基于正交试验的赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土力学性能研究.pdf

第5 4卷 第4期2 0 2 3年7月 太原理工大学学报J OUR NA L O F TA I YUAN UN I V E R S I T Y O F T E CHNO L OG Y V o l.5 4 N o.4 J u l.2 0 2 3 引文格式:白晓红,薛世强,郭天天,等.基于正交试验的赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土力学性能研究J.太原理工大学学报,2 0 2 3,5 4(4):7 1 0-7 1 5.B A I X i a o h o n g,XU E S h i q i a n g,GUO T i a n t i a n,e t a l.R e s e a r c h o n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e d m u d-c o a l m e t a k a o l i n g e o p o l y m e r c o n c r e t e b a s e d o n o r t h o g o n a l t e s t sJ.J o u r n a l o f T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,2 0 2 3,5 4(4):7 1 0-7 1 5.收稿日期:2 0 2 2-0 8-0 1;修回日期:2 0 2 3-0 1-0 7 基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 1 8 7 9 1 8 0);山西省基础研究计划资助项目(2 0 2 1 0 3 0 2 1 2 4 6 1 3);2 0 2 1年大学生创新创业训练计划项目(NO.2 1 0 0 7)第一作者:白晓红(1 9 5 9-),教授,博士生导师,主要从事岩土工程的研究,(E-m a i l)b x h o n g t y u t.e d u.c n基于正交试验的赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土力学性能研究白晓红,薛世强,郭天天,彭黎明,齐燕青,宋 博,万 沛,马富丽,韩鹏举(太原理工大学 土木工程学院,太原 0 3 0 0 2 4)摘 要:【目的】为实现建材行业碳减排和固废资源化利用的目标。【方法】以赤泥和煤系偏高岭土为原料制备地聚合物混凝土,采用正交试验方法研究了4种因素对其力学性能的影响。【结果】方差分析表明,水胶比对赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土强度有显著影响,其次是N2O/H2O,养护条件和骨胶比的影响较小。根据试验结果,建立了地聚合物混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度的数学模型,方程拟合效果良好。进一步分析得到了地聚合物混凝土的优选配比,养护2 8 d的立方体试件抗压强度和劈裂抗拉强度分别为4 3.6 MP a和2.8 7 MP a.借助低场核磁共振测试对不同水胶比的地聚合物混凝土孔隙结构进行了表征,发现地聚合物混凝土内部以微孔为主,可蒸发的自由水含量增加使得孔隙率增大,孔隙结构粗化,宏观上表现为材料强度的降低。本研究可为地聚合物混凝土的推广与工程应用提供一定的理论指导。关键词:地聚合物混凝土;正交试验;力学性能;孔隙中图分类号:TU 5 9 9;X 7 5 3 文献标识码:AD O I:1 0.1 6 3 5 5/j.c n k i.i s s n 1 0 0 7-9 4 3 2 t y u t.2 0 2 3.0 4.0 1 5 文章编号:1 0 0 7-9 4 3 2(2 0 2 3)0 4-0 7 1 0-0 6R e s e a r c h o n t h e M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f R e d M u d-c o a l M e t a k a o l i n G e o p o l y m e r C o n c r e t e B a s e d o n O r t h o g o n a l T e s t sB A I X i a o h o n g,X U E S h i q i a n g,G U O T i a n t i a n,P E N G L i m i n g,Q I Y a n q i n g,S O N G B o,WA N P e i,MA F u l i,H A N P e n g j