無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透性的研究

冉 坤

(貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550000)

無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透性的研究

冉 坤

(貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550000)

研究了CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透性的影響，通過(guò)SEM圖對(duì)試樣進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)形貌觀察，試驗(yàn)結(jié)果表明：無(wú)機(jī)礦物混凝土氯離子滲透性能受CaO含量和n(SiO2)/n(Al2O3)變化影響明顯，其氯離子電通量值隨著CaO含量增加而減小，隨著n(SiO2)/n(Al2O3)增大呈現(xiàn)先減小后增大走向。

無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土，CaO含量，n(SiO2)/n(Al2O3)，氯離子電通量

0 引言

無(wú)機(jī)礦物聚合物是以工業(yè)固體廢棄物為主要原料，偏高嶺土和適量堿硅酸鹽溶液充分混合后成型硬化形成的一種新型生態(tài)節(jié)能材料。研究認(rèn)為，礦物摻合料的使用可以增強(qiáng)氯離子結(jié)合能力[1]，無(wú)機(jī)礦物聚合物復(fù)合水泥混凝土水溶性氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)只有普通混凝土的17%[2]。無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土中可溶性硅酸鹽濃度較高時(shí)，顆粒表面玻璃體發(fā)生明顯結(jié)構(gòu)改變[3]，因此無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土中CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)對(duì)其氯離子滲透性的影響是結(jié)合生態(tài)節(jié)能型材料與提高材料耐久性兩個(gè)方面進(jìn)行研究，在提高工業(yè)固體廢料使用的同時(shí)，增加建筑材料的使用壽命。

筆者探討了原材料中礦渣、粉煤灰和偏高嶺土含量不同導(dǎo)致不同CaO含量對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透性的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

礦渣：?；V渣粉，礦渣主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 粒化礦渣粉的主要化學(xué)組成 %

偏高嶺土：主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 偏高嶺土的主要化學(xué)成分 %

粉煤灰：主要化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表3 粉煤灰的化學(xué)成分 %

水玻璃：模數(shù)為3.2～3.5，Na2O含量不少于8.3%，SiO2含量不少于27%，使用前對(duì)其模數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

細(xì)集料：石英玻璃砂。

粗集料：碎石，粒徑在5 mm～31.5 mm之間，連續(xù)級(jí)配。

1.2 無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土配合比

無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土配合比：水膠比為0.5，單位用水量為180 kg/m3，砂率為35%，水玻璃模數(shù)為1.4。

1.3 試驗(yàn)方法

無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)制作φ100 mm×50 mm圓柱體試塊，將試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)14 d，對(duì)表面進(jìn)行物理干燥及防水密封處理。在真空壓力鍋中浸水1 h后，恢復(fù)常壓浸泡18 h±2 h。將試件兩端各安置紫銅板后裝入試驗(yàn)裝置中，一端浸入0.3 mol的NaOH溶液，連接為正極，另一端浸入3%的NaCl溶液，連接為負(fù)極。施以60 V電壓與正負(fù)電極端，其氯離子滲透性根據(jù)通電6 h通過(guò)的電量總和評(píng)價(jià)。

本試驗(yàn)中無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透性根據(jù)ASTMC 1202電通量法測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透的影響

1)CaO含量對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透的影響。圖1為無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土在CaO含量分別為10%，15%和20%時(shí)的6 h電通量值。

相同養(yǎng)護(hù)條件的不同CaO含量無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土電通量平均值均較大，隨著CaO含量增加，混凝土電通量呈現(xiàn)持續(xù)減小趨勢(shì)。當(dāng)CaO含量達(dá)到20%時(shí)，混凝土在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至14 d后電通量平均值達(dá)到最小3 402 C，根據(jù)電通量對(duì)混凝土滲透性的評(píng)價(jià)為“中”。

2)n(SiO2)/n(Al2O3)對(duì)無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子滲透的影響。圖2為n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～4.0的范圍內(nèi)變化，無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土在CaO含量分別為10%，15%和20%時(shí)，其6 h電通量值。

由圖2可知，CaO含量為10%，n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～3.2范圍內(nèi)變化時(shí)，隨著n(SiO2)/n(Al2O3)的增大，無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土6 h電通量值先減小后增大，電通量值在n(SiO2)/n(Al2O3)=3.1時(shí)出現(xiàn)最小值，4 919 C。且電通量值在n(SiO2)/n(Al2O3)在2.9～3.2范圍內(nèi)變化較大，在n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～2.9范圍內(nèi)變化較小。

CaO含量為15%時(shí)，無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土6 h電通量在n(SiO2)/n(Al2O3)=3.6時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，即6 h電通量先減小后增大。

CaO含量為20%，n(SiO2)/n(Al2O3)在3.2～4.0范圍內(nèi)時(shí)，無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土電通量暫未出現(xiàn)拐點(diǎn)，即6 h電通量持續(xù)減小。

