPa S1 S2 S3 S4 S5 S6 Average 3 0.96 0.84 0.84 0.86 0.89 0.89 0.88 5 5.61 6.46 6.45 5.89 6.64 5.98 6.17 7 7.15 6.29 6.86 7.36 7.22 5.71 6.76
圖3和圖4分別為5%堿當量下不同齡期和18 d齡期下不同堿當量的水泥固化體水化產物的XRD譜。圖中顯示,不同齡期與堿當量的水泥固化體礦物組成以未水化的C3S、C2S,以及水化生成的氫氧化鈣和偏硼酸鈣為主。從圖3可以看出,隨著齡期的增長,產物氫氧化鈣和偏硼酸鈣所對應的物相衍射強度隨之提高。從圖4可以看出,偏硅酸鈉摻量的增加也會使產物增加,在堿當量為5%時,氫氧化鈣和偏硼酸鈣衍射峰達到最高,與圖1(c)中水化放熱曲線一致。相關研究表明[4],添加氫氧化鈣提高堿度可以加速水泥水化進程,提高早期水化程度與固化體強度。本研究中齡期為3 d、7 d時,強度增加較快;而隨著堿當量的增加,水化產物逐漸增加,填充了水泥固化體中的孔隙,從而使固化體抗壓強度提高。因此堿當量為5%時的固化體抗壓強度在不同齡期下均為最高,與圖2中水泥固化體抗壓強度規(guī)律一致。圖4 不同堿當量下28 d試樣XRD譜
【參考文獻】：
期刊論文
[1]偏硅酸鈉激發(fā)礦渣-粉煤灰膠凝材料水化機理研究[J]. 白應華,章啟航,余勝,陳偉. 信陽師范學院學報(自然科學版). 2020(01)
[2]偏硅酸鈉激發(fā)膠凝材料性能及微觀結構[J]. 盧珺,康春陽,李秋. 硅酸鹽通報. 2017(10)
[3]模擬放射性含硼廢液的水泥固化研究[J]. 孫奇娜,李俊峰,王建龍. 原子能科學技術. 2010(S1)
博士論文
[1]水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠的細觀力學機理研究[D]. 李犇.哈爾濱工程大學 2018
[2]核電站模擬含硼中低放廢物的水泥固化技術研究[D]. 吳明慧.中國建筑材料科學研究總院 2011
本文編號：3544534
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