偏高嶺土和粉煤灰對(duì)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間及早期力學(xué)性能的影響

荊 銳，劉 宇，張慧杰，夏 陽(yáng)，閻培渝

(1.清華大學(xué)土木工程系，北京 100084；2.深圳建工集團(tuán)股份有限公司，深圳 518051)

0 引 言

近年來，我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值逐年攀升，同時(shí)面臨著工業(yè)廢渣和廢氣大量排放以及化石能源巨大消耗對(duì)環(huán)境的威脅。而作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的水泥工業(yè)既是能源消耗和廢氣排放大戶，又是工業(yè)廢渣回收再利用的一個(gè)重要途徑。因此，節(jié)能減排是我國(guó)未來發(fā)展環(huán)境友好型社會(huì)的主導(dǎo)因素，調(diào)整水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并開發(fā)環(huán)境友好型膠凝材料是我國(guó)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

堿激發(fā)膠凝材料是以硅鋁質(zhì)非晶態(tài)工業(yè)廢渣(礦渣、粉煤灰、偏高嶺土等)為原料，在堿性條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，從而具有水硬活性的一類新型膠凝材料。堿-礦渣膠凝材料就是堿激發(fā)膠凝材料體系中的一種，與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比，其原料來源廣泛，制備工藝簡(jiǎn)便，具有與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相似的性能[1]。劉順妮[2]曾利用生命周期評(píng)價(jià)(LCA)方法分析得出堿-礦渣膠凝材料的環(huán)境綜合指標(biāo)僅為硅酸鹽水泥的五分之一。所以，堿-礦渣膠凝材料是一種集經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益于一體的新型“綠色”材料，屬于未來可能取代傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的環(huán)境友好型膠凝材料[3]。由此引起國(guó)內(nèi)外水泥化學(xué)家的關(guān)注并引發(fā)研究熱潮。

對(duì)堿-礦渣膠凝材料較為深入研究的學(xué)者最早可追溯到上世紀(jì)50年代末烏克蘭水泥科學(xué)家Glukhovsky，他在堿-礦渣膠凝材料的研發(fā)和應(yīng)用上做出了突出貢獻(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從Na2O含量、水玻璃模數(shù)、養(yǎng)護(hù)條件等對(duì)堿-礦渣膠凝材料的物理力學(xué)性能及凝結(jié)時(shí)間的影響做了大量研究工作。Wang等[4-5]從堿激發(fā)膠凝材料水化機(jī)理的角度剖析并得出了水玻璃模數(shù)和激發(fā)劑中的Na2O含量對(duì)堿-礦渣膠凝材料的力學(xué)性能起著至關(guān)重要作用的結(jié)論。同時(shí)，通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激發(fā)劑中Na2O含量為3.00%～5.55%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，水玻璃模數(shù)為1.0～1.5時(shí)，堿-礦渣膠凝材料的力學(xué)性能較好。趙爽[6]也通過試驗(yàn)印證了這一結(jié)論。孫小巍等[7]認(rèn)為水玻璃模數(shù)為1.4且其用量為4%～8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，堿-礦渣膠凝材料的抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高。王聰[8]通過試驗(yàn)得出，0.34水膠比的堿-礦渣膠凝材料在水玻璃模數(shù)為1.2且其用量為8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)的激發(fā)效果最佳。鄭文忠等[9]基于試驗(yàn)研究水玻璃模數(shù)及其用量對(duì)堿-礦渣膠凝材料力學(xué)性能的影響，認(rèn)為水玻璃模數(shù)為1.0且占礦渣質(zhì)量的12%時(shí)達(dá)到堿-礦渣膠凝材料的最佳力學(xué)性能。Dodiomov[10]研究發(fā)現(xiàn)水玻璃模數(shù)和Na2O含量不僅對(duì)堿-礦渣膠凝材料的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，還對(duì)該材料的凝結(jié)時(shí)間產(chǎn)生復(fù)雜影響。由于堿-礦渣膠凝材料具有早期力學(xué)性能優(yōu)異，但凝結(jié)硬化過快，不利于施工等特點(diǎn)，學(xué)者們?cè)趬A-礦渣膠凝材料體系中加入新組分，如粉煤灰、偏高嶺土等，擬通過多組分形式的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料改良原堿-礦渣體系的性能。Chi等[11]提出水膠比為0.5，當(dāng)m粉煤灰/m礦渣為1，水玻璃模數(shù)為1.0且Na2O含量為6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)摻加粉煤灰的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料力學(xué)性能更好。馬國(guó)偉等[12]發(fā)現(xiàn)在偏高嶺土基地質(zhì)聚合物中摻入高爐礦渣可以縮短地質(zhì)聚合物的凝結(jié)時(shí)間，而且可以明顯改進(jìn)地質(zhì)聚合物的力學(xué)性能。