u(C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g,T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,T a i y u a n 0 3 0 0 2 4,C h i n a)A b s t r a c t:【P u r p o s e s】T h i s w o r k i s c o n d u c t e d t o a c h i e v e t h e o b j e c t i v e s o f c a r b o n e m i s s i o n r e-d u c t i o n a n d r e s o u r c e u t i l i z a t i o n o f s o l i d w a s t e.【M e t h o d s】G e o p o l y m e r c o n c r e t e w a s p r e p a r e d f r o m r e d m u d a n d c o a l-m e t a k a o l i n,a n d t h e e f f e c t o f f o u r f a c t o r s o n i t s m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s w a s i n-v e s t i g a t e d w i t h a n o r t h o g o n a l t e s t m e t h o d.【F i n d i n g s】T h e w a t e r-b i n d e r r a t i o w a s f o u n d t o h a v e a s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h e s t r e n g t h o f t h e g e o p o l y m e r c o n c r e t e,f o l l o w e d b y N a2O/H2O,w h i l e t h e c u r i n g c o n d i t i o n s a n d t h e a g g r e g a t e-b i n d e r r a t i o h a v e l e s s e r e f f e c t,a c c o r d i n g t o t h e ANOVA.O n t h e b a s i s o f t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s,t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l o f c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f g e o p o l y m e r c o n c r e t e w a s e s t a b l i s h e d,a n d t h e f i t t i n g e f f e c t s o f t h e e q u a t i o n s w e r e f a v o u r a b l e.F u r t h e r a n a l y s i s o b t a i n e d t h e o p t i m a l r a t i o o f g e o p o l y m e r c o n c r e t e,a n d t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h e s o f t h e c u b e s p e c i m e n s c u r e d f o r 2 8 d w e r e 4 3.6 MP a a n d 2.8 7 MP a,r e s p e c t i v e l y.T h e n,t h e p o r e s t r u c t u r e s o f t h e g e o p o l y m e r c o n-c r e t e s w i t h d i f f e r e n t W/B r a t i o s w e r e c h a r a c t e r i s e d w i t h l o w-f i e l d NMR t e s t s.T h e r e s u l t s i n d i-c a t e t h a t t h e g e o p o l y m e r c o n c r e t e i s p r e d o m i n a n t l y m i c r o p o r o u s i n t e r n a l l y.T h e i n c r