利用矿渣和偏高岭土制备地聚合物砼的研究

《利用矿渣和偏高岭土制备地聚合物砼的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、利用矿渣和偏高岭土制备地聚合物砼的研究张云升孙伟沙建芳林玮（东南大学材料科学与工程系南京210096）摘要：本文利用矿渣粉取代部分偏高岭土来配制地聚合物基体，以强度为指标寻求最佳地聚合物配比；同时为优化养护制度，采用了标准养护、蒸汽养护、压蒸养护三种养护制度，从中选出最有利于发挥胶凝材料活性的养护制度；实验结果表明，在矿渣粉掺量为50％，80℃蒸养8h时抗压和抗折强度达到最优，分别为75．2、10．1MPa。之后，将这种最优的地聚合物胶材制成砼，并对抗氯离子渗透、抗冻融性能进行了研究，发现其具有非常优异的耐久性。另外，利用红外、X衍射对地聚合物的形

2、成机理及结构本质进行了分析，发现地聚合物在合成过程中SiO4对应的1086cm－l红外振动峰向低波数偏移，6配位Al，也转化为4配位，最终形成无定形态的结构物质。关键词：地聚合物；矿渣粉：制备；特性；机理中图分类号：TU528文献标识码：A古代砼、砂浆建筑物(如埃及的金字塔、罗马的大竞技场)具有非常优异的耐久性能，它能在比较恶劣的环境中保持几千年、甚至上万年而不破坏。与之相比较，在相同的条件下，用硅酸盐水泥制备的现代砼平均仅有40~50年的寿命，最长的也不超过100年，短的仅几年就遭受严重破坏[1]。究其原因是由于在古代的砼中存在一种硅酸盐水泥中没

3、有的无定形物质，该物质的结构与有机高分子聚合物的三维架状结构相似，但其主体为无机的Si04和A10n四面体，法国材料学家J．Davidovits称之为地聚合物(Geop01ymer)[2]。地聚合物是由适量偏高岭土和少量碱性激发剂溶液与大量天然或人工硅铝质材料相混合，在低于150℃下甚至常温条件下养护，得到不同强度等级的无水泥熟料胶凝材料。与以往的无机Si-Al质胶凝材料相比，地聚合物具有以下几方面的特点[3—9]：具有非常优异的耐久性能：在制备：工艺中不使用如生产硅酸盐水泥那样大量消耗资源和能源的“两磨一烧”煅烧：工艺，而且基本不排放CO2，并且

4、采用的原材料为资源丰富、价格低廉的天然或人造的低钙Si-Al质材料；快硬、早强，且长期强度高，地聚合物一般ld就可获得最终强度的70％，后期抗压强度可达到20～100MPa；低收缩，地聚合物的7、28d的收缩率仅分别为0．2‰、0．5‰，而硅酸盐水泥硬化浆体7、28d的收缩率却高达1．0‰、3．3‰；低渗透性，其氯离子渗透性系数为10－9cm2／s，与花岗岩相近(10－10cm2／s)；耐高温，隔热效果好，可抵抗1000～1200℃高温的炽烤而不损坏，导热系数为0．24～0．38W／m．K，可与轻质耐火粘土砖(0．3～0．438W／m．K)相媲美。

5、这些特点使得地聚合物及其砼在市政、桥梁、道路、水利、地下、海洋以及军事等领域具有非常广阔的应用前景，将成为硅酸盐水泥的替代产品。矿渣为钢铁厂在冶炼生铁时生产的副产品，我国每年排放的矿渣达到l亿吨以上，考虑到矿渣是Si-Al质材料，磨细后具有较高的活性，因此研究利用矿渣粉取代部分偏高岭土来制备地聚合物，具有重要的社会、经济及技术效益。1原材料及实验方法1．1原材料偏高岭土：将高岭土在700℃下煅烧12h制得；矿渣粉：江南水泥厂提供的磨细矿渣：氢氧化钠：化学纯片状样品：硅酸钠：40βBe液体硅酸钠，M=3.0～3.3，固含量约为37％：细集料：细度模数

6、M=1.34黄砂，泥含量为0.42％，使用时筛取5mm以下的颗粒：粗集料：5～15mm连续级配的石灰石碎石。上述原材料的性能技术指标如表1所示。表1原材料的化学组成及物理性能TypesofrawmateralsSiO2A12O3Fe2O3CaOMgOTiO2MnOK2OP2O5SO3L.O.ISpecificsurface(m2/kg)MK62.9726.912.620.60－1.240.010.180.74－4.44350SL34.2014.200.4341.706.701.070.3－－1.471.02490注1：MK—偏高岭土，SL—矿渣粉1

7、．2实验方法(1)成型方法首先用胶砂搅拌机将偏高岭土、矿渣粉和集料搅拌3min，然后缓慢加入配制好的高碱溶液，搅拌3min，将拌合好的浆体倒入40×40×160mm3三联模中，振动时间1min，ld后拆模，在规定的养护制度下养护，然后进行抗压和抗折实验。不掺矿渣粉的纯地聚合物净浆基体配合比为： 该配合比为优化后的最佳配合比(2)抗渗性实验根据JTJ270-98《混凝土抗氯离子渗透快速试验》测定砼的电阻和相对氯离子渗透系数。地聚合物砼制作3个试件，取平均值作为最终值。(3)地聚合物砼的抗冻融试验参照GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方

8、法》中“快冻法”进行。每25次用超声波检测仪测量声时和振幅，利用声时的增长及振幅的衰减来反应砼内部损伤情况。2．掺矿渣粉的