氧化物对无机矿物聚合物混凝土耐久性能的影响研究.pdf

第 4 4卷 第 8期 2 0 1 5 年 8月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 4 4N o 8 A u g u s t ，2 0 1 5 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 7 1 4 0 9 9) 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 C a O 含量与 n ( S i O 2 ) n ( A 1 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：T 0 1 7 8 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 5 )0 8 1 7 5 8 0 4 Ef f e c t o f Ox i de o n t he Dur a bi l i t y o f I no r ga n i c M i ne r a l Po l yn l e r Co nc r e t e U Ka i t u o ( S h a a n x i Ra i l wa y I n s t i t u t e ， S h a a n x i We i n a n 7 1 4 0 9 9 ，Ch i n a) Ab s t r a c t ：Ge o p o l y m e r i s a n e w e n e r g y s a v i n g m a t e r i a l p r e p a r e d wi t h n a t u r a l a l u mi n u m s i l i c a t e o r i n d u s t ri a l s o l i d wa s t e s a s ma i n r a w ma t e r i a l ； i t h a s b e c o me t h e f o c u s o f c u r r e n t r e s e a r c h i n t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y I n t h i s p a p e r , wi t h s l a g ， fl y a s h a n d me t a k a o l i n a s ma i n r a w ma t e r i a l s ， g e o p o l y me r wa s p r e p a r e d E ff e c t o f C a O c o n t e n t a n d n( S i O2 ) ( A 1 2 0 3 )mo l a r r a t i o o n me 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 c o n c r e t e s a m p l e wa s i n v e s t i g a t e d B y u s i n g t h e a c c e l e r a t e d mo r t a r b a r me t h o d a n d c o n d u c t a n c e me t h o d ， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h an d c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e s a mp l e we r e t e s t e d ， a n d i t s mi c r o s t r u c t u r e wa s o b s e r v e d b y e l e c tro n mi c r o s c o p y T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o n c r e t e s a mp l e i s b e t t e r t h a n t r a d i t i o n a l c o n c r e t e ， e x h i b i t s g o o d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ，c o r r o s i o n r e s i s t a n c e a n d o t h e r p r o p e r t i e s Ke y wo r d s ： Ca l c i u m o x i d e ； M i n e r a l ； M o l a r r a t i o ； C o mp r e s s i v e s tre n g t h ； Co r r o s i o n r e s i s t a n c e 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 C a O含量与 n ( S i O ) n ( A 1 ： 0 3 ) 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 N a O H 。 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 Ta bl e 1 M a i n t e chn i c a l i ndi c at o r s of m e t aka ol i n ( 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： 2 0 1 5 - 0 7 2 0 作者简介 ： 苏开拓 ( 1 9 8 4 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 - m a i l ：s u k a i t u o l 2 i 2 6 c o m 。 第4 4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 7 5 9 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 Tabl e 2 M a i n c he mi c a l c ompo s i t i on and c ont e nt of f l y as h W ( A1 2 03 ) W ( S i O 2 ) W ( C a O) w ( Mg O) ( F e 2 0 3 ) 2 5 1 6 5 3 ，6 0 1 4 5 2 2 1 7 6 6 ( 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 G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 0标准 ，其具体 的化 学成分如表 3 。 