e a s e d c o n t e n t o f e v a p o r a b l e f r e e w a t e r i n c r e a s e s t h e p o r o s i t y a n d c o a r s e n s t h e p o r e s t r u c t u r e,w h i c h m a c r o-s c o p i c a l l y m a n i f e s t s a s a r e d u c t i o n i n s t r e n g t h o f t h e m a t e r i a l.T h i s s t u d y c a n p r o v i d e s o m e t h e o-r e t i c a l g u i d a n c e f o r t h e p r o m o t i o n a n d e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n o f g e o p o l y m e r c o n c r e t e.K e y w o r d s:g e o p o l y m e r c o n c r e t e;o r t h o g o n a l t e s t s;m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e;p o r e 水泥混凝土是建筑行业中应用最广泛的材料,但水泥生产作为高耗能产业,也是碳排放的重点行业。因此,水泥混凝土的碳减排对于实现建材行业碳中和至关重要。地聚合物作为一种有望替代水泥的绿色新型胶凝材料受到了国内外研究人员的广泛关注1-2。相关研究表明,地聚合物混凝土具有凝结硬化快、早期强度高、碳排放量少、能耗低、耐久性良好的特点3-4。与此同时,地聚合物的生产材料广泛易得,可以利用各类尾矿等作为原料5-7。山西作为我国的能源重化工基地,长期的工业生产积累了大量的赤泥和煤矸石固体废弃物,占用大量土地资源,环境安全问题日益凸显。赤泥中含有较高的游离碱和结构碱,可以提供部分地聚合反应所必须的碱性条件,而由煤矸石加工煅烧得到的煤系偏高岭土在适当激发条件下具有高反应活性8-1 1。因此,本研究选取赤泥-煤系偏高岭土复合体系制备地聚合物混凝土,缓解固废堆积带来的生态环境压力,实现大宗固废的资源化利用。强度是地聚合物混凝土实际工程应用中最重要的性能。大量国内外学者的研究表明,水含量、碱激发剂、养护条件及骨料组成是地聚合物混凝土强度的主要影响因素1 2。P AV I THR A e t a l1 3研究水胶比与抗压强度的相关性,介绍了粉煤灰地聚合物混凝土配合比的设计方法。彭晖等1 4采用单一变量的方法,探讨氢氧化钠用量对地聚合物力学性能的影响,结果表明,试件强度随着氢氧化钠用量增加先提高后降低。值得注意的是,一些研究中通过直接调整碱激发剂中水的比例来改善地聚合物混凝土性能,而额外的水会降低体系的碱度,使得难以区分碱激发剂参数和水的影响。因此,水在地聚合物混凝土 中 的 作 用 还 有 待 进 一 步 研 究。V E RMA e t a l1 5提出养护温度越高,地聚合物混凝土抗压强度越高,而当高温养护时间超过2 4 h时,则会产生负面影响。尹明等1 6研究了骨料掺量、砂率对粉煤灰地聚合物混凝土的影响,发现其抗压强度随骨料掺量及砂率的增加先增大后减小,存在一个最优值。与普通混凝土相比,影响地聚合物混凝土性能的因素更多,导致配合比设计变化多样。另外,目前的研究大多围绕单一因素对地聚合物混凝土抗压强度的影响,研究范围有待扩展。鉴于此,本文采用正交试验 的 方 法,探 究 水 胶 比、养 护 条 件、骨 胶 比、N a2O/H2O四个因素对赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度的影响,并分析强度变化机理,为其工程应用的推广提供试验依据和参考。1 试验材料和方法1.1 原材料试验采用的拜耳法赤泥取自山西河津某铝厂,将赤泥原料进行破碎处理,粉磨至2 0 0目。煤系偏高岭土产自山西忻州金宇工贸有限公司,外观呈现为白色粉末状,具有高火山灰活性。赤泥和煤系偏高岭土的主要化学成分见表1.碱激发剂由水玻璃、水、氢氧化钠复配而成。水玻璃模数为3.1,波美度为4 0,密度1.3 7 5 g/c m3.氢氧化钠为市售分析纯,纯度大于9 9.0%.粗骨料为天然碎石,碎石粒径为5.0 mm 2 0 mm,级配良好,表观密度为2 6 6 0 k g/m3,吸水率为1.1%,压碎指标为1 0.7%.