堿-礦渣膠凝材料可用作結(jié)構(gòu)加固的粘結(jié)劑[13]。此時(shí)要求堿-礦渣膠凝材料能在常溫下迅速凝結(jié)硬化，獲得較好的粘接強(qiáng)度。為了尋求常溫養(yǎng)護(hù)條件下堿-礦渣膠凝材料理想的物理力學(xué)性能，通過對(duì)比不同Na2O含量和水玻璃模數(shù)時(shí)堿-礦渣膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間來確定最佳Na2O含量和水玻璃模數(shù)。然后，在水膠比、Na2O含量和水玻璃模數(shù)一定的前提下，通過單摻偏高嶺土及復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰兩種方式來測(cè)試堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及粘接強(qiáng)度，以早期力學(xué)性能為參考指標(biāo)來找出該材料中偏高嶺土和粉煤灰的最優(yōu)摻量，并為今后實(shí)際應(yīng)用提供試驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料及儀器

S95級(jí)?；郀t礦渣粉(Ground Granulated Blast Furnace Slag，GGBS)的28 d活性指數(shù)為105。偏高嶺土(Metakaolin，MK)是由高嶺土在800 ℃高溫下煅燒4 h后冷卻至室溫，經(jīng)過充分研磨和篩分得到，其28 d活性指數(shù)為110。一級(jí)粉煤灰(Fly Ash，F(xiàn)A)的28 d活性指數(shù)為80。采用X射線熒光光譜儀(XRF)測(cè)定的三種原材料的化學(xué)組分如表1所示。

表1 原材料的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of raw materials

采用蚌埠市精誠(chéng)化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的水玻璃(硅酸鈉)，其模數(shù)為3.2，Na2O含量為8.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。工業(yè)級(jí)片狀氫氧化鈉純度為99%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。預(yù)先將片狀氫氧化鈉溶于去離子水中配成8 mol/L的NaOH溶液，在高模數(shù)水玻璃中加入NaOH溶液，配制成模數(shù)為1.4、Na2O含量為10%的堿性激發(fā)劑。

1.2 配合比

對(duì)于硅酸鹽水泥而言，隨著水膠比增大，強(qiáng)度會(huì)隨之減小，而凝結(jié)時(shí)間卻隨之增加，堿-礦渣膠凝材料亦會(huì)出現(xiàn)類似規(guī)律[14]。除水膠比外，水玻璃模數(shù)和Na2O含量對(duì)堿-礦渣膠凝材料的強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間均有不同程度的影響[7-10,15]。因此，為了能更好地了解摻入偏高嶺土和粉煤灰的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間和力學(xué)性能，首先需要在水膠比固定的情況下，確定后續(xù)試驗(yàn)中所用水玻璃模數(shù)和Na2O含量。

堿-礦渣膠凝材料的水膠比固定為0.4，當(dāng)Na2O含量為4%時(shí)，膠凝材料的初凝和終凝時(shí)間均隨水玻璃模數(shù)增大而縮短，但水玻璃模數(shù)為1.2～1.6時(shí)初凝時(shí)間幾乎不變；當(dāng)水玻璃模數(shù)取1.4時(shí)，初凝時(shí)間隨Na2O含量增加而延長(zhǎng)，終凝時(shí)間隨Na2O含量增加卻呈先延長(zhǎng)后縮短的趨勢(shì)(見圖1)。初凝時(shí)間過短對(duì)試件成型不利，終凝時(shí)間過長(zhǎng)恐會(huì)影響材料的早期力學(xué)性能。因此，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的水膠比、水玻璃模數(shù)、Na2O含量分別選定為0.4、1.4、10%，此時(shí)其初凝時(shí)間為27 min，終凝時(shí)間為47 min。不同偏高嶺土和粉煤灰摻量下的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的配合比如表2所示。

圖1 水膠比為0.4時(shí)水玻璃模數(shù)和Na2O含量對(duì)堿-礦渣膠凝材料凝結(jié)時(shí)間的影響Fig.1 Influences of water glass modulus and Na2O content on setting time of AASCM

