Na_Al比对用于快速修补...合物早期强度和微观性能影响_陈林.pdf

书书书 ：比对用于快速修补的地聚合物早期强度和微观性能影响陈林（武汉二航路桥特种工程有限责任公司，武汉 ）摘要：地聚合物作为绿色可持续发展的材料可用于对水泥混凝土路面快速修补工程。该文采用矿粉、粉煤灰和硅灰的混合物作为前驱体，硅酸钠和氢氧化钠作为激发剂，通过调节氢氧化钠和硅酸钠研究地聚合物修补材料 摩尔比对地聚合物凝结时间、工作性能和早期抗压强度的影响，同时采用衍射（）和扫描电镜（）分析地聚合物的早期微观形貌。结果表明：随着 的增加地聚合物的扩展度呈现递增的趋势而初凝时间和终凝时间逐渐减小。当 为 时，其、和 早期抗压强度最高分别为 、和 。微观结果显示具有更稳定的三维网状结构，使得地聚合物具有优异的性能。关键词：地聚合物；纳铝比；早期抗压强度；聚合反应 （，）：，（）（），：；收稿日期：作者简介：陈林（），工程师 ：随着经济建设的快速发展，水泥路面的养护与修补已经成为当前路面建设最主要的问题之一。地聚合物具有早凝、早期力学性能好、耐高温、耐化学腐蚀和抗渗性优良的特点，可实现对水泥混凝土路面的快速修补，近年来逐渐成为国际上研究的热点，被认为是一种可持续发展的“绿色环保材料”。地聚合物是一种具有三维网络结构的无机胶凝材料，由具有活性铝硅酸盐的天然矿物或工业废料在碱性条件下，断裂其中 和 键，重新排布产生。在聚合过程中铝离子带价正电荷与氧原子相结合形成了带负电的铝氧基团，而体系中的金属阳离子，例如 能平衡体系中电荷，。因此，比对地聚合物的早期性能具有重要影响。等探讨了不同 比对氢氧化钠（）激发偏高岭土地聚合物的影响，得出当 比为 时地聚合物显示出最大的抗压强度。等采用 和硅酸钠激发偏高岭土，得出增加 比可以有效地改善反应的聚合和放热速率。该文采用矿粉、粉煤灰和硅灰混合物作为前驱体，调节 掺量改变 比。通过净浆流动度、建材世界 年第 卷第期凝结时间、抗压强度、射线衍射实验、扫描电子显微镜分析，对不同 比对地聚合物早期宏观和微观性能的影响作出了评价。试验原材料粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、硅灰来自上海埃斯得瑞建材有限公司，采用 射线荧光光谱（）对其进行成分分析，化学成分见表；硅酸钠、：国药生产，分析纯；拌合水：自来水。表原材料的化学组成材料 矿粉 粉煤灰 硅灰 样品制备）复合激发剂制备：将纯浓度 的氢氧化钠和硅酸钠固体以表中摩尔比加水溶解，放入 的恒温烘箱中，使复合碱激发剂充分溶解。）试样制备：将预混的矿渣、粉煤灰、硅灰与复合碱激发剂溶液混合。根据净浆搅拌机的工作流程，将混合料制成浆体装入 模具中成型后覆膜。待试样固化后脱模，在温度（）、湿度（）的标准养护室内养护至规定龄期。表复合碱激发剂配合比设计 水固比 测试方法净浆流动度测试：根据 ，将新拌浆体迅速注入锥形试模，用刮刀刮平，将试模按垂直方向提起，使浆体在玻璃板上自由流动 后，使用直尺测量流淌部分互相垂直两方向的最大直径，取平均值为净浆流动度。凝结时间测试：根据 ，采用维卡仪测试碱胶凝材料凝结时间。将试件成型 后进行初凝时间测试，每隔 测试一次，当两次测试初凝试针均沉至距底板时，记录时间为初凝时间。将试模翻转 使底面朝上，使用终凝试针每次间隔规定时间测试，当试针沉入试样深度稳定时，记录时间为终凝时间。抗压强度测试：不同试样养护、后，依据 进行抗压强度测试，每组三个试样，结果取平均值。射线衍射实验（）：将龄期 的试样取芯、破碎，加入无水乙醇浸泡 终止水化后置于 鼓风干燥箱中干燥，将干燥试样破碎后过 目方孔筛，取筛下部分。