氧化物对无机矿物聚合物混凝土耐久性能的影响研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

氧化物对无机矿物聚合物混凝土
耐久性能的影响研究
苏开拓
(陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714099)
摘要：无机矿物聚合物作为以天然铝硅酸盐或工业固体废弃物为主要原料而合成的一种新型的节能材
料，成为当前建筑行业研究的热点。以矿渣、粉煤灰、偏高岭土作为主要原材料，通过研究混凝土中不同CaO
含量与n(SiO2)／n(A1 0，)的摩尔比对混凝土试件力学性能及耐久性的影响。通过采用快速砂浆棒法、电导法等方
法对混凝土试件进行抗压强度、氯离子渗透测试，并通过电子显微镜观察期微观结构，结果表明都要优于传统
混凝土，表现出良好的抗压、耐腐蚀等性能。
关键词：氧化钙；无机矿物；摩尔比；抗压强度；抗腐蚀
中图分类号：T0 178 文献标识码： A 文章编号： 1671—0460(2015)08—1758—04
Effect of Oxide on the Durability of Inorganic M ineral Polynler Concrete
U Kai—tuo
(Shaanxi Railway Institute，Shaanxi Weinan 714099，China)
Abstract：Geopolymer is a new energy—saving material prepared with natural aluminum silicate or industrial solid
wastes as main raw material；it has become the focus of current research in the construction industry．In this paper,with
slag，fly ash and metakaolin as main raw materials，geopolymer was prepared．Efect of CaO content and n(SiO2)／
(A1203)molar ratio on mechanical properties and durability of concrete sample was investigated．By using the
accelerated mortar bar method and conductance method，compressive strength and chloride ion penetration of concrete
sample were tested，and its microstructure was observed by electron microscopy．The results show that the concrete
sample is better than traditional concrete，exhibits good compressive strength，corrosion resistance and other
properties．
Key words：Calcium oxide；Mineral；Molar ratio；Compressive strength；Corrosion resistance
建筑行业中水泥一直作为主要的污染原料，给
我国环境、资源等带来巨大的压力n ，因此，如何
实现水泥产业的健康发展，实现水泥生产的“生态
化” ，成为当前水泥工业进程中面临的巨大难题。
而无机矿物聚合物作为现代一种新的建筑材料，与
传统的水泥生产相比，省去其中的烧结过程，从而
减少二氧化碳和粉尘的排放口，提高了对工业固体
废弃物的利用率，解决了电厂粉煤灰、钢铁废渣、
电解铝赤泥等污染物的排放与再利用的问题，成为
当前建筑领域具有广阔发展前景的材料。对此，本
研究针对不同CaO含量与n(SiO )／n(A1：03)的摩尔比
对无机矿物聚合物混凝土耐久性能的影响进行深入
研究与探讨，以此为无机矿物聚合物混凝土的应用
提供实验数据参考。
1 试验部分
无机矿物聚合物的制备通常以偏高岭土、粉煤
灰、矿渣等作为主要原材料p’，同时加入适量的碱
性激发剂，如NaOH。各种原料的具体指标则如表1、
表2和表3所示。
(1)偏高岭土
本研究中选取的偏高岭土来自我国内蒙清水河
县，其主要指标如表l。
表1 偏高岭土主要技术指标
Table 1 M ain technical indicators of m etakaolin ％
(2)粉煤灰粉煤灰作为制备实验用品的主要材料，本文则
收稿日期： 201 5-07—20