表2 膠砂配合比Table 2 Mix proportion of the mortar

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用JJ-5行星式水泥膠砂攪拌機(jī)進(jìn)行混料。按配合比稱量完的膠凝材料和標(biāo)準(zhǔn)砂依次放入攪拌機(jī)內(nèi)，干粉攪拌30 s后倒入已配制好的堿性激發(fā)劑，再攪拌1 min后出料。將攪拌好的膠砂裝入尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的模具，在振動(dòng)臺(tái)上振搗密實(shí)(振搗時(shí)間約15 s)，抹平并覆蓋塑料薄膜。1 h后拆模，將膠砂試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室((20±2) ℃，相對(duì)濕度≥95%)內(nèi)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期(早期抗壓、抗折強(qiáng)度試件養(yǎng)護(hù)6 h和72 h，粘接強(qiáng)度試件養(yǎng)護(hù)28 d)，測(cè)試其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及粘接強(qiáng)度。膠砂強(qiáng)度測(cè)試參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)》、粘接強(qiáng)度測(cè)試參照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》。

采用NJ-160B型水泥凈漿攪拌機(jī)制備堿-礦渣凈漿。將已拌好的漿料裝入維卡儀模具內(nèi)，按照GB/T 1346—2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》測(cè)定漿料的凝結(jié)時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 凝結(jié)時(shí)間

圖2為偏高嶺土及粉煤灰摻量對(duì)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料凝結(jié)時(shí)間的影響。當(dāng)僅摻入偏高嶺土?xí)r，隨著偏高嶺土摻量的增加，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的初凝時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，由空白試樣的27 min延長(zhǎng)至36 min；而其終凝時(shí)間由47 min略微延長(zhǎng)至55 min，基本不隨偏高嶺土摻量的增加而繼續(xù)延長(zhǎng)(見圖2(a))。摻入偏高嶺土可延長(zhǎng)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料初凝時(shí)間，而對(duì)其終凝時(shí)間影響不大。在摻入一定量偏高嶺土的同時(shí)再加入粉煤灰，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的初凝時(shí)間由空白試樣的27 min延長(zhǎng)至48 min，終凝時(shí)間由47 min延長(zhǎng)至81 min(見圖2(b))。隨著粉煤灰摻量增加，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的初凝和終凝時(shí)間均明顯延長(zhǎng)，緩凝作用越發(fā)明顯。在堿-礦渣膠凝材料中復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰時(shí)，粉煤灰對(duì)該復(fù)合膠凝材料的緩凝作用大于偏高嶺土，特別是粉煤灰摻量增至20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)時(shí)其緩凝效果尤為明顯。

圖2 偏高嶺土及粉煤灰摻量對(duì)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料凝結(jié)時(shí)間的影響Fig.2 Influences of the dosages of metakaolin and fly ash on setting time of AASCM

還有學(xué)者對(duì)堿激發(fā)膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間做了很多基礎(chǔ)性研究工作。馬國(guó)偉等[12]研究以不同粒化高爐礦渣粉替代量對(duì)偏高嶺土基地質(zhì)聚合物凝結(jié)時(shí)間的影響，在該研究中發(fā)現(xiàn)隨著?；郀t礦渣粉替代量的增加，偏高嶺土基地聚物的凝結(jié)時(shí)間逐漸縮短，與本文試驗(yàn)結(jié)果一致。葉家元等[16]研究發(fā)現(xiàn)在堿激發(fā)膠凝材料中加入含鈣物質(zhì)可以起到促凝作用。在高堿性條件下，提高Ca2+濃度可以生成Ca(OH)2并迅速結(jié)晶析出，以Ca(OH)2晶體成為新的成核基體而誘導(dǎo)生成C-A-S-H凝膠。提高Ca2+濃度亦間接提高Ca/Si比可以促使堿激發(fā)膠凝材料凝結(jié)。而本文以不同替代量摻入偏高嶺土和粉煤灰，這二者富含Si、Al(如表1所示)，摻入偏高嶺土或粉煤灰均使Ca/Si比降低，Ca2+濃度較低使得新的成核基體難以形成，延緩C-A-S-H凝膠生成。因此，以上兩種復(fù)摻方式均可對(duì)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料起到一定緩凝作用。