使用 型射线衍射仪对其进行物相分析。扫描电子显微镜分析（）：将龄期和 试样使用无水乙醇浸泡终止水化后真空干燥处理，在试样表面喷涂一层导电材料，使用 型扫描电镜对试样断裂面进行形貌观察。建材世界 年第 卷第期结果与讨论流动度和凝结时间图为不同 比条件下，快速修补地聚合物净浆流动度及凝结时间的变化情况。由图可见，随着 比的增加，地聚合物基体的流动度总体呈现出先增加后减少的趋势，当 比为 时，净浆流动度达到最高为 。这是由于当硅酸钠作为碱激发剂时，其主要作用是提供碱环境和额外的 。随着 掺量的增加，一方面激发剂的碱当量提高，达到前驱体侵蚀溶解的条件，使基体聚合度上升，流动度下降。另一方面硅酸钠溶液模数降低，地聚合物基体的聚合度逐渐下降，流动度提高。二者共同作用下导致了图中的结果。随着 比的提高，地聚合物基体的初凝时间和终凝时间总体呈现出缩短的趋势。一方面是因为激发剂碱当量的增加促进了矿渣中玻璃体结构的侵蚀溶解，和 得到释放，与基体内活性 形成胶凝结构，使体系内反应提前，导致凝结时间缩短。另一方面，作为电荷平衡离子具有更强的静电吸引能力和电荷中和能力促进了基体的聚合反应，缩短了凝结时间。强度分析图为不同 比条件对快速修补地聚合物抗压强度的影响。随着 比的增大，地聚合物抗压强度在各个龄期均呈现出降低的趋势。这是因为随着 掺量的增加，激发剂碱当量的提高，促进了矿渣的溶解，促进早期水化反应，水化产物附着于前驱体颗粒表面，阻碍了反应的进一步发生，使试件抗压强度降低。同时随着 比增大，基体中的单体（）和二聚体（）硅基团增加，而三聚体（）和八聚体（）单元逐渐降低，形成更少带负电的 基团，使反应程度降低，抗压强度下降。分析图为 比为 和 时水化 时地聚合物基体的射线衍射图谱。从图中可以看出，两组实验样品具有相似的衍射峰，主要物相均为莫来石、石英和 凝胶。随着 比的增大，水化产物衍射峰强度降低，水化反应程度下降。分析图为 比为 和 时和 地聚合物扫描电镜图。从图（）可以看出，扫描电镜照片中虽也存在细微粉煤灰颗粒，但地聚合物基质间凝胶较紧密，地聚反应较为充分，早期抗压强度相对较建材世界 年第 卷第期大。图（）可以看出，随着养护龄期增加，地聚合物进一步反应形成密实的三维网状链接结构，这种凝胶结构也是其与普通水泥相比具有更好稳定性的重要原因。地聚合物经历了硅铝单体溶解解聚、重组构造到最后缩聚三个阶段，稳定的三维网状结构，使得地聚合物的性能更加优良。图（）显示了养护龄期为，为 的地聚合物基质间有明显较大的裂缝和空隙，说明生成的地聚合物凝胶体间粘结不紧密，可能和基体中生成更少的 凝胶有关。随着养护龄期增加，图（）发现微裂缝明显减少，地聚合物没有发现明显的三维网状的结构。结论 随着地聚合物中 的提高，地聚合物的扩展度呈现先增加后递减的趋势，初凝时间和终凝时间均呈现了递减的趋势。随着 比增加，促进了地聚合物的溶解，包裹在水化颗粒表面阻碍了基体进一步水化且基体中活性 相对较少，无法聚合生成更多的凝胶导致地聚合物早期抗压强度逐渐降低。一定量的 比有利于地聚合物随着水化龄期的增加进一步反应，微观形成三维网状链接结构促进基体进一步密实，有利于早期强度的发展。参考文献李海霞 论公路养护中水泥路面的养护与维修 价值工程，（）：梁伟金 地聚合物水泥早期性能及应用研究 佛山：佛山科学技术学院，章定文，王安辉 地聚合物胶凝材料性能及工程应用研究综述 建筑科学与工程学报，（）：曹向阳，杨建森 地聚合物及其混凝土的胶凝性质概述 硅酸盐通报，（）：，（）：，：建材世界 年第 卷第期