采用简化磨碎溶出法测试了硅灰(SF)掺量为30%~50%(质量分数, 下同)、水胶比为1.4的超细水泥(SC)注浆材料结石体在不同龄期的pH值, 探讨SF掺量、SiO2含量和C-S-H凝胶理论钙硅摩尔比对注浆材料pH值的影响, 并测试了60%SC+40%SF低pH注浆材料的流变性能和力学性能, 同时利用SEM、XRD、TG表征手段分析了结石体的水化产物和微观结构。结果表明, 当SF掺量大于40%、SiO2含量大于50%、C-S-H凝胶钙硅摩尔比小于0.8时, 结石体pH值小于11.00。萘系减水剂(SP)能显著降低浆液的马氏漏斗黏度, SP适宜掺量为1.6%。宾汉姆模型能够很好地描述浆液流变性能。水胶比的提高对结石体抗压强度有不利影响, 因此水胶比不宜超过1.6。由于SF具有火山灰效应和稀释效应, 养护180 d后结石体内不存在Ca(OH)2, 其主要水化产物为低钙硅比的C-S-H凝胶和钙矾石。

随着粉煤灰堆存量逐年增加, 其资源化利用迫在眉睫。以粉煤灰(FA)为主要原料, 硅灰(SF)为增强剂和外加硅源采用高温蒸养法制备免烧粉煤灰基沸石化陶粒(FACZ), 从而实现粉煤灰的高值化利用。采用比表面及孔径分析仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)等手段, 表征了各阶段样品的孔结构、晶体结构、微观形貌及官能团特征, 并探究了碱浓度、SF质量分数、温度、蒸养时间对FACZ的影响, 以及pH值、Ni2+浓度、时间、FACZ投加量、温度对FACZ去除Ni2+的影响。XRD、SEM、FTIR均表明FACZ中合成了结晶度良好的方沸石, 优化后的工艺为8 mol/L NaOH、15% SF、190 ℃蒸养48 h; 优化后的FACZ的比表面积可达14.4 m2/g, 强度可达27.25 MPa。在最佳条件下, FACZ对Ni2+去除效率可达99.9%, 最大去除量为31.934 mg/g; 去除机理为硅羟基和沸石离子交换联合作用, 且离子交换为主要原因。

硅灰和低水胶比会降低混凝土总孔隙率，但增加了混凝土自收缩，使其产生微裂纹。本文研究了掺入硅灰和减缩剂(SRA)对不同水胶比的混凝土自收缩和微观、宏观尺度孔径分布的影响。结果表明：掺入10%（体积分数）的硅灰会使混凝土自收缩增加27.3%~28.8%;而加入减缩剂使混凝土自收缩降低68.0%~85.1%，且对含有硅灰的混凝土样品降幅更大。此外，掺入硅灰和减缩剂可以使混凝土总孔隙率分别降低5.1%~6.0%和35.9%~39.7%，但硅灰会增大混凝土100 nm以下孔隙和100 μm以上孔隙的体积占比，而减缩剂对这两类孔隙的体积则会起相反作用。同时，自收缩与100 μm以上孔隙体积分数呈明显正相关关系。

以粉煤灰为原料，辅掺硅灰制备了碱激发免烧陶粒。采用筒压强度试验、吸水率试验、含泥量试验、磨破率试验、耐腐蚀试验、X射线衍射仪和扫描电子显微镜试验，系统地研究了硅灰掺量对陶粒性能的影响。结果表明，3 d、7 d、14 d龄期时，随着硅灰掺量增加，粉煤灰陶粒的筒压强度呈逐渐增加趋势，磨破率与吸水率呈逐渐下降趋势，耐腐蚀性能也得到提高。当硅灰掺量为15%和20%(质量分数)时，龄期为14 d时，陶粒的筒压强度分别达到19.43 MPa和20.37 MPa。由微观分析知，适量的硅灰掺量可以提高粉煤灰的水化程度，增加陶粒结构密实性，但当掺量达到15%~20%时，水化程度有所减弱。

矿物掺合料是半柔性路面用水泥基灌浆材料的重要组成部分, 各矿物掺合料协同优化对灌浆材料流动性能和力学性能的提升发挥重要作用。本文选用矿粉、微珠和硅灰三种矿物掺合料, 通过正交试验研究了三种矿物掺合料协同优化对路面用灌浆材料流动性能和力学性能的影响规律, 并借助XRD、SEM等表征方法分析了灌浆材料硬化浆体的水化产物组成与形貌。结果表明, 三种矿物掺合料协同优化对灌浆材料流动性能和力学性能的影响顺序为微珠、硅灰和矿粉, 其中微珠对灌浆材料流动性能改善效果最为显著, 硅灰和矿粉对灌浆材料力学性能提升效果明显。以灌浆材料的流动性能和早期强度为评价指标, 微珠、硅灰和矿粉协同优化灌浆材料的最佳掺量分别为15%、1.5%和5%(均为质量分数)。此外, 三种矿物掺合料协同掺加对灌浆材料早期水化产物组成与形貌影响较小, 表明矿物掺合料协同主要是通过物理填充作用提高了硬化浆体材料的密实度, 从而改善灌浆材料早期力学性能。

为研究硅灰及粉煤灰对不同养护龄期的水泥浆体强度及收缩性能的影响, 以水胶比为0.29的水泥浆体为基体, 设计制备了五种硅灰及粉煤灰掺量的复合水泥浆体, 借助量热仪和压汞仪测试表征了不同复合水泥浆体的水化放热特性以及孔结构组成, 分析了水化放热量、孔隙率等参数随硅灰和粉煤灰掺量增加的变化规律, 建立了复合浆体抗压强度与孔结构以及水化特性与收缩应变之间的量化关系。结果表明, 掺入粉煤灰会大幅降低水泥净浆早期抗压强度, 但对减小自收缩应变和干缩应变极为有利。掺入硅灰能明显提高净浆3 d抗压强度, 但当硅灰掺量超过10%(质量分数)后, 净浆3 d自收缩应变及28 d干缩应变增加极为明显。掺入硅灰会使水泥水化诱导期开始和结束的时间提前, 还会增加水化反应级数和各阶段的反应速率常数值, 导致水泥-硅灰复合浆体的水化放热总量和放热速率相较于水泥-粉煤灰体系大幅增加。粉煤灰和硅灰的掺入均能有效细化水泥浆体内部孔结构, 提高凝胶孔比例, 大幅降低大孔比例。复合浆体的72 h水化放热总量和3 d自收缩应变呈现正相关关系, 而孔隙率和抗压强度呈现明显的负相关关系。

本文研究了不同拌和水以及海水拌和时粉煤灰和硅灰掺量对硫铝酸盐水泥(SAC)砂浆力学性能和表观孔隙率以及净浆凝结时间、化学收缩、孔溶液pH值和氯离子结合能力等的影响, 并通过XRD、SEM和EDS分析水泥水化产物和微观结构。结果表明, 海水能加快SAC早期水化并提高其早期强度, 但后期强度和淡水拌和时无明显差别。粉煤灰和硅灰均会延长SAC凝结时间, 对早期抗压强度不利, 而掺加质量分数为5.0%和7.5%的硅灰能提高SAC砂浆28 d抗压强度。硅灰掺量增加时会提高用水量和表观孔隙率, 降低流动性, 使水泥化学收缩增大, 降低净浆pH值且减少氯离子结合量; 粉煤灰能够提高砂浆流动性, 减少水泥化学收缩, 但掺量越大对SAC砂浆抗压强度和抗折强度越不利, 掺质量分数为10%的粉煤灰可小幅提高氯离子结合量且减小表观孔隙率。