摘 要:目的对矿渣基无机矿物聚合物与高效减水剂的适应性进行研究,确保在工程中的应用. 方法用不同模数的水玻璃激发矿渣与偏高岭土粉料制备矿渣基无机矿物聚合物,以矿渣基无机矿物聚合物净浆流动度及高效减水剂在矿渣基无机矿物聚合物胶砂中的最佳掺量为考核指标进行试验. 结果萘系减水剂的饱和掺量为2. 0 % ,最佳掺量为0. 6 %;蜜胺系减水剂的饱和掺量为2. 3 % ,最佳掺量为1. 6 %. 结论矿渣基无机矿物聚合物与萘系减水剂和蜜胺系减水剂均有较好的适应性,表现为有明显的饱和点和最佳掺量.
关键词:矿渣基无机矿物聚合物;高效减水剂;适应性;流动度
中图分类号: TU502 文献标识码:A
自1978 年法国教授Davidovit s 提出无机矿物聚合物(geopolymer) 这一名词以来[1 ] ,由于可以把含铝硅酸盐的固体废弃物转变成有用的建筑材料,因此得到各国学者的广泛关注并对其进行了深入的研究. 无机矿物聚合物是一种新型的三维铝硅酸盐凝胶,硅氧四面体和铝氧四面体通过氧原子连接在一起[2 ] . 与传统硅酸盐水泥相比,无机矿物聚合物制备过程中无需高温煅烧,二氧化碳排放量也比生产硅酸盐水泥低70 %～80 %[3 ] ,且原材料多为铝硅酸盐矿物或粉煤灰、矿渣等,因而具有明显的经济效益和环境效益.
目前研究主要集中在对无机矿物聚合物机理方面,而对其作为新型胶凝材料在混凝土中的应用研究还较少. 在预拌混凝土中,胶凝材料与高效减水剂的适应性是很重要的一个问题. 若胶凝材料与高效减水剂的适应性不好,会造成混凝土的坍落度损失过大,导致工程无法施工,严重时还会影响混凝土的强度及耐久性,致使建筑物的使用寿命大大缩短[4 ] . 针对这种情况,笔者以矿渣、偏高岭土为主要原材料,用不同模数的水玻璃作为激发剂,制备新型胶凝材料- 矿渣基无机矿物聚合物,在此基础上研究其与萘系和蜜胺系高效减水剂的适应性.
1 原材料与试验方法
1. 1 原材料
(1) 偏高岭土:采用内蒙古产煅烧高岭土,主要技术参数如表1.
(2) 矿渣:采用鞍山钢铁股份有限公司产粒化高炉矿渣粉. 经检验,符合GB/ T18046 - 2000 标准要求,主要技术参数如表2.
(3) 水玻璃:沈阳方达化工厂生产,模数3. 4.
(4) NaOH: 国药集团化学试剂有限公司生产,分析纯试剂,白色均匀粒状或片状固体,质量分数不小于96. 0 %.
(5) 水为自来水.
(6) 减水剂: BFN - 4 高效减水剂, 萘系; JL118 高效减水剂,蜜胺系.
1. 2 试验方法
根据前期试验,确定粉料中偏高岭土与矿渣的比例为3∶7 ,液固比为0. 6 ,改变减水剂的掺量拌制无机矿物聚合物净浆[5 ] . 将称好的粉料按比例混合均匀后放入净浆搅拌机中,加入预先配好的水玻璃溶液进行搅拌, 搅拌时间为先慢搅2min ,再快搅3 min ,将浆体迅速注入截锥圆模内用刀刮平,将截锥圆模向上垂直提起,用直尺量取流淌部分互相垂直的两个方向的最大直径,取平均值作为净浆的流动度值. 根据GB/ T17671 -1999《水泥胶砂强度检验方法( ISO) 》,调整无机矿物聚合物胶砂用材料的质量配合比为m (混合粉料) ∶m (标准砂) ∶m (水玻璃溶液)= 1∶3∶0. 6其他试验步骤与GB/ T17671 - 1999 相同.通过在模数为3. 4 工业水玻璃中加入氢氧化钠来配制模数( M)为1. 0 ,1. 2 和1. 4 的水玻璃,不同模数的水玻璃掺量(以Na2O 计)为粉料的3 %.
2 试验结果与分析
2. 1 萘系减水剂对矿渣基无机矿物聚合物净浆流动度的影响
不同萘系减水剂掺量对矿渣基无机矿物聚合物净浆流动度影响如图1 所示.