细骨料为天然表1 赤泥和煤系偏高岭土主要化学成分T a b l e 1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f r e d m u d a n d c o a l m e t a k a o l i n%成分S i O2A l2O3F e2O3C a ON a2OT i2O3C O2K2OM g OSL O I赤泥2 1.0 52 7.3 86.4 21 4.9 11 1.8 64.0 43.9 00.7 70.5 30.3 68.7 8煤系偏高岭土5 2.6 24 5.4 20.4 50.1 70.2 50.8 5-0.1 30.1 1-117 第4期 白晓红,等:基于正交试验的赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土力学性能研究河砂,细度模数为2.6.1.2 试验方案设计采用L1 6(45)正交试验,研究不同因素对地聚合物混凝土力学性能的影响,基于前期的研究结果确定各因素的水平范围,具体见表21 7.水的总质量是指硅酸钠溶液中存在的水、以及混合时额外添加的水的总和。N a2O/H2O的比例是通过调整碱激发剂中的氢氧化钠得到的。在所有配比中,赤泥与煤系偏高岭土的质量比为73,砂率为3 0%.为保证拌合物具有适宜的黏度,水玻璃与胶凝材料的质量比设为0.6.表2 正交试验因素水平表T a b l e 2 F a c t o r l e v e l s f o r o r t h o g o n a l t e s t s因素A水胶比B养护条件C骨胶比DN a2O/H2O(%)E误差10.5 0W(水中养护)2.51 7.0120.5 5S(标准养护)3.01 9.0230.6 0N(自然养护)3.52 1.0340.6 5H(高温养护)4.02 3.041.3 试件制作及试验方法将提前称重好的赤泥、煤系偏高岭土、粗细骨料等混合放入搅拌机,充分混合后加入提前制备的碱激发剂溶液,连续搅拌5 m i n,然后将得到地聚合物混凝土拌合物浇注到边长为1 0 0 mm的立方体模具中。根据正交试验表,将试件在4种不同条件进行养护,其中高温养护的温度为6 0,时间4 h1 8.根据 混凝土力 学性能试验 方 法 标 准G B/T 5 0 0 8 1-2 0 1 9,采 用 电 液 伺 服 万 能 试 验 机(S HT 4 6 0 5,MT S)分别测定试件3 d、7 d、2 8 d的抗压强度和2 8 d劈裂抗拉强度,加载速率分别为0.5 MP a/s与0.0 5 MP a/s,每组设置5个平行样,试验结果取平均值。采用M a c r o MR 1 2-1 5 0 H-I核磁共振仪器(纽迈,中国苏州)进行孔隙结构表征。试件在试验前真空饱水2 4 h,然后将其放入核磁共振室,调整测试参数来尽量减少系统误差。2 结果与讨论2.1 抗压强度与劈裂抗拉强度各因素对地聚合物混凝土力学性能的影响趋势如图1所示。可以看出,随着水胶比的增加,地聚合物混凝土各龄期的抗压强度逐渐降低,水胶比为0.6 5时3 d、7 d和2 8 d抗压强度分别为0.5时的5 0.0 7%、6 4.3 0%和6 6.1 1%,可见水胶比对抗压强度的影响显著。这一方面是因为随着水含量增大,凝结硬化后留下的孔隙更多,增大了地聚合物混凝土的孔隙率。另一方面,在地聚合反应的缩聚阶段,硅铝质单体和硅铝质低聚体间发生聚合反应,该过程中水会作为产物被排出。过量的水阻碍了缩聚过程的进行,导致地聚合反应程度降低1 9。3?d7?d28?d2.52.01.51.00.5353025201510劈裂抗拉强度/?MPa抗压强度/?MPaA1A2A3A4水胶比B1B2B3B4养护条件C1C2C3C4骨胶比D1D2D3D4Na2O/H2O因素和水平图1 各因素对地聚合物混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度的影响F i g.1 E f f e c t o f f a c t o r s o n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f g e o p o l y m e r c o n c r e t e高温养护的地聚合物混凝土3 d抗压强度最高,与 各 养 护 条 件 的 平 均 抗 压 强 度 相 比 提 高 了1 5.1%,但7 d和2 8 d的抗压强度低于标准养护和自然养护条件下的试件。初步分析,高温条件促进了硅铝原料在碱性环境下的溶解,加速了地聚合反应的进行,导致其早期强度较高,但相对过快的硬化速度会导致碱性物质在地聚合物混凝土中的转移受阻,降低反应效果,使得后期抗压强度增幅较小2 0。水中养护的试件7 d和2 8 d抗压强度最低,这是因为水中浸泡的试件中会出现碱的析出与流失,且随着养护时间增加,碱的流失量也会增加,导致地聚合反应程度降低,这与KHAN e t a l2 1的试验结果一致。标准养护和自然养护条件下的试件各龄期的抗压强度较高,适合作为地聚合物混凝土的养护方式。骨胶比对不同龄期的地聚合物混凝土抗压强度影响规律不同。在反应前期,骨料的存在限制了碱激发剂与硅铝原料的接触,导致地聚合速率降低。