2.2 早期強(qiáng)度與折壓比

表3顯示了單摻偏高嶺土及復(fù)摻偏高嶺土與粉煤灰兩種配合比時(shí)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的力學(xué)性能。這兩種情況下堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的早期抗折強(qiáng)度均隨齡期的增長(zhǎng)而增大。對(duì)于單摻偏高嶺土且摻量不超過40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的情況下，早期堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的抗折強(qiáng)度與不摻偏高嶺土的空白組試件(M0)最大相差約3.2%。這說明偏高嶺土的加入對(duì)于堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的早期抗折強(qiáng)度無明顯影響。在摻入20%偏高嶺土的基礎(chǔ)上再以10%～20%粉煤灰替代礦渣粉，各摻量下的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料6 h和72 h抗折強(qiáng)度均隨齡期增加而增大，而且摻入粉煤灰后的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的早期抗折強(qiáng)度比不摻時(shí)(MK2)高2 MPa左右。從拆模養(yǎng)護(hù)至6 h，摻入10%粉煤灰的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，但到了72 h時(shí)其抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)速度放緩。然而，摻入20%粉煤灰時(shí)卻與之相反，6 h時(shí)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的抗折強(qiáng)度較低，與不摻時(shí)(MK2)相近；72 h時(shí)的抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)速度加快，其大小提高約40%且與各摻量下的試件強(qiáng)度相差不大。

堿-礦渣復(fù)合膠凝材料抗壓強(qiáng)度隨齡期的增加而增大，養(yǎng)護(hù)至6 h其抗壓強(qiáng)度為24～41 MPa， 72 h時(shí)其抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)至60～75 MPa。對(duì)于單摻偏高嶺土的樣品，偏高嶺土的摻量對(duì)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的6 h抗壓強(qiáng)度影響不大，但隨著偏高嶺土摻量增大，該復(fù)合膠凝材料的72 h抗壓強(qiáng)度呈減小的趨勢(shì)。然而，復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰時(shí)，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的6 h和72 h抗壓強(qiáng)度均隨粉煤灰摻量的增加而減小。

快硬早強(qiáng)是堿-礦渣復(fù)合膠凝材料早期水化反應(yīng)的顯著特點(diǎn)，其優(yōu)異的抗?jié)B性、耐火性等使之成為水泥基材料技術(shù)領(lǐng)域的研究熱門。然而，與普通硅酸鹽水泥相比，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料自生收縮較大，使得其作為結(jié)構(gòu)材料更容易出現(xiàn)脆性斷裂和鋼筋腐蝕問題。這樣一來，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料在未來工程中應(yīng)用和推廣遇到了相當(dāng)程度的“瓶頸期”。目前，有效控制普通硅酸鹽水泥基材料收縮和開裂的主要技術(shù)路線是加入適當(dāng)膨脹劑或減縮劑來補(bǔ)償或降低水泥水化和干燥引起的收縮，但堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的收縮控制問題處于探索階段，所采用的技術(shù)路線與普通硅酸鹽水泥基材料一致。梅林[17]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在堿-礦渣水泥混凝土中復(fù)摻明礬石膨脹劑和少量生石灰對(duì)控制收縮具有一定效果，但同時(shí)犧牲了一定程度的工作性，而且凝結(jié)時(shí)間縮減、強(qiáng)度下降顯著。Palacios等[18]研究發(fā)現(xiàn)，以聚丙烯乙二醇作為減縮劑可以降低堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的自生收縮和干燥收縮，但與同條件下普通硅酸鹽水泥相比，其收縮值仍大近1倍。除上述技術(shù)路線外，礦物微粒的“微集料”效應(yīng)可對(duì)水泥基膠凝材料產(chǎn)生增強(qiáng)增韌效果，這一點(diǎn)早已被大家發(fā)現(xiàn)[19-20]。通常，折壓比是表征水泥基材料韌性的重要指標(biāo)之一，水泥基材料的韌性隨折壓比增大而提高[21]。從表3可以看出，由于齡期的發(fā)展(從6 h到72 h)，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的折壓比緩慢減小，韌性亦隨之減弱。72 h時(shí)堿-礦渣膠凝材料的折壓比隨偏高嶺土摻量增加呈現(xiàn)出較弱的增長(zhǎng)趨勢(shì)。但是，在此基礎(chǔ)上再摻入粉煤灰，可顯著提高堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的折壓比。在偏高嶺土和粉煤灰各摻20%情況下，6 h齡期時(shí)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的折壓比由0.115(MK2)增至0.189，約提高了64%；而72 h齡期時(shí)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的折壓比由0.087(MK2)增至0.143，約提高了64%。

