煤灰是稀土等战略性关键金属资源的重要资源来源之一, 目前国内外尚未建立煤中稀土元素的标准分析方法。 相比其他类型的传统稀土矿产, 煤灰基体组成更为复杂。 针对现有酸湿法消解-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测试煤灰中稀土元素存在的前处理效率低、 质谱干扰及其消除方法繁琐复杂、 测试结果不够准确等问题, 提出一种基于石墨消解-（动态反应池）电感耦合等离子串联质谱（ICP-MS/MS）的煤灰中微量稀土元素快速、 准确测定含量的方法。 通过比较不同消解体系（硝酸、 硝酸-盐酸、 硝酸-氢氟酸、 硝酸-盐酸-氢氟酸）与消解温度（100、 140、 180 ℃）对测试结果的影响, 发现以硝酸-盐酸-氢氟酸为消解介质、 140 ℃温度条件下煤灰消解效果最好, 氢氟酸的加入可以显著提升稀土提取效率, 二次加水消解赶去HF避免了难溶氟化物的生成及HF对质谱测试的不利影响。 ICP-MS/MS测定过程中分别将Rh、 Re元素作为内标在线加入补偿基体效应, 通过对比无气体质量原位模式（M-SQ-N/A）、 氦气碰撞和动能歧视模式（M-SQ-KED）、 氧气质量转移模式（M-TQ-O2）、 氨气质量转移模式（M-TQ-NH3）四种测定模式, 发现M-SQ-KED模式下测试值更接近真实值, 质谱干扰最小, 各元素测试回收率为92.49%~112.88%, 检出限低于0.005 2 μg·g-1, 相对标准偏差低于1.71%。 以煤灰测定过程中常见的Ba对Eu干扰为例, 模拟高Ba本底溶液中Eu测试, 揭示出M-SQ-KED模式通过反应气与待测元素和干扰离子碰撞概率不同可极大程度减弱多原子离子干扰。 将以上方法应用到我国不同电厂燃煤飞灰样品分析, 测定得到的稀土标准化曲线分布均一平滑, 表明建立的方法稳定、 可靠, 相比于微波消解前处理, 具有成本低、 操作简便、 效率高可大批量测定等优点; 而动态反应池技术可在线消除质谱干扰, 极大提高了工作效率。

对粉煤灰基多孔陶瓷的有效利用不但能够减少粉煤灰对环境的污染, 而且在废水处理等领域表现出较高的应用价值。本文以粉煤灰为主要原料, 膨润土为黏结剂, 活性炭为造孔剂, 采用直接成型烧结工艺制备了一种性能优异的多孔陶瓷材料, 并研究了烧结温度和活性炭用量对多孔陶瓷结构与性能的影响。结果表明, 粉煤灰/膨润土烧结形成陶瓷骨架, 活性炭氧化形成孔洞结构, 在两者协同作用下形成多孔陶瓷材料。随着烧结温度的升高和活性炭用量的减少, 多孔陶瓷材料的显气孔率和吸水率减小, 体积密度和抗压强度增大。当烧结温度为1 100 ℃和活性炭用量为60%(质量分数)时, 所制备的多孔陶瓷综合性能更优, 显气孔率为6175%, 体积密度为093 g·cm-3, 吸水率为 6348%, 抗压强度为429 MPa, 对浓度为100 mg·L-1的Pb2+溶液的去除率为984%, 饱和吸附量高达4579 mg·g-1。

通过改变矿粉、粉煤灰、偏高岭土的配合比, 用复配后的水玻璃进行碱激发, 制备三元地聚物, 测试了三元地聚物凝结时间以及抗折、抗压强度。利用XRD、SEM、EDS及DTG研究硬化浆体中水化产物的形貌和成分, 并对水化过程进行分析。结果表明, 该三元地聚物是由原材料在碱激发水化作用下生成的以水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶为主的复合胶凝材料。矿粉掺量越高, 新拌浆体凝结时间越短, 水化产物中钙系凝胶越多, 试件强度越高。矿粉含量为10%、30%、50%、70%、90%(质量分数)的5组试件3 d抗压强度分别为2.1、14.1、24.2、29.7、37.9 MPa。养护龄期越长, 反应越完全, 水化产物越多, 试件抗压强度越高。当矿粉含量为50%时, 三元地聚物1、3、7、28 d抗压强度分别为12.3、24.2、27.3、36.8 MPa。当矿粉含量为90%、养护龄期为28 d时, 试件抗折、抗压强度最高, 分别为12.0、52.0 MPa。该体系较短的凝结时间使其在道路修补材料及3D打印等领域有着较为广阔的应用前景。

目前, 工业除尘滤袋的工作温度不高于280 ℃, 通常在过滤前需先将高温烟气进行降温处理。为了制备高效且耐温性良好的新型过滤材料, 本文以粉煤灰为主要原料, 以H2O2为发泡剂, 通过聚合反应制备了多孔地聚物, 并对其形貌、孔结构、抗折强度和过滤性能进行了表征。结果表明: H2O2的最佳添加量为0.98％(质量分数), 此时多孔地聚物下表面与内部的平均孔径分别为17.3和171.5 μm, 孔隙率为56.2％, 常温下抗折强度为2.2 MPa, 过滤阻力为6.2×10-3 MPa, 对PM10和PM2.5的过滤效率分别为98.2％和93.3％, 经800 ℃的热处理后, 抗折强度增加到3.4 MPa, 对PM10和PM2.5的过滤效率均保持在90％以上, 过滤阻力增加了1×10-3 MPa。因此, 以粉煤灰基多孔地聚物作为高温烟气过滤材料具有良好的应用前景。