表 3试验用矿渣化学组成 Ta b l e 3 Ch e m i c a l c o mp o s i t i o n o f s l a g W ( A1 2 03 )W ( S i O z ) W ( C a O) w( Mg O) W ( F e 2 0 3 ) W t V 2 0 5 ) 1 4 1 8 4 3 5 5 3 07 8 7 4 6 3 2 5 0 1 6 ( 4)碱性激发剂 在该试验 中采用 由 N a O H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 N a O H为白色固体，固体含量高于 9 6 ；二氧化 硅则采用长沙升阳化工生产， 模数在 3 1 3 4 之间， N a O 含量不低 于 8 3 ，二氧化硅 的含量不少 于 2 6 。 ( 5)其他 粗料集 ：碎石 ，粒径 5 3 1 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 7 O 7 m mx 7 0 7 mmx 7 0 7 mm 和 1 0 0 m m x 1 0 0 m mx 1 0 0 m m型号的试模，待通过 搅拌机搅拌倒人试模 ，并将其放置 2 4 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 1 0 ， 具体则为以2 4 0 0 N 2 0 0 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 1 5 ， 则将该中间值 最为其抗压强度 。具体计算公式则为 ： g ( ) e P c 1 式 中：R 一 抗压强度 ，MP a A 一 承压面积 。mm 2 ： 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 C I 一 扩散系数存在一种线性关系 ， 从而通过 N e r n s t E i n s t e i n方程求解得到该 c I 一 系数 ， 其具体的 计算公式为 ： D_=RT Zi 2 F2 C i ( 2) 式中：D 一 粒子扩散系数，c m 2 ， s ； R一 气体常数 ，8 3 1 4 J m o l k 一 绝对温度，K； 一 偏导数 ，s c m； z i 一 粒子电荷数； c i 一 氯离子浓度，m o l c m ； ，一 常数 ，9 6 5 0 0 C m o l 。 2 3 SE M 测试 通过采用 S E M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 e m的立方体芯部 ，在进行 微观观察前 ， 将其放置在 1 5 0的温度下进行干燥 4 h ，同时对其表面喷金 0 0 1 0 1 m m，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 C a O 含量与 n ( S i O ： ) n ( A 1 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 2 0 、1 5 、1 0 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 ( S i O 2 ) n ( A 1 2 0 3 ) 、n ( N a O 2 ) n ( A 1 2 0 3 ) 和 n ( H 2 0 ) n ( S i O )的值 ， 从而确定实验原材料 的组成 比例。通 过试验确定 n ( S i O ：) n (A 1 z 0 ) 的值在 2 7 4 区间， n ( N a O 2 ) n ( A 12 0 3 ) 比值在 0 2 0 4区间，n ( H 2 O ) n ( S i O 2) 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 2 8 d进行抗压强度测试。 通过在 2 0 、l 5 、1 0 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 ( S i O ) n ( A 1 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对其 第4 4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 1 7 6 1 的聚合反应增加，整体结构逐步趋于稳定，并使得 值 ， 从而更好的做好原材料的配比。 内部空隙变小 ，以此使得其强度增加 ，氯离子的通 电量也变得很小。同时该问题也可 以通过图 6对其 进行 的微观观察可以得到。 5 结 论 通过上述试验表 明，在无机矿物聚合物制备 的 早期 ，随着氧化钙含量的增加，其抗压强度逐步减 小 ，而当在 2 8 d时候 ，其抗压强度则变大。同时当 氧化钙含量为 2 0 ， n ( s i o ： ) n ( A 1 O ) 比取值为 4 0时 ， 其抗压强度达到最大。因此 ，在对无机矿物聚合物 进 行 制 备 的时 候 ，氧 化 钙 含 量 取 值 为 2 0 ， n ( S i O ： ) n ( A 1 2 0 1 比在 4 0左右的时候 ，其耐久 生能最 好。但 由于未对 n ( N a O 2 ) n ( A 1 2 0 3 ) 、n ( H 2 0 ) n ( S i O 2 ) 纳 入考虑范围，需要在接下来 的试验 中进一步确认该 参考文献： 1 王晴， 笪菁， 张存宝 氧化物组成对无机矿物聚合物混凝土钢筋锈蚀 的影a N A 中国硅酸盐学会水泥分会 中国硅酸盐学会水泥分会第 三届学术年会暨第十二届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议 论文摘要集 C 中国硅酸盐学会水泥分会： ， 2 0 1 1 ： 1 2 马骁基于无机聚合物水泥的新型高性能轻骨料混凝土的制备与性 能研究 D 】 长沙 ：中南大学， 2 0 1 2 3 胡克杰， 李士伟无机聚合物胶凝材料调研及综合性能分析l J fl 广东 建材，2 0 1 4 ， 0 5 ： 1 8 - 2 0 4 王晴， 张崇燕， 丁兆洋， 隋智通 无机矿物聚合物混凝土收缩性能的研 究f j 1 材料导报，2 0 1 0 ， 1 0 ：6 5 6 7 + 7 3 5 王晴， 胡英泽， 涂欣， 丁兆洋 氧化物组成对地聚合物混凝土抗冻性能 的研究l J 1商品混凝土， 2 0 1 0 ， 1 0 ： 3 4 3 6 6 邓小勇，李志刚， 黄亚新，于正义，李聪， 聚合物超细粉体混凝土耐久性 