从图1 中可以看出,矿渣基无机矿物聚合物净浆的流动度,随着萘系减水剂掺量的增加,呈现出增长的趋势,当萘系减水剂的掺量为2 %时,流动度不再增加,掺量达到饱和,表明萘系减水剂在矿渣基无机矿物聚合物净浆中存在饱和点. 在水玻璃模数为1. 0 、1. 2 和1. 4 中,模数为1. 4 的水玻璃碱度相对较低,使得偏高岭土与矿渣混合料在其激发作用下,混合料中的二氧化硅和氧化铝发生硅氧键和铝氧键的断裂反应较慢[6 ] ,致使无机矿物聚合反应较慢,流动度较大.
2. 2 蜜胺系减水剂对矿渣基无机矿物聚合物净浆流动度的影响
不同蜜胺系减水剂掺量对矿渣基无机矿物聚合物净浆流动度影响如图2 所示.
从图2 中可以看出,蜜胺系减水剂在矿渣基无机矿物聚合物净浆中同样存在饱和掺量,饱和掺量为2. 3 %. 在同一减水剂掺量下,水玻璃模数为1. 4 的净浆的流动度最大,同样是由于水玻璃模数大而碱度相对较低,从而使得无机矿物聚合物反应较慢,流动度较大.
2. 3 萘系减水剂对矿渣基无机矿物聚合物胶砂强度的影响
萘系减水剂掺量对矿渣基无机矿物聚合物胶砂强度影响的试验结果如图3 、图4 所示.
从图3 、图4 可知,随着萘系减水剂掺量的增加,矿渣基无机矿物聚合物的胶砂强度呈现出先
增大后变小的趋势,说明萘系减水剂在矿渣基无机矿物聚合物胶砂中存在最佳掺量,当萘系减水剂掺量为0. 6 %时,不同模数水玻璃激发作用下制备成的矿渣基无机矿物聚合物的胶砂强度达到最大值. 模数为1. 0 水玻璃激发效果较好,制得的无机矿物聚合物的胶砂强度最高,7 d 抗压强度为26. 3 MPa. 这是因为模数为1. 0 的水玻璃碱度高,混合料中的玻璃体氧化物在强碱环境下容易断键并重新聚合成三维网络结构[7 ] ,因此胶砂强度较高.
2. 4 蜜胺系减水剂对矿渣基无机矿物聚合物胶砂强度的影响
蜜胺系减水剂掺量对矿渣基无机矿物聚合物胶砂强度影响的试验结果如图5 、图6 所示.
从图5 、图6 可知,蜜胺系减水剂在矿渣基无机矿物聚合物胶砂中的最佳掺量为1. 6 % ,此时矿渣基无机矿物聚合物胶砂和易性较好,且当水玻璃模数为1. 0 时,7 d 抗压强度与抗折强度同时达到最大值,分别为24. 7 MPa 和4. 4 MPa. 蜜胺系减水剂对矿渣基无机矿物聚合物有强烈分散作用[8 - 9 ] ,不仅能提高无机矿物聚合物胶砂的流动性,而且还能降低用水量,从而提高矿渣基无机矿物聚合物的胶砂强度.
3 结 论
矿渣基无机矿物聚合物与萘系减水剂和蜜胺系减水剂均具有较好的适应性,两种高效减水剂在矿渣基无机矿物聚合物净浆中都有明显的饱和点和较小的饱和掺量,在矿渣基无机矿物聚合物胶砂中,两种减水剂都存在最佳掺量,水玻璃模数为1. 0 时,掺两种高效减水剂的矿渣基无机矿物聚合物胶砂强度均存在最大值.
参考文献:
[1 ] Davidovits J . Geopolymers and geopolymeric materials[J ] . Therm. Anal ,1989 ,35(2) :429 - 441.
[2 ] Davidovits J . Geopolymers : inorganic polymeric newmaterials[J ] . Journal of Thermal Analysis ,1991 ,37 :1633 - 1656.
[3 ] 王鸿灵,李海红,冯治中,等. 偏高岭石基土聚水泥的研究[J ] . 2005 (2) :113 - 116.
[4 ] 范磊,隋同波. 高贝利特水泥与高效减水剂适应性的研究[J ] . 建筑技术与应用,2002 (6) :3 - 6.
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[6 ] Lecomte I. (Micro) - structural comparison betweengeopolymers , alkali - activated slagcement and Port2land cement [J ] . Journal of the European Ceramic Soci2ety ,2006 ,26 :3789 - 3797.
[ 7 ] Fletcher R A. The composition range of aluminosilicategeopolymers[J ] . Journal of the European Ceramic So2ciety ,2005 (25) :1471 - 1477.
[8 ] 冯乃谦. 新实用混凝土大全[M] . 北京:科学出版社,2005.
[9 ] 冯浩,朱清江. 混凝土外加剂工程应用手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,2005.
