地質聚合物材料泛堿的抑制措施研究.pdf

1、地質聚合物是用含有鋁硅酸鹽的礦物或工業(yè)廢渣，在常溫條件下，通過堿激發(fā)劑制備的一種新型的硅鋁質的無機高分子材料。具有快硬早強，耐高溫，耐腐蝕，抗?jié)B性好的優(yōu)點。同時，地質聚合物材料也存在限制其實際推廣應用的缺陷：脆性大，收縮率高，成本高，另外，由堿激發(fā)得到的地質聚合物中含有大量的可溶性堿，會隨著水分的揮發(fā)而浸出，容易引起堿-集料反應，使得材料膨脹變形，并且會腐蝕混凝土中金屬骨架，對材料的安定性造成不良影響。因此，地質聚合物的改性研究也成為現(xiàn)

2、階段地質聚合物研究的重要組成部分，同時對地質聚合物實現(xiàn)實際應用具有重要意義。
　　本文以鋼渣、礦渣、砂子為原料，以NaOH作為激發(fā)劑，在20MPa的壓力下，采用模壓成型制備了廢棄物基地質聚合物。針對地質聚合物可溶性堿溶出（泛堿）問題，依據(jù)泛堿的形成機理，制定研究方案；通過對其泛堿程度、力學性能、孔結構、微觀形貌以及水化礦物組成等進行分析，得到主要研究結果及結論如下：
　　1.摻加摻合料分別為粉煤灰、硅灰、5A沸石、鈣基膨潤土

3、對地質聚合物材料進行改性。結果表明：(1)用粉煤灰部分替代原料鋼渣及礦渣，由于粉煤灰的微集料作用和火山灰作用，對地質聚合物材料的泛堿具有一定的抑制作用。其中粉煤灰摻量為15wt％時，地聚物材料浸出液的CO32-相比未摻加粉煤灰的試樣下降51%，抑制效果最明顯。(2)硅灰能夠提高地質聚合物中的Si/Al比，有利于地質聚合反應，提高材料致密度及力學性能，對泛堿具有抑制作用，摻量為10wt%時，性能最優(yōu)，養(yǎng)護60d抗壓強度可達102.5MPa

4、。(3)5A沸石中的Ca2+與地質聚合物中的Na+離子進行離子交換反應能固定Na+并有效抑制泛堿現(xiàn)象。同時，由于被置換出的Ca2+溶解度較低，在結構內部形成沉淀，它的出現(xiàn)能為地質聚合物的形成提供更多的形核位置，從而有利于加速地質聚合物反應，提高抗壓強度。(4)用10wt%鈣基膨潤土代替一定比例的鋼渣和礦渣制備地質聚合物，可提高樣品抗壓強度，樣品60d抗壓強度達74.5MPa，鈣基膨潤土對Na+的吸附作用使得它的添加還有利于減小樣品的泛堿

5、程度。
　　通過研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰、硅灰及5A沸石對廢棄物基地質聚合物的泛堿具有很好的抑制作用，最佳摻量分別為15wt%、10wt%、15wt%。
　　2.改變堿激發(fā)劑的種類和摻量，對地質聚合物泛堿也會具有很明顯的影響作用。用KOH等量替代 NaOH作為激發(fā)劑制備的地質聚合物材料的浸出液的 CO32-濃度1600.3mg/L相較于以NaOH作為激發(fā)劑制備的材料的 NaOH作為激發(fā)劑離子濃度2500.3mg/L下降了35%；以N

6、a2SiO3作為激發(fā)劑時，在摻量相同的情況下所制備的材料相較于以以NaOH作為激發(fā)劑的材料的浸出液的離子濃度降低71%。但是用Na2SiO3作為激發(fā)劑時60d抗壓強度51.2MPa低于用NaOH作為激發(fā)劑的材料的強度。最優(yōu)的激發(fā)劑為KOH，摻量為3wt%。
　　3.養(yǎng)護的溫度和濕度對地質聚合物的泛堿程度有很大的影響。養(yǎng)護條件為40℃/90%時，樣品浸出液的CO32-離子濃度最低，為1375.0mg/L，即在此條件下地質聚合物材料的

7、泛堿程度最低。同時，其養(yǎng)護28天抗壓強度最大，可達99.7MPa。
　　4.加入減水劑后，可以減少用水量，使得水化后的地質聚合物的內部孔徑減小，改善孔結構，使結構變得更加致密。其中減水劑摻量為0.6wt%時，試樣浸出液的離子濃度為1845.3mg/L，相比于未摻加減水劑的空白組離子濃度2520.4mg/L降低了28%。摻加硅烷防水劑后，防水劑會與結構材料發(fā)生化學反應，在材料試樣表面上生成一層幾個分子厚的不溶性防水樹脂薄膜。當在摻量