能实 验分 析 解 放军 理 工大学 学 报( 自然 科学 版) ，2 0 1 4 ( 0 6 ) ： 5 3 4 5 3 9 ( 上接 第 1 7 5 7页 ) 参 考文献 1 徐伟池， 刘明东，温广明， 等 石蜡化学改性回顾与展望 J 1 化工 中间体， 2 0 1 1 ，0 8 ( 6 ) ：4 6 4 9 2李会举，匡岳林，郝林 石蜡改性技术研究进展 J 当代化工， 2 0 1 0 ( 0 3 ) ： 2 7 1 2 7 4 3 郑立辉，盛奎龙， 潘金亮 石油蜡的生产及深加工 M 北京： 化 学： 业出版社， 2 0 0 8 4 S h u a n g C ， Wa n g J ， L i H ， e t a 1 E f f e c t o f t h e c h e mi c a l s t r u c t u r e o f a n i o n e x c h a n g e r e s i n o n t h e a d s o r p t i o n o f h u mic a c i d ：Be h a v i o r a n d me c h a n i s mJ J o u r n a l o f C o l l o i d a n d I n t e r f a c e S c i e n c e ， 2 0 1 5 ，4 3 7： 1 6 3 - 1 6 9 5 S h i b a s a k i K i t a k a w a N ， H i r o m o r i K ， I h a r a T ， e t a 1 P r o d u c t i o n o f h i g h q u a l i ty b i o d i e s e l f r o m w a s t e a c i d o i l o b t a in e d d u r i n g e d i b l e o i l r e f i n i n g u s i n g i o n e x c h a n g e r e s in c a t a l y s t s J F u e 1 2 0 1 5 1 3 9 ： 1 l 一 1 7 6V t c t o r O r t e g a M D， O c h a n d o P u l i d o J M， Ho d a i f a G ， e t a 1 F i n a l p u r i fi c a t i o n o f s y n t h e t i c o l i v e 0 |J mi l l wa s t e w a t e r t r e a t e d b y c h e mic a l o x i d a t i o n u s i n g i o n e x c h a n g e ：S t u d y o f o p e r a t i n g p a r a m e t e r s J 1 C h e mi c a l E n g in e e r i n g a n d P r o c e s s i n g ： P r o c e s s I n t e n s i fic a t i o n ， 2 01 4 ， 8 5 ： 2 41 2 4 7 7黄艳，章志昕， 韩倩倩，等国内离子交换树脂生产及应用现状 与前景l J J l 净水技术， 2 0 1 0 ( 0 5 ) ： 1 1 - 1 6 8郑立辉， 乔忠明三种吸附剂对相变石蜡脱色性能的比较叨 精 细石油化工进展， 2 0 0 8 ( 0 6 ) ： 2 6 2 8 9J i a n g B ， Z h e n g J ， L u X， e t a 1 D e g r a d a t i o n o f o r g a n i c d y e b y p u l s e d d i s c h a r g e n o n l b e r ma l p l a s ma t e c h n o l o g y a s s i s t e d w i t h m o d i fi e d a c t i v a t e d c a r b o n fi b e r s J C h e mi c a l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ，2 0 1 3 ， 2 1 5 - 2 1 6 ： 9 6 9 - 9 7 8 1 OQ u G ， L i a n g D ， Q u D ， e t a 1 S i m u l t a n e o u s r e mo v a l o f c a d m i u m i o n s a n d p h e n o l f r o m wa t e r s o lu t i o n b y p u l s e d c o r o n a d i s c h a r g e p l a s ma c o m b i n e d w i t h a c t i v a t e d c a r b o n C h e m i c a l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 2 01 3 ，2 2 8 ：2 8 - 3 5 1 1 周建斌，张合玲，张齐生K O H 改性活性炭对木糖液脱色性能 的研究 J l 食品与发酵工业， 2 0 0 9 ( 0 3 ) ： 9 5 9 9 1 2 冯艳平， 张海， 王勇， 等 活性白土吸附脱除鱼油中胆固醇的| lI： 艺研究 J l _ 中国油脂， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 7 1 0 1 3张瑞杰相变石蜡和润滑油吸附精制工艺的研究 D _ 广州：华 南理工大学， 2 0 1 1 1 4 卢杨， 徐爱军 活性白土对食用油脂的脱色研究【 J 1 粮油加工， 2 0 1 0 ( 0 9 ) ： 1 3 - 1 6 1 5 钱俊青，梁昌海，朱菁活性白土吸附处理酵母发酵废水【J J l 离 子交换与吸附， 2 0 1 0 ( 0 5 ) ： 4 6 4 4 6 9 1 6 邓琪，尹平河，赵玲，等活性白土对餐饮业废油脂脱色工艺的 探索 J 】 环境污染与防治， 2 0 0 4 ( 0 2 ) ： 1 2 6 - 1 2 8 1 7徐先 盛润 滑油 白土精 制工艺 的探讨 和展 望 J 1 润 滑油 ， 1 9 8 6 ( 0 2 ) ： 1 - 8 1 8 中华人民共和国国家标准 G B T 3 5 5 5 9 2石油产品赛波特颜色 测定法 波特比色计法 ) s 1 9 9 2 1 9 中华人民共和国国家标准 G B T 2 5 4 2 0 1 0半精炼石蜡 s 2 0 1 0 2 O 中华人民共和国国家标准 G B F F 2 5 3 9 2 0 0 8石油蜡熔点的测定 冷却曲线法 s 2 0 0 8