针对地质聚合物需水量大、黏度高的问题，研究了木质素磺酸钠(SL)、聚羧酸减水剂(PC)、萘系减水剂(N)、三聚氰胺系减水剂(M)对赤泥-粉煤灰基地质聚合物性能的影响。通过FTIR、XRD、SEM-EDS分析了减水剂在碱溶液中的稳定性及其对赤泥-粉煤灰基地质聚合物物相、形貌和结构等的影响。结果表明，在相同液固比情况下，四种减水剂均可提高浆体流动度，流动度提高幅度从大到小依次是N、M、SL、PC。掺量不高于原料质量的0.50%时，SL与N对抗压强度有改善作用，对抗压强度的影响由优到劣依次是N、SL、M、PC。减水剂的掺入不会改变地质聚合物的物相组成，SL与N在碱溶液中相对稳定，但是PC与M在碱溶液中的稳定性较差。SL、PC、N、M的最佳掺量分别为0.50%、0.75%、0.50%、0.50%（质量分数）。

为实现工业废料的二次利用，将电石渣部分替代粉煤灰掺入碱激发粉煤灰-矿渣(AAFS)中，制备碱激发粉煤灰-矿渣-电石渣复合凝胶材料(AAFSC)。本文考察了不同电石渣掺量下AAFSC的抗碳化性能，并通过压汞测试、热重分析、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等分析材料的微观结构。结果表明：经快速碳化作用，AAFSC的孔隙结构会向有害孔发展，抗压强度明显衰减；AAFSC在碳化前中期的抗碳化性能优于AAFS，但随碳化龄期延长，这种优势逐渐减小甚至消失；试验推荐的电石渣掺量质量分数为6%，此时AAFSC在碳化前中期具备最佳抗碳化性能，且在碳化后期仍具有最大抗压强度39.92 MPa；随电石渣掺量增加，AAFSC中Ca(OH)2含量增加，这些Ca(OH)2在碳化过程中被消耗，生成了方解石、霰石等碳酸盐。

以石英粉作为参照，通过监测水化热、悬浮液pH值及凝结时间变化研究了粉煤灰和矿渣粉（GGBS）对磷酸镁水泥水化进程的影响，并测定了砂浆的抗压强度及硬化浆体的孔结构。结果表明，粉煤灰和矿渣粉对磷酸镁水泥的水化具有较强的延缓作用，且矿渣粉的缓凝效果更强。粉煤灰和矿渣粉能够改善硬化浆体的孔结构，其中矿渣粉的改善效果更为显著。在15%(质量分数)掺量下，单掺粉煤灰和矿渣粉的磷酸镁水泥砂浆2 h抗压强度都略高于纯磷酸镁水泥砂浆。掺粉煤灰的磷酸镁水泥砂浆后期抗压强度等于或略高于纯磷酸镁砂浆，掺矿渣粉的磷酸镁水泥砂浆后期抗压强度显著高于纯磷酸镁水泥砂浆。

以循环流化床灰(CFBA)取代煤粉炉粉煤灰(PFA)，研究不同CFBA取代量和水泥掺量对蒸压加气混凝土(AAC)抗压强度和干密度的影响，借助化学滴定、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)探究钙矾石(AFt)在AAC中延迟形成的特点。结果表明，CFBA取代40%(质量分数)PFA、水泥掺量为20.0%(质量分数)条件下，能够制备满足干密度级别B05和强度级别A3.5要求的AAC。当CFBA分别取代40% PFA、100% PFA后，未经蒸压处理的空气养护试样中AFt含量于7 d达到最大值，分别为7.71%(质量分数)和18.60%；经过蒸压制得AAC后，再空气养护28 d，试样中延迟生成的AFt量均少于1.00%；而蒸压处理制得AAC后，再泡水养护28 d，CFBA取代40% PFA的试样中AFt生成量为2.57%，CFBA取代100% PFA的试样中AFt生成量达4.46%；CFBA取代100% PFA的AAC试样中延迟形成的AFt为典型高长径比针棒状晶体，存在体积安定性风险。

为研究纤维增强轻骨料混凝土抗疲劳性能，开展了恒应力循环压缩试验，对疲劳应力-应变响应进行了研究。试验采用质量分数为20%的粉煤灰和50%的粒化高炉矿渣部分替代水泥，变量为单掺或混掺不同掺量的钢纤维和聚乙烯醇（PVA）纤维。结果表明：随着循环加载次数的增加，钢纤维混凝土的宏观裂纹数量比PVA纤维混凝土多，试件的破坏形态表现为轻骨料的破裂和纤维的渐进拔出(钢纤维)或断裂(PVA纤维)；钢纤维混凝土的疲劳应变及残余应变均最大，而混杂纤维混凝土的最小；在同一应力水平下，混杂纤维混凝土的疲劳寿命最长，而钢纤维混凝土的最短；钢纤维混凝土的极限疲劳损伤高于PVA纤维混凝土和混杂纤维混凝土，且随最大应力水平的降低，该差异逐渐缩小。