结合一定条件下的水泥基材料泛碱处理措施与计算机图像分析技术,提出了一种定量表征水泥基材料泛碱程度的方法。基于该项方法,研究活性矿物掺合料偏高岭土对水泥基材料泛碱问题的影响。同时采用热重分析测试方法分析不同掺量偏高岭土的水泥基材料内部泛碱物质含量,并研究了偏高岭土对材料力学性能的影响。结果表明,适宜偏高岭土可以有效地抑制水泥基外墙系统的泛碱问题并保持其良好的力学性能。

通过可蒸发水含量法结合扫描电镜(SEM)微观分析,研究了双掺偏高岭土和石灰石粉对混凝土强度、抗碳化和抗氯离子渗透性能的影响。结果表明,双掺10%偏高岭土和不超过20%的石灰石粉可以细化混凝土孔结构并改善其界面结构,从而提高混凝土强度、抗碳化和抗氯离子渗透性能,双掺时石灰石粉最佳掺量为20%;继续增加石灰石粉掺量对改善混凝土内部结构无益,反而劣化了混凝土性能。

为解决严寒地区混凝土工程普遍出现的冻害现象,提高混凝土的抗冻性能,对双掺聚丙烯晴纤维和偏高岭土混凝土进行了200次冻融循环试验,测得其冻融前后试件的质量损失率与相对动弹性模量。结果表明,双掺聚丙烯晴纤维和偏高岭土可较大幅度提高混凝土的抗冻性能;随着偏高岭土掺量增加,混凝土质量损失率和相对动弹性模量都得到较大改善;随着聚丙烯晴纤维掺量的增加,混凝土质量损失率得到改善,相对动弹性模量逐渐降低。

阐述了具有火山灰特性的偏高岭土在混凝土中的应用情况,通过配制C50和C60两种高强混凝土,进行了强度、氯离子渗透、收缩试验,进一步验证了偏高岭土材料在混凝土应用中的耐久性能表现。

以偏高岭土（MK）0~6%等量取代硅酸盐水泥配制混凝土,研究了MK改性混凝土的抗压强度、电通量和氯离子扩散系数的变化规律,并通过XRD、TG-DSC对其机理进行分析。试验结果表明,MK能促进水泥水化进程,提高混凝土的抗压强度,降低电通量和氯离子扩散系数,混凝土的抗渗性能得到显著优化,其中掺量为6%时效果最佳。

以d50=1.03μm的偏高岭土依次取代0、20%、40%、60%、80%和100%的二氧化硅微粉,研究了偏高岭土对耐火材料基质常温强度、泛霜性能、热处理后线收缩率、不同温度(600℃、800℃和1000℃)的热处理以及800℃重烧10次后的力学性能。结果表明,偏高岭土不利于在800℃重烧时基质强度的提高,但偏高岭土能够较好地改善基质的泛霜性能,减小基质热处理后的线收缩率,且在偏高岭土替代二氧化硅微粉量为40%时,基质具有良好的常温和热处理后的力学性能。

采用偏高岭土、粉煤灰和矿渣等量取代水泥,并将偏高岭土与粉煤灰、矿渣分别复掺配制混凝土,对混凝土的工作性、抗压强度和耐久性进行了研究。结果表明,偏高岭土用作混凝土掺合料且掺量合理时,其对混凝土坍落度和抗压强度的影响优于粉煤灰和矿渣,配制的混凝土抗腐蚀性和抗冻融性均有所提高。

以C60混凝土为研究对象,通过单掺和复掺不同比例的粉煤灰、矿粉、偏高岭土,研究各矿物掺合料对混凝土抗压强度及体积稳定性的影响。结果表明,单掺粉煤灰和偏高岭土能有效降低混凝土试件的收缩率,其中掺加20%粉煤灰的混凝土试件,60d收缩率相比不掺加时降低了19.07%,单掺偏高岭土10%与20%时,收缩率分别降低了28.66%和30.27%,二者相差不大。复掺10%偏高岭土+20%粉煤灰时,混凝土试件的收缩率得到进一步降低,60d收缩率仅为空白样的60.02%,且28d抗压强度为63.5MPa,与空白样相比略微降低。

将硅烷偶联剂改性后的偏高岭土应用于水泥基材料中,研究了改性偏高岭土对混凝土工作性能、力学性能和渗透性的影响。并运用压汞和SEM等方法对其影响机理进行了探讨。结果表明,硅烷偶联剂改性偏高岭土能够有效改善混凝土的工作性能,提高混凝土的强度,还可以优化混凝土的孔结构和界面过渡区结构。

为实现核废物处置成本最小化,提高放射性焚烧灰的固化效率和水泥固化体的安全性,开展了高包容量放射性焚烧灰水泥固化材料的研究。结果表明:经偏高岭土、粉煤灰、沸石、蛭石及聚合物乳胶粉优化改性的新型水泥固化材料,固化体中的放射性焚烧灰包容量高(40%),力学性能及耐久性能优良,核素离子浸出率低,尤其是固化超铀核素时,第42d浸出率<1.0×10–6cm/d,累计浸出分数<6.0×10–4cm。新型水泥固化材料可大幅度减小单位数量核废物的最终固化体积。