為研究偏硅酸鈉摻量對高硼廢液水泥固化體力學(xué)性能的影響,測試了3%、5%、7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）堿當(dāng)量下水泥固化體的抗壓強(qiáng)度,采用量熱實(shí)驗(yàn)、XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM等分析技術(shù),對水化產(chǎn)物建立起宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)的聯(lián)系,探究力學(xué)性能變化的微觀機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dāng)量的增加,試樣的抗壓強(qiáng)度隨之增加;堿當(dāng)量為5%以上時,試樣的各齡期抗壓強(qiáng)度可顯著提高,28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)10.36 MPa以上。堿當(dāng)量的增加使得水化產(chǎn)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(qiáng)度提高;產(chǎn)物中的C-S-H凝膠是固化體抗壓強(qiáng)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(dāng)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(qiáng)度及平均值。根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(yīng)剔除這個結(jié)果,而剩下五個的平均數(shù)為結(jié)果。如果五個測定值中再有超過它們平均值±20%的,則此組結(jié)果作廢”。表5中堿當(dāng)量為3%的試樣3抗壓強(qiáng)度超出原平均值的20.7%,應(yīng)該剔除。剔除該結(jié)果后,剩余五個數(shù)的平均值為8.21 MPa,經(jīng)驗(yàn)算符合規(guī)定。圖2為水泥固化體抗壓強(qiáng)度隨齡期和堿當(dāng)量變化曲線。如圖所示,不同堿當(dāng)量的水泥固化體抗壓強(qiáng)度均隨齡期的增加而增大。堿當(dāng)量為0%和1%的試樣并未凝結(jié);堿當(dāng)量為3%、齡期為3 d的水泥固化體抗壓強(qiáng)度最低,且與其他試樣測試結(jié)果相差較大,可能是堿當(dāng)量最低,早期水化程度最低所導(dǎo)致。對于相同齡期的水泥固化體,齡期為28 d時,堿當(dāng)量為7%的水泥固化體抗壓強(qiáng)度最高,且隨著堿當(dāng)量的增加,固化體抗壓強(qiáng)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(xué)性能。堿當(dāng)量為5%和7%的試樣在28 d時的強(qiáng)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(qiáng)度只提高了3.9%,因此實(shí)際應(yīng)用中考慮到成本問題,堿當(dāng)量為5%更優(yōu)。進(jìn)一步結(jié)合圖1(c)中水化放熱總量可知,水化過程結(jié)束時,堿當(dāng)量為3%和5%的試樣水化放熱總量超過了堿當(dāng)量為7%的試樣,即前者水化反應(yīng)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(dāng)量分別為3%、5%試樣的性能,對固化體抗壓強(qiáng)度的討論也僅限于堿當(dāng)量為3%、5%的試樣。表3 水泥固化體3 d抗壓強(qiáng)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(dāng)量下不同齡期和18 d齡期下不同堿當(dāng)量的水泥固化體水化產(chǎn)物的XRD譜。圖中顯示,不同齡期與堿當(dāng)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(chǎn)物氫氧化鈣和偏硼酸鈣所對應(yīng)的物相衍射強(qiáng)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(chǎn)物增加,在堿當(dāng)量為5%時,氫氧化鈣和偏硼酸鈣衍射峰達(dá)到最高,與圖1(c)中水化放熱曲線一致。相關(guān)研究表明[4],添加氫氧化鈣提高堿度可以加速水泥水化進(jìn)程,提高早期水化程度與固化體強(qiáng)度。本研究中齡期為3 d、7 d時,強(qiáng)度增加較快;而隨著堿當(dāng)量的增加,水化產(chǎn)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(qiáng)度提高。因此堿當(dāng)量為5%時的固化體抗壓強(qiáng)度在不同齡期下均為最高,與圖2中水泥固化體抗壓強(qiáng)度規(guī)律一致。圖4 不同堿當(dāng)量下28 d試樣XRD譜

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]偏硅酸鈉激發(fā)礦渣-粉煤灰膠凝材料水化機(jī)理研究[J]. 白應(yīng)華,章啟航,余勝,陳偉.  信陽師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020(01)
[2]偏硅酸鈉激發(fā)膠凝材料性能及微觀結(jié)構(gòu)[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(xué)技術(shù). 2010(S1)

博士論文
[1]水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠的細(xì)觀力學(xué)機(jī)理研究[D]. 李犇.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[2]核電站模擬含硼中低放廢物的水泥固化技術(shù)研究[D]. 吳明慧.中國建筑材料科學(xué)研究總院 2011



本文編號：3544534