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随着我国炼铝工业迅猛发展,大规模赤泥排放引起的环境污染问题日益严重。与此同时,城市基础设施建筑进入更新换代的时期,旧建筑拆除过程产生的建筑垃圾无处排放,为实现固体废弃物在道路工程中的环保回收利用,本文采用碱激发方法处理了以赤泥为主的废弃物粉料,制备了赤泥基碱激发胶凝材料。并以碱激发胶凝材料为结合料稳定废旧混凝土类建筑垃圾骨料,制备了基于碱激发原理的道路基层材料。研究结果有利于实现固体废弃物的再生利用,缓解天然石料的过度开采造成的资源短缺问题,减少水泥这类高耗能、高污染材料的生产与应用,起到了废物利用、节能环保的作用。
实验中分别以水玻璃、石灰以及水玻璃与氢氧化钠复合碱作为碱激发剂制备了不同种类的赤泥基碱激发胶凝材料。实验结果表明,以水玻璃作为碱激发剂制备的碱激发赤泥胶凝材料,抗压强度随着硅酸钠浓度的增加呈现先增大后减小的趋势,掺量为5%时激发效果最好,其56d抗压强度可达10.33MPa;水玻璃和氢氧化钠复合碱激发赤泥胶凝材料,其56d抗压强度随着NaOH掺量的增加呈现先增大后减小的趋势,当NaOH取代量为3%时激发效果最好,其56d抗压强度可达12.3MPa;石灰激发赤泥材料的强度为前者的1/7~1/17,造成二者强度差异的原因主要在于水玻璃激发赤泥产物主要为C-S-H凝胶,其微观结构致密完整凝胶数量更多,而石灰激发赤泥产物主要为硅方解石和少量C-S-H凝胶,其微观结构呈现疏松多孔、松散的形态,孔结构特征方面,高强度材料总孔隙率更低,孔隙构成中小孔体积所占比例更高。
干缩率方面,水玻璃激发赤泥材料在1.9%~2.3%之间,而石灰激发赤泥材料只有0.08%~0.24%。造成二者干缩量差异的原因主要在于反应类型以及反应产物的不同,前者为“解聚-缩聚”反应,反应过程体系内不断发生脱水、蒸发,主要产物为分子间联结更为紧密的凝胶类物质;后者为普通化合反应,其主要产物为非凝胶类物质硅方解石。
采用内掺法,在赤泥中引入了不同剂量的砖粉和粉煤灰,采用正交实验法分析了砖粉、粉煤灰、氢氧化钠掺量及水与活性材料质量比(水胶比)对碱激发赤泥胶凝材料性能的影响。结果表明,水胶比对抗压强度的影响作用最为显著,其中水胶比为0.33时,材料抗压强度最高,而掺入砖粉和粉煤灰均会削弱材料强度;NaOH取代率对其干缩率的影响作用最为显著,当NaOH取代量为2%时,材料的干缩率最低;抗冻融性方面,碱激发材料的抗冻融性较好,经过3次冻融循环后没有出现材料完全破坏的现象,水胶比的影响显著性最强,但粉煤灰掺量与强度冻融衰减率相关性最好,即随着粉煤灰掺量增加,材料抗冻融性逐渐下降。
水玻璃激激发赤泥材料干缩量大、用碱量大因而成本高,而石灰激发赤泥材料虽然强度低,但是干缩量小。从道路基层材料具有低强度、廉价的特点考虑,石灰激发赤材料更适合作为胶结料制备道路基层材料。因此,本文制备了以石灰赤泥为胶结料制备的道路基层材料,碱激发赤泥稳点材料7d抗压强度在0.82MPa~1.82MPa之间,56d总干缩应变在378×10-6~542×10-6之间。可满足二级、及二级以下公路重交通(≥0.8MPa)、高速公路和一级公路极重、特重交通道路基层的强度要求(≥1.1MPa)。
实验中分别以水玻璃、石灰以及水玻璃与氢氧化钠复合碱作为碱激发剂制备了不同种类的赤泥基碱激发胶凝材料。实验结果表明,以水玻璃作为碱激发剂制备的碱激发赤泥胶凝材料,抗压强度随着硅酸钠浓度的增加呈现先增大后减小的趋势,掺量为5%时激发效果最好,其56d抗压强度可达10.33MPa;水玻璃和氢氧化钠复合碱激发赤泥胶凝材料,其56d抗压强度随着NaOH掺量的增加呈现先增大后减小的趋势,当NaOH取代量为3%时激发效果最好,其56d抗压强度可达12.3MPa;石灰激发赤泥材料的强度为前者的1/7~1/17,造成二者强度差异的原因主要在于水玻璃激发赤泥产物主要为C-S-H凝胶,其微观结构致密完整凝胶数量更多,而石灰激发赤泥产物主要为硅方解石和少量C-S-H凝胶,其微观结构呈现疏松多孔、松散的形态,孔结构特征方面,高强度材料总孔隙率更低,孔隙构成中小孔体积所占比例更高。
干缩率方面,水玻璃激发赤泥材料在1.9%~2.3%之间,而石灰激发赤泥材料只有0.08%~0.24%。造成二者干缩量差异的原因主要在于反应类型以及反应产物的不同,前者为“解聚-缩聚”反应,反应过程体系内不断发生脱水、蒸发,主要产物为分子间联结更为紧密的凝胶类物质;后者为普通化合反应,其主要产物为非凝胶类物质硅方解石。
采用内掺法,在赤泥中引入了不同剂量的砖粉和粉煤灰,采用正交实验法分析了砖粉、粉煤灰、氢氧化钠掺量及水与活性材料质量比(水胶比)对碱激发赤泥胶凝材料性能的影响。结果表明,水胶比对抗压强度的影响作用最为显著,其中水胶比为0.33时,材料抗压强度最高,而掺入砖粉和粉煤灰均会削弱材料强度;NaOH取代率对其干缩率的影响作用最为显著,当NaOH取代量为2%时,材料的干缩率最低;抗冻融性方面,碱激发材料的抗冻融性较好,经过3次冻融循环后没有出现材料完全破坏的现象,水胶比的影响显著性最强,但粉煤灰掺量与强度冻融衰减率相关性最好,即随着粉煤灰掺量增加,材料抗冻融性逐渐下降。
水玻璃激激发赤泥材料干缩量大、用碱量大因而成本高,而石灰激发赤泥材料虽然强度低,但是干缩量小。从道路基层材料具有低强度、廉价的特点考虑,石灰激发赤材料更适合作为胶结料制备道路基层材料。因此,本文制备了以石灰赤泥为胶结料制备的道路基层材料,碱激发赤泥稳点材料7d抗压强度在0.82MPa~1.82MPa之间,56d总干缩应变在378×10-6~542×10-6之间。可满足二级、及二级以下公路重交通(≥0.8MPa)、高速公路和一级公路极重、特重交通道路基层的强度要求(≥1.1MPa)。