骨料含量越大,阻碍作用越明显,这解释了骨胶比为4.0的试样3 d的抗压强度最低。随着反应的继续进行,碱激发剂与活性硅铝原料之间的相互作用提高,地聚合物浆体逐渐硬化,因此骨胶比对7 d强度的影响并不显著。在2 8 d龄期时,骨架增强效应在试件强度中的贡献更大,骨料含量越大越有利于刚性骨架的形成,抗压强度也随之提高。在地聚合过程中,碱激发剂的碱度是非常重要的参数。在本文的设计范围内,地聚合物混凝土的抗 压 强 度 随 着N a2O/H2O的 增 加 而 增 加。当N a2O/H2O从1 7%增加到2 3%时,试件的3 d、7 d217太 原 理 工 大 学 学 报 第5 4卷 和2 8 d抗 压 强 度 分 别 提 高 了4 5.6%、5 4.2%和6 1.9%.碱激发剂的碱性越强,对原料中铝硅酸盐的溶解能力越强,从而产生了更多的反应产物2 2。因此,N a2O/H2O的提高使得地聚合物形成了更致密的微观结构,进而提高了试件的抗压强度。各因素对劈裂抗拉强度的影响规律与对抗压强度的分析结果基本相同。随着水胶比增大,劈裂抗拉强度值呈现递减趋势,尤其是水胶比从0.6 0增大到0.6 5时,降幅明显达到4 4.1%.标准养护和骨胶比为2.5的试件劈裂抗拉强度最高,较平均强度分别提高了5.3%和5.4%,可见两者的影响并不显著。劈裂抗拉强度随N a2O/H2O增大而增大,平均增长率为1 0.0%.为进一步确定各因素的影响程度,对不同龄期的地聚合物混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度进行方差分析,结果列于表3.由表可知,各因素对抗压强度影响的主次顺序为:水胶比N a2O/H2O养护条件骨胶比,而对劈裂抗拉强度影响的主次顺序为:水胶比N a2O/H2O骨胶比养护条件。综合分析结果,水胶比和N a2O/H2O对地聚合物混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度影响显著,而养护条件和骨胶比对其影响不大。因此,在下面提出的数学模型中忽略了养护条件和骨胶比的相关参数。表3 抗压强度与劈裂抗拉强度方差分析T a b l e 3 A n a l y s i s o f v a r i a t i o n s o f c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h响应值水胶比骨胶比养护条件 N a2O/H2O 误差3 d抗压强度平方和1 6 8.0 83 6.4 01 3.8 46 7.0 60.9 4自由度33333均方5 6.0 31 2.1 34.6 12 2.3 50.3 17 d抗压强度平方和3 4 7.4 75 4.9 00.7 02 3 6.9 32 7.2 9自由度33333均方1 1 5.8 21 8.3 00.2 37 8.9 89.1 02 8 d抗压强度平方和4 1 0.6 09 3.8 57.4 44 0 1.6 81.3 7自由度33333均方1 3 6.8 73 1.2 82.4 81 3 3.8 90.4 6劈裂抗拉强度平方和3.0 50.0 6 70.1 40.6 20.0 0 6自由度33333均方1.0 20.0 2 20.0 4 80.2 10.0 0 22.2 强度数学模型与优选配比如图2所示,在实测数据基础上,通过插值绘制了地聚合物混凝土强度关于水胶比和N a2O/H2O的响应曲面图。利用D e s i g n-E x p e r t软件建立了2 8 d抗压强度及劈裂抗拉强度的编码方程,数学关系式分别列于式(1)与式(2),模型的方差分析与可靠度分析见表4.FC=2 8.8 8+6.6 2A+3.1 9A2-4.4 1A3-7.0 6D-1.7 8D2+2.3 7D3.(1)Ft=1.8 2+0.3 5A+0.2 5A2+0.1 5A3-0.2 3D-0.0 8 6D2+0.0 0 4D3.(2)F值表示整个拟合方程的显著性指标,F越大表示方程越显著。P值是衡量控制组与实验组差异大小的指标,P值越小表明分析结果越接近正确值。由表4可得,模型F值为1 1.8 6和2 5.3 3,各响应值的P值均小于0.0 1,说明所建立的数学模型可以准确反映水胶比与N a2O/H2O对2 8 d抗压强度及劈裂抗拉强度的影响。