无机聚合物混凝土膨胀性能试验研究.pdf

2 0 1 4 年 第 4 期 (总 第2 9 4 期) Nu mbe r 4 i n 2 01 4( To t a l NO 2 9 4) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助 物料 MATERI AL AND ADM I N1 CLE 无机聚合物混凝土膨胀性能试验研究 袁晓辉 伯 ，陈伟 I b ,c ，陈辉国 ，卢哲安 协 ( 1 武汉理工大学 a 土木工程与建筑学院；b 材料科学与T程学院；C 硅酸盐材料丁释教育部重点实验室，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 2 后勤工程学院 土木系，重庆 4 0 0 0 4 1 ) 摘要： 对配制无机聚合物混凝土的激发剂最佳模数 、 水玻璃最佳掺量及矿粉和粉煤灰质量比等指标进行 r大量试验工作 ， 获 得制备无机聚合物混凝土碱激发剂的合理参数指标 ， 据此制备掺入不同膨胀剂的尢机聚合物砂浆及混凝 土试件 ， 并对其符 自膨 胀性能进行测试， 试验结果表明： 激发剂模数在 1 0 - 2 0范围内， 尢机聚合物体系初凝和终凝H ,J Iq 随激发剂模数及水玻璃掺繁增 大而逐渐延缓 ； 调整激发剂模数为 1 5 ， 水玻璃掺量 2 0 ， 矿粉与粉煤灰质量 比为 7 ： 3 ， l 1 匣 利制备无机聚合物混凝土； 掺入 H C S A 膨胀剂的砂浆和混凝土均能表现出良好的膨胀性能， 偏高岭土对于改善无机聚合物混凝土前期十缩具仃较好的效果。 关键词： 无机聚合物混凝土 ；激发剂 ；模数 ；膨胀性能 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 1 0 8 0 4 Exper i m en t al s t ud y on expa nsi on per f or manc e of i nor gani c pol ym er c oncr e t e YUAN Xi a o hu i CHEN We i 一 CHEN Hu i gu o , LUZ he a l l ( 1 a S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n ga n d Ar c h i t e c t u r e ； b Ke yL a b o r a t o r yo f S i l i c a t e M a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n go f M i n i s t r yo f Ed u c a i o n C S c h o o l of M a t e r i a l s S c i e n c eandEng i n e e r i n g， W u h a nUn i v e r s i t yo fTe c h n ol o g y， W u h a n 4 3 00 7 0， Ch i na ； 2 De p t o f Ci v i l E n g ， L o g i s t i c a l E n g Un i v e r s i t y， C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ex p e r i me n t s a r e c a r r i e d Oil t h e o p t i ma l mo d ul u s o f a l k a l i a c t i va t o r， t h e o p t i mu m a mo u n t o f wa t e r g l a s s a n d s l a g a n d f l y a s h q u a l i t y r a t i o， t o o b t a i n r e a s o n a b l e p a r a me t e r s o f a lk a l i a c t i v a t o r f o r p r e p a r a t i o n o f i n o r g a n i c p o l y me r c o n c r e t e ( I P C) ， t h e n p r e p a r a t i o n i n o r g a n i c p olyme r mo la r a n d c o n c r e t e s p