2.2 結(jié)果分析

標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)14 d后無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子電通量隨著CaO含量的增加持續(xù)減小，CaO含量低于15%時(shí)減小幅度較小，而CaO含量高于15%時(shí)減小幅度顯著增加。經(jīng)分析，筆者認(rèn)為，CaO含量的增加，使其與堿性激發(fā)劑反應(yīng)生成的產(chǎn)物Ca(OH)2增多，進(jìn)一步激發(fā)了礦渣、粉煤灰和偏高嶺土作為活性礦物材料的潛在火山灰質(zhì)效應(yīng)，使水化反應(yīng)程度完全，無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子固化能力提高。隨著Ca(OH)2數(shù)量的減少，弱化了其在界面的富集程度與定向排列，優(yōu)化了界面性能，從而提高了抗氯離子滲透性能。同時(shí)，CaO含量增加，無(wú)機(jī)礦物聚合反應(yīng)程度完全，生成Ca(OH)2增加，其填充在無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu)間的孔隙中，混凝土內(nèi)部孔隙尺寸減小，連通孔逐漸中斷，骨架結(jié)構(gòu)趨于致密穩(wěn)定，氯離子遷移速率減緩，使得無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子電通量值減小。

在堿性激發(fā)劑作用下，礦渣、偏高嶺土和粉煤灰發(fā)生了Si—O,Al—O之間斷鍵與重新鍵合的反應(yīng)，生成物為高聚度三維鋁硅酸鹽凝膠體，其中生成的[SiO4]和[AlO4]構(gòu)成了凝膠體的基本骨架，n(SiO2)/n(Al2O3)增大，有利于鋁硅酸鹽聚合反應(yīng)的進(jìn)行，大分子鏈結(jié)構(gòu)增加，使凝膠體結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，內(nèi)部孔隙減少，從而減小了無(wú)機(jī)礦物聚合物的氯離子電通量值。

CaO含量為10%和15%時(shí)，氯離子電通量在n(SiO2)/n(Al2O3)分別為3.1和3.6時(shí)分別出現(xiàn)了拐點(diǎn)，呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，可能是因?yàn)閚(SiO2)/n(Al2O3)過(guò)高不利于提高[AlO4]含量，同時(shí)也阻礙了與[SiO4]縮聚成大分子鏈，使凝膠體結(jié)構(gòu)密實(shí)度發(fā)展受到抑制，內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)相對(duì)增多，從而增大了電通量。相比于CaO含量為10%時(shí)，無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土CaO含量為15%時(shí)電通量拐點(diǎn)有所延后，因?yàn)镃aO含量增加，聚合反應(yīng)程度加深，弱化了凝膠體結(jié)構(gòu)密實(shí)度的抑制作用，所以當(dāng)CaO含量為20%時(shí)暫時(shí)未出現(xiàn)拐點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

1)CaO含量在10%～20%的范圍內(nèi)變化時(shí)，無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子電通量逐漸減小，當(dāng)CaO為20%時(shí)，此時(shí)電通量平均值最小為3 402 C，氯離子滲透性達(dá)到“中”。

2)隨n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～4.0范圍增大，無(wú)機(jī)礦物聚合物混凝土氯離子電通量值先減小后增大。當(dāng)CaO含量為10%，15%時(shí)，電通量值分別在n(SiO2)/n(Al2O3)為3.1和3.6時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，而當(dāng)CaO含量為20%時(shí)，拐點(diǎn)暫未出現(xiàn)。

[1] 吳相豪,周金巖,李懷垣.環(huán)境因素影響粉煤灰混凝土固化氯離子能力的試驗(yàn)研究[J].粉煤灰,2011(4):80-83.

[2] 李克亮,國(guó) 泓,徐 輝,等.土壤聚合物和水泥砂漿的堿—硅反應(yīng)[J].混凝土與水泥制品,2005，10(5):5-6.

[3] Van Jaarsveld J.G.S, Van Denter J.S.J, Lorenzen.L. The potential use of geopolumeric materials of immobilize toxic metals[J].Minerals Engineering,1997,10(7):659-669.

Study on chloride penetration of geopolymer

Ran Kun

(MaterialsandArchitectureCollege,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550000,China)

Effect of CaO content andn(SiO2)/n(Al2O3) upon the chloride penetration of geopolymer, and the characteristic of geopolymer is analyzed by SEM. The test results show that both CaO content andn(SiO2)/n(Al2O3) have a significant impact on the chloride penetration of geopolymer. With the increasing of CaO content, electric flux of chloride is sustained decrease. With the increasing ofn(SiO2)/n(Al2O3), the electric flux of chloride ion is decrease at first before development.

geopolymer, CaO content,n(SiO2)/n(Al2O3), electric flux of chloride

2015-06-03

冉 坤(1988- )，女，碩士，助教

1009-6825(2015)23-0107-02

TU528

A