（b）劈裂抗拉强度4035302520151050.5000.5250.5500.5750.6000.6250.650 17.018.019.020.021.022.023.0水胶比Na2O/H2O抗压强度/?MPa（a）抗压强度2.42.11.81.51.20.90.60.30.5000.5250.5500.5750.6000.6250.650 17.018.019.020.021.022.023.0水胶比Na2O/H2O劈裂抗拉强度/?MPa图2 地聚合物混凝土强度响应曲面图F i g.2 R e s p o n s e c u r v e s f o r t h e s t r e n g t h o f g e o p o l y m e r c o n c r e t e表4 模型方差及可靠度分析T a b l e 4 M o d e l v a r i a n c e a n d r e l i a b i l i t y a n a l y s i s响应值平方和自由度均方F值P值(F)2 8 d抗压强度模型8 1 2.2 761 3 5.3 71 1.8 60.0 0 0 8A-水胶比4 1 0.6 031 3 6.8 61 1.9 90.0 0 1 7D-N a2O/H2O 4 0 1.6 731 3 3.8 91 1.7 30.0 0 1 8劈裂抗拉强度模型3.6 660.6 12 5.3 30.0 0 0 1A-水胶比3.0 531.0 24 2.1 40.0 0 0 1D-N a2O/H2O0.6 230.2 18.5 20.0 0 5 4 为了确定地聚合物混凝土的最优配比,重点以抗压强度与劈裂抗拉强度最大为优化目标,在D e-s i g n-E x p e r t中,利用O p t i m i z a t i o n中N u m e r i c a l工具最终得到的最优因素水平组合如下:水胶比为0.5,养护方式为标准养护,骨胶比为3.5,N a2O/317 第4期 白晓红,等:基于正交试验的赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土力学性能研究H2O为2 3%.按照最优配比制备了5组试件,以验证其力学性能。试验测得试件的2 8 d抗压强度为4 3.6 MP a,劈裂抗拉强度为2.8 7 MP a,均高于正交试验组,证明该配比下的地聚合物混凝土满足设计要求。2.3 核磁共振分析为进一步分析水胶比对地聚合物混凝土强度的影响机理,利用核磁共振测试对其他因素最优时,水胶比为0.5 0、0.5 5、0.6 0和0.6 5的试样进行孔隙结构表征,试件分别命名为G C 0.5 0、G C 0.5 5、G C 0.6 0和G C 0.6 5.核磁共振技术是根据测试地聚合物混凝土内自由水分子的氢元素分布,得到孔隙水的核磁共振T2分布,进而研究材料的孔隙结构。弛豫时间越大,代表孔隙直径越大。图3为不同水胶比试样的T2分布曲线。观察可知图中所有样品的T2分布曲线 类似,都出现 了3个峰,且主峰出现 在0.0 4 m s到3 m s,占据了总信号强度的8 5%以上,说明地聚合物混凝土中的孔隙以小孔隙为主。孔隙率与核磁信号量存在线性相关关系,通过对标准孔隙率样品进行定标,得到了不同水胶比试样的孔隙率。从G C 0.5 0到G C 0.6 5,地聚合物混凝土的孔隙率从9.1 0%提高到1 0.3 5%,这与力学性能分析的结果一致。相对于G C 0.5 0,G C 0.5 5的主峰右移且有所下降,第二峰和第三峰的振幅增加。G C 0.6 0和G C 0.6 5的3个峰都有所增大,表明随着水胶比的增大,内部中孔隙和大孔隙数量逐渐增多。这可GC0.50GC0.60GC0.55GC0.65200180160140120100806040200信号强度1011001?00010?000弛豫时间/?ms2?0001?8001?6001?4001?2001?0008006004002000信号强度0.010.11101001?00010?000弛豫时间/?ms图3 不同水胶比的地聚合物混凝土T2谱图F i g.3 T2 s p e c t r a o f g e o p o l y m e r c o n c r e t e s w i t h d i f f e r e n t w a t e r-b i n d e r r a t i o s能是由于水胶比增大导致体系中的自由水含量显著增多,留存在孔隙中的自由水随着养护过程的进行逐渐蒸发,使得在水原先占有的空间处滞留下大量空腔,进而导致中孔和大孔数量增多。图4给出了不同水胶比地聚合物混凝土的孔隙比例 结 果。孔 隙 按 孔 径 大 小 分 为 无 害 孔(5 0 n m)2 3.结果表明,随着水胶比的增大,无害孔比例减小,少害孔和多害 孔比例增加。从G C 0.5 0到G C 0.5 5这一变化最为明显,而G C 0.5 5之后变化趋于平缓。G C 0.6 5的总体孔隙率最大,少害孔和有害孔比例分别是G C 0.5的1.3 7和1.3 5倍。可见,水含量的增大使得地聚合物混凝土的内部孔隙结构显著粗化,导致地聚合物混凝土强度降低。100806040200孔隙比例/?