作者简介：苏开拓(1984一)，男，陕西渭南人，助教，研究生，毕业于广东工业大学管理科学与工程专业，研究方向：管理科学与工程、物流
管理、工程物资管理。E-mail：sukaituol 2@i26．com。
第44卷第8期苏开拓：氧化物对无机矿物聚合物混凝土耐久性能的影响研究 l 759
选取辽宁铁岭生产的I级煤灰，其主要指标如表2。 2．2 氯离子渗透试验
表2 粉煤灰主要化学成分及含量
Table 2 M ain chemical composition and content of fly
ash ％
W (A1203) W (SiO2) W (CaO) w(MgO) (Fe203)
25．16 53，60 1．45 2．21 7 66
(3)矿渣
本试验采用的矿渣则采用由南京柏阳化工有限
公司生产的粒化高炉矿渣粉，通过实验室检验，符
合试验要求的GB／T 18046—2000标准，其具体的化
学成分如表3。
表3 试验用矿渣化学组成
Table 3 Chemical composition of slag ％
W (A1203)W (SiOz)W (CaO) w(MgO) W (Fe203) W tV205)
14．18 43．55 30．78 7．46 3．25 0．16
(4)碱性激发剂
在该试验中采用由NaOH和二氧化硅所组成低
模数水玻璃(模数为1．2、1．4) ，从而更好的激发
其中的硅铝矿物与溶液之间形成聚合物前驱物。其
中NaOH为白色固体，固体含量高于96％；二氧化
硅则采用长沙升阳化工生产，模数在3．1～3．4之间，
Na O 含量不低于8．3％，二氧化硅的含量不少于
26％。
(5)其他
粗料集：碎石，粒径5—31．5 mm之间，连续级
配；
细料集：玻璃体，用于制备胶砂试件；河砂，
细度模数2．4。
2 试验方法
2．1 胶砂与混凝土抗压强度试验
分别制定标准的7O．7 mmx 70．7 mmx 70．7 mm
和100mm x 100mmx 100mm型号的试模，待通过
搅拌机搅拌倒人试模，并将其放置24 h，脱模后将
其放置在标准养护室，分别对胶砂试件与混凝土试
件进行抗压强度测试。其中胶砂试件抗压测试分别
取3次，误差不超过10％，具体则为以2 400 N±200
N／s速率均匀往胶砂加荷载，直到其被破坏；混凝
土抗压测试同样为3次的平均值，当其中的最大值
或最小值与中间值的差距大于15％，则将该中间值
最为其抗压强度。具体计算公式则为：
g ( )
e
Pc 1
式中：R 一抗压强度，MPa
A 一承压面积。mm2：
尸c一破坏荷载，N。
在本试验中采用清华大学研究者提出的电导率
法，将测试的饱盐混凝土看成导电元件，并根据其
电导率与CI一扩散系数存在一种线性关系，从而通过
Nernst—Einstein方程求解得到该cI一系数，其具体的
计算公式为：
D_=RT ／Zi2F2C
i (2)
式中：D 一粒子扩散系数，cm2，s；
R一气体常数，8．314 J／mol·k
一绝对温度，K；
Ⅱ 一偏导数，s／cm；
zi一粒子电荷数；
ci一氯离子浓度，mol／cm ；
，一常数，96 500 C／mol。
2．3 SEM测试
通过采用SEM测试，从而微观观察其内部结构
。本研究中则将试验制备的无机矿物聚合物混凝
土破碎，取出大小为0．5 em的立方体芯部，在进行
微观观察前，将其放置在150℃的温度下进行干燥
4 h，同时对其表面喷金0．01 0．1 mm，使其具备良
好的导电功能，最后将制备好的芯部立方体放人电
子显微镜下进行观察。
3 CaO 含量与n(SiO：)／n(A1 0。)摩尔比
对无机矿物混凝土耐久性影响
3．1 抗压强度测试
为更好的研究不同氧化钙含量对无机矿物聚合
物耐久性能的硬性，在净浆试件的制备前进行大量
实验，并以20％、15％、10％ 3个不同氧化钙含量
分组入手，在其中氧化钙含量一定的条件下，改变
其中的n(SiO2)／n(A1203)、n(NaO2)／n(A1203)和n(H20)／
n(SiO )的值，从而确定实验原材料的组成比例。通
过试验确定n(SiO：)／n(A1z0 )的值在2．7～4 区间，
n(NaO2)／n(A1203)比值在0．2—0．4区间，n(H2O)／n(SiO2)
值则确定在2．2～3‘3，水玻璃的模数则为1．4。
结合上述的数据制备水泥净浆试件，并统一对
其在3、7和28 d进行抗压强度测试。
通过在20％、l5％、10％ 3种不同氧化钙含量
分组下，可分别得到其在氧化钙确定时候，不同
n(SiO )／n(A1 0，)值下的无机矿物聚合物净浆试件抗
压强度，具体则如图1一图3所示。
3．2 抗渗透性能分析
渗透性作为反映混凝土抗腐蚀的一个重要参
数，是影响混凝土中钢筋腐蚀的一个重要因素。
因此，开展对其氯离子渗透性的测试实验，成为评
价其耐久性的重要方式。本研究则采用电导法