e c i me n i nc o r p o r a t i o n d i ffe r e n t c o nc r e t e e x p a n s i o n a g e n t ， an d t o t e s t t h e i r s we l l i n g p r o pe r t i e s， e x pe r i me n t a l r e s u l t s s ho ws ： Th e a c t i v a t o r mod ul u s i n 1 t o 2 r an g e， i no r g a ni c p o l ym e r s y s t e m s e t t i n g t i me a n d fin a l t i me i s gr a d u a l l y s l O W wi t h t h e i n c r e a s i n g o f a l k a l i a c t i v a t o r m o d u l u s a n d w a t e r g l a s s c o n t e n t ； a d j u s t i n g t h e a l k a l i a c t i v a t o r mo d u lu s t o 1 5 wa t e r g l a s s c o n t e n t t o 2 0 ， s l a ga n dflya s hma s s r a t i ot o 7 ： 3， t he ni n o r g a n i cp o l y me r c o nc r e t e c a n be c a rri e d o u t s mo o t h l y； t h emo la ra n d c o n c r e t einc o rp o r a t i o n o f HCS A e x p a n s i v e a g e n t c a n e x h i bi t e x c e l l e n t e x p a n s i o n pe r f o r ma n c e， me t a k a o l i n i s b e t t e r for t h e i mp r o v e me n t of i no r g a ni c p o l y me r c o n c r e t e e a r l y s h r i n k a g e Ke yw o r d s ： i n o r g an i c p o ly me r c o n c r e t e ； a l k a l i a c t i v a t o r ； mo d u l u s ； e x p a n s i o np r o p e rti e s 0 引 言 无机聚合物混凝土是 以磨细的矿渣微粉为胶凝材料 ， 通过碱激发矿渣体系制备得到的一种新型节能环保材料_ 1 。 2 0 世纪 6 0 年代 ， 前苏联致力于开发这种新型碱激发胶凝材 料 ， 并提出了复杂的“ 碱液反应” 同化机理圜 。 2 0 世纪 9 0年 代 ， 西班牙以 P a l o m o 博士为首的课题组对碱激发粉煤灰体 系进行了系统研究网 ， 试验结果表明碱激发体系胶凝材料与 水泥类似， 而性能在很多方面要优于普通硅酸盐水泥。 国内 学者对碱激发胶凝材料近年来也进行了大量研究 。 混凝土的干燥收缩是指 ： 置于未饱 和空气 中的混凝土 因水分散失而引起的体积缩小变形 。 碱激发胶凝材料在十 湿条件下体积湿胀小 ， 干缩大 。 文献 7 认为碱激发胶凝材 料适合在潮湿环境中使用 ， 不适宜在干燥环境 中使用。 碱矿 渣混凝土拌合物黏度大 、 及硬化后混凝土干缩大这些都是 收稿日期：2 0 1 3 - 1 0 - 1 7 l 08 制约其应用发展 的关键 ， 本试验通过对材料及技术指标的 研究 ， 自行设 汁无机聚合物配合 比 ， 并选择 同类别膨胀 剂 ， 对掺人不同类别膨胀剂 的无机 聚合物砂浆及混凝 土膨 胀性能进行了研究 。 1 原材料 ( 1 ) 矿粉( S l a g ) ： 选用武汉钢铁公司水淬高炉矿渣 ， 密度 为 3 0 5 g c m ， 比表面积为 3 9 0 7 c m 2 g ， 依据 G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 8 4 用于水泥和混凝土 中的粒化高炉矿渣粉 标? 停 测得矿 粉等级为 $ 9 5 级， 矿粉 S E M形貌特征如图 1 所爪。 ( 2 ) 粉煤灰 ( F l y a s h ) ： 选用 武汉 阳逻 电厂 ，L f =_ 产灰粉煤 灰 ， 密度为 2 1 8 7 g c m ， 依据 G B 1 5 9 6 一l 9 9 1 用于水 泥和 混凝土中的粉煤灰 标准测得粉煤灰等级 为 I 级 ( 3 ) 水玻璃 ： 依据 G B T 4 2 0 9 -2 0 0 8 4 7 ： 业硅酸钠 国家 标准 ， 对水玻璃 中氧化钠和氧化硅进行滴定来确定氧化钠 3 0 m i n ， 终凝时 间也只有 7 0ra i n 。 由图 3 可见 ， 当激发剂掺 量为 1 0 时 ， 凝结时间很长 ， 而当掺量逐渐增大时 ， 初凝和 终凝时间都急剧变 短 ， 而 当掺量达到 2 0 后 ， 变化趋势逐 渐变缓 ， 达到最低值， 而掺量 2 0 与 4 0 时 ， 基本变化不大。 基于以上试验将水玻璃模数定为 1 5 ， 掺量定为 2 0 ， 激发 剂 含水率控制在 6 7 左右。 试验单独采用矿粉凝结时间过短 ， 通过矿粉 S E M 形貌 特征可以发现矿粉本身物理结构为不规则的片状 ， 致使反应 过程中接触面积较大 ， 反应速率过快。 通过粉煤灰的 S E M形 貌特征可见其为规则的球形颗粒 ， 可以减小反应接触面 ， 降 低反应时间。 所以在矿粉中适 当掺入粉煤灰来降低凝结 时 间， 通过大量试验最终将矿粉与粉煤灰的比例定为 7 ： 3 。 3 砂 浆膨胀性能试验 3 1 试件成型 对掺入膨胀剂 的胶砂试件的膨胀性能 ， 通过 比长仪测 量两端装有球形顶头的( 2 5 mm 2 5 m mx 2 8 0 mm的胶砂试 替 不同龄期 的长度变化 ， 求得各 龄期 的线膨胀率 ， 以此来 评定各类膨胀剂用在无机聚合物胶砂试验中的膨胀性能。 设计每组试件 3 个 ， 表 3 为掺人不同膨胀剂砂浆配合 比。 表 3 砂浆配合比表 组别 矿粉 儋 粉煤灰 砂 g 激发剂 儋 溶胶比膨胀剂 3 2 膨胀性 能测试结果 试件成型后 l d 拆模测试初始长度 ，之后放入标准养 护箱中按照标准进行水养 ， 每隔天测试数据 。 图 5 为掺入不 同膨胀剂 各龄期砂浆线膨胀率曲线图 ， 通过罔 5 可见所有 试件在水中体积均有一定的增长 ， 加入膨胀剂 的砂浆体积 比未加膨胀剂的体积增长多一些 ， 其中加入 H C S A膨胀剂 的砂浆体壬 | J1 + 曲H 长最为 明显， 3 2 7 d 除了加入 H C S A膨胀剂 砂浆体积还有持续增长的趋势 ， 其他试件体积基本保持不 变 、 2 7 d测试结果表明 ： H C S A膨胀剂对无 机聚合物体系 具有一定的适应性 ， 能够使其产生一定的膨胀。 4 混凝土膨胀性 能试验 4 1 试 件 成 型 共做 4 组 ， 每组 3个试件 ， 无机 聚合物混凝土配合 比 如表 4 所示。 所成型混凝土 1 、 3 d 强度如表 5 所示 。 4 2 膨胀性能测试结果 混凝土的膨胀性能通过制作恒温水域箱对其进行测 试 ， 测试原理 与比长仪测砂浆 一样 ， 通过定期观测混凝土 试件长度的变化， 定量判定混凝土的膨胀性能。 采用恒温水 域箱可消除混凝土因温度 、 碳化及干燥等因素引起 的收缩 ， 从而能够准确测试因膨胀剂 的掺入引起的混凝土膨胀量 。 混凝 土膨胀性能测试装置 如图 6 所示 ， 测试过程中水域 l1 f 】 1 5 9 l 3 1 7 2 3 2 7 3 1 激 发剂掺量 ， 图 5 各龄期砂浆线膨胀率 表 4 混凝土配合比 组别 膨胀剂类别 1 d 强度 MP a 3 d 强度 MP a 箱中水的温度维持在( 2 3 1 ) 。 图 7为试件长度增长量随 龄期变化曲线图 2 5 2 O 善 褂 耋 - o O 5 0 图 6 混凝土膨胀率测试装置 1 j ， ll 1 ) l l l j 2) 龄期 d 图 7 各龄期混凝土膨胀率 通过 图 7 可见和砂浆一样各组 混凝土在水 中体积都 会有明显 的增长 掺人 HC S A膨胀剂 的混凝土前 7 d 体积 变化稳定 ， 7 d 后体积增长速率有所加快 ， 2 1 d 后体积变化 趋于稳定； 掺入高岭土的混凝土前 7 d内混凝土体积变化量 小于掺入 H C S A膨胀剂 的混凝土 ， 但是 7 d 后体积增 长效 果不及掺入 H C S A膨胀剂的混凝土 ； 掺人 Mg O的混凝土整 个测试 过程 中体积 一直在 收缩 ， 1 4 d 后 体积基本 保持不 变 ； 未掺入膨胀剂的混凝土前 7 d 体积收缩 明显， 1 4 d后体 6 5 4 3 2 O b 槲 凿避