%GC0.50试件名称GC0.55GC0.60GC0.6511.6814.7273.60r20?nm20?nmr50?nmr50?nm15.2418.9165.8564.8619.7415.4015.7320.1964.08图4 不同水胶比的地聚合物混凝土孔隙结构F i g.4 P o r e s t r u c t u r e o f g e o p o l y m e r c o n c r e t e s w i t h d i f f e r e n t w a t e r-b i n d e r r a t i o s3 结论1)基于正交试验与方差分析,获得了相关因素对地聚合物混凝土强度的影响及规律,其中水胶比的影响最大。2)赤泥-煤系偏高岭土地聚合物混凝土的优选配比参数如下:水胶比为0.5,养护方式为标准养护,骨胶比为3.5,N a2O/H2O为2 3%.根据强度响应曲面建立的数学模型吻合程度高,可用于指导地聚合物混凝土的配比优化。3)通过核磁共振分析发现,随着水胶比增加,地聚合物混凝土孔隙率提高,少害孔和有害孔比例增大,导致力学性能降低。参考文献:1 D AV I D OV I T S J.G e o p o l y m e r s:i n o r g a n i c p o l y m e r i c n e w m a t e r i a l sJ.J o u r n a l o f T h e r m a l A n a l y s i s a n d C a l o r i m e t r y,1 9 9 1,3 7(8):1 6 3 3-1 6 5 6.2 张书政,龚克成.地聚合物J.材料科学与工程学报,2 0 0 3,2 1(3):4 3 0-4 3 6.417太 原 理 工 大 学 学 报 第5 4卷 Z HAN G S Z,GON G K C.G e o p o l y m e rJ.J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,2 0 0 3,2 1(3):4 3 0-4 3 6.3 GUO T T,WU T,GAO L M,e t a l.C o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e r e s p o n s e o f r e d m u d-c o a l m e t a k a o l i n g e o p o l y m e r e x p o s e d t o s u l f u r i c a c i dJ.C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s,2 0 2 1,3 0 3:1 2 4 5 2 3.4 D J O B O Y J N,E L I MB I A,T C HAKOUT E H K,e t a l.M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r a b i l i t y o f v o l c a n i c a s h b a s e d g e o p o l y m e r m o r t a r sJ.C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s,2 0 1 6,1 2 4:6 0 6-6 1 4.5 Z HAN G G P,HE J,GAMB R E L L R P.S y n t h e s i s,C h a r a c t e r i z a t i o n,a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e d m u d-b a s e d g e o p o l y m e r sJ.T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d:J o u r n a l o f t h e T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h B o a r d,2 0 1 0,2 1 6 7(1):1-9.6 CHE N X,Z HU G,Z HOU M,e t a l.E f f e c t o f o r g a n i c p o l y m e r s o n t h e p r o p e r t i e s o f s l a g-b a s e d g e o p o l y m e r sJ.C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s,2 0 1 8,1 6 7:2 1 6-2 2 4.7 L I Y,M I N X,K E Y,e t a l.P r e p a r a t i o n o f r e d m u d-b a s e d g e o p o l y m e r m a t e r i a l s f r o m M S W I f l y a s h 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