堿激發(fā)粉煤灰基地質聚合物強化增韌及耐久性能研究.pdf

1、作為一種可實現工業(yè)固體廢棄物高附加值資源化利用的新型綠色建筑材料,地質聚合物是當前材料領域研究的熱點課題之一;本文在粉煤灰基地質聚合物研究現狀的基礎上,針對其抗壓強度較低及韌性差的缺陷,開展了新型激發(fā)劑、礦物摻合料、苯丙乳液、多種纖維等對其進行強化增韌研究;考察了粉煤灰基地質聚合物的耐久性能,并采用現代分析方法對其礦物相、微觀結構及形貌特征等進行了表征。探索了不同離子在堿激發(fā)粉煤灰基地質聚合形成過程中的作用機理,成功地制備出了耐候性優(yōu)良

2、的苯丙乳液增韌改性的粉煤灰基地質聚合物,以及耐高溫性優(yōu)良的纖維強化增韌的粉煤灰基地質聚合物,主要的研究內容及取得的結果如下:
　　(1)考察了單一激發(fā)劑LiOH、KOH、NaOH、Na2SiO3、Na2CO3及K2CO3對堿激發(fā)粉煤灰基地質聚合物力學性能的影響,結果發(fā)現激發(fā)劑的活性從小到大的順序為:K2CO3

3、備的試件經85℃養(yǎng)護9h后,其3d抗壓強度為54.08 MPa,表明Na+和K+具有協同效應:Na+較強的水化能力易于形成Si(OH)4單體,K+可加速Si(OH)4和Al(OH)4-四面體之間的縮聚和重組,形成更多的Q44結構單元,微觀結構更加密實。
　　(2)以硅灰為硅源,氫氧化鋁為鋁源,配制不同Si/Al摩爾比的地質聚合物,考察了氫氧化鋁在不同煅燒溫度中形成的礦物相對地質聚合物力學性能的影響,結果表明勃姆石與γ-Al2O3的

4、水化活性均低于水鋁石的水化活性。
　　(3)硅灰和礦渣均能有效地對堿激發(fā)粉煤灰地質聚合物進行強化增韌,當硅灰摻量為10wt％時,可形成數量更多的活性Si(OH)4,表現為試件小孔(<20nm)體積百分數增加,抗壓強度增大,但抗凍融性能降低。當礦渣摻量為30 wt%時,試件28d的抗壓強度為77.5 MPa,礦渣中解聚的玻璃體與粉煤灰中的Si(OH)4,首先形成溶膠,隨后納米溶膠轉變?yōu)橄嗷ゴ罱拥臉渲钅z體,最終發(fā)展成結構致密的地質

5、聚合物凝膠。提出了以“孔徑彎曲度”衡量試件的力學性能,試驗結果表明孔徑彎曲度越大,力學性能越高。
　　(4)建立了苯丙乳液強化增韌粉煤灰基地質聚合物的新方法,當摻入1wt%的苯丙乳液,其28d的抗壓強度為42.11MPa,抗折強度為6.30 MPa,較不摻乳液樣品分別提高了62%和115%。提出了苯丙乳液的增韌機理:苯丙乳液可以適量降低反應體系的Zeta電位而加速地質聚合反應進程;還可以與硅氧四面體或鋁氧四面體上的羥基通過縮聚反應

6、形成互穿的網絡結構;部分苯丙乳液與地質聚合物材料中的水分子結合,具有保水作用,可維持連續(xù)的水化反應,從而增強其力學性能。
　　(5)探討了玄武巖纖維、有機纖維、蛋白纖維和陶瓷纖維在礦渣/粉煤灰地質聚合物中的增韌效果,發(fā)現玄武巖纖維的增韌效果最佳,樣品28d的抗折強度達到5.9 MPa,較不摻纖維樣品(3.2 MPa)提高了84.3%。提出了玄武巖纖維的增韌機理:在堿性環(huán)境中它們可以反應形成新的無機硅酸鹽凝膠;三軸壓縮試驗(Mech

7、anical Test System,MTS)的應力-應變結果表明玄武巖纖維可提高鋼渣/礦渣/粉煤灰(2:2:6)地質聚合物膠砂的最大彎曲應力應變;所制備地質聚合物混凝土3d的抗壓強度超過30 MPa,28d的抗壓強度達到65.3 MPa。
　　(6)耐高溫實驗結果表明在150-1200℃熱處理過程中,礦渣/粉煤灰地質聚合物的抗壓強度隨溫度的上升而增大,但當溫度超過500℃,由于莫來石、石英等轉化為鈣鋁黃長石和拉長石,致使其微觀結