表3 偏高嶺土及粉煤灰摻量對(duì)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料早期強(qiáng)度的影響Table 3 Influences of the dosages of metakaolin and fly ash on early age strength of AASCM

偏高嶺土在強(qiáng)堿和較高溫度環(huán)境下才能迅速發(fā)生聚合反應(yīng)。而本文采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度較低，這就使得偏高嶺土即使處于強(qiáng)堿性環(huán)境中,Si-O、Al-O鍵仍然難以斷裂，進(jìn)而不能與液相中Ca2+生成C-A-S-H凝膠，影響了早期強(qiáng)度發(fā)展,但偏高嶺土可填充孔隙以保證早期強(qiáng)度。粉煤灰處于堿性環(huán)境中，其硅鋁玻璃球體中的部分Si-O、Al-O鍵與極性較強(qiáng)的OH-、Ca2+及剩余石膏發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和鈣礬石，從而產(chǎn)生強(qiáng)度，這就是粉煤灰在普通硅酸鹽水泥中的火山灰反應(yīng)機(jī)理。但是，由于活性較高的硅鋁玻璃球體表面致密且光滑，OH-或極性水分子對(duì)它的侵蝕過程緩慢，而使上述反應(yīng)過程非常緩慢，相應(yīng)生成的水化產(chǎn)物數(shù)量較少，當(dāng)偏高嶺土摻量較大，水膠比較高時(shí)，早期強(qiáng)度會(huì)有所降低。粉煤灰在堿-礦渣復(fù)合膠凝材料中的火山灰效應(yīng)亦是如此。不過，粉煤灰還具有微集料填充效應(yīng)，在堿-礦渣復(fù)合膠凝材料強(qiáng)度發(fā)展初期可起到物理填充作用，降低漿體結(jié)構(gòu)內(nèi)部有害孔的比例，使?jié){體更加密實(shí)勻稱。硬化后的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料漿體結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙減小，漿體與骨料之間的膠結(jié)性增加，這樣一來，使其早期抗折強(qiáng)度略有提升，進(jìn)而提高了該復(fù)合膠凝材料的韌性。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，對(duì)早期強(qiáng)度要求不高時(shí)可適量摻加粉煤灰或其他類似工業(yè)廢渣，不僅能延緩堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間和水化反應(yīng)速率以達(dá)到控制早期化學(xué)收縮的目的，廢渣中的石英、莫來石等低活性微粒還可以起到增韌的效果[22]。

綜上所述，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，堿-礦渣膠凝材料中僅摻入偏高嶺土對(duì)其早期強(qiáng)度和折壓比影響較弱。養(yǎng)護(hù)溫度較低時(shí)偏高嶺土在早期水化反應(yīng)較慢，以填充孔隙作用為主，但在后期強(qiáng)度還會(huì)有所增長(zhǎng)[23]。復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料，粉煤灰的加入不僅起到了延緩水化的作用，還間接提升了材料韌性。因此，堿-礦渣膠凝材料可適當(dāng)摻入偏高嶺土和粉煤灰來改善材料的力學(xué)性能和凝結(jié)時(shí)間，但摻量不宜大于20%。

2.3 粘接強(qiáng)度

復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料具有快硬早強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于局部搶修工程或機(jī)場(chǎng)跑道修復(fù)工程，作為修補(bǔ)材料，與基體的粘接性能也是尤為重要的，粘接強(qiáng)度便是評(píng)價(jià)這一性能的直接指標(biāo)。因此，測(cè)定了28 d時(shí)單摻偏高嶺土及復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰兩種方式的堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的粘接強(qiáng)度，如圖3所示。隨著偏高嶺土摻量的增加(見圖3(a))，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的粘接強(qiáng)度從1.06 MPa增大至1.74 MPa，提高了約60%。偏高嶺土在強(qiáng)堿條件下發(fā)生縮聚反應(yīng)，由環(huán)狀的單體結(jié)構(gòu)逐漸形成特有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使材料的粘接性能明顯提高。當(dāng)復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰(見圖3(b))時(shí)，隨著粉煤灰摻量增加，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的粘接強(qiáng)度變化很小，始終在1.73 MPa上下波動(dòng)，這說明粉煤灰摻量對(duì)該材料粘接強(qiáng)度影響很小。但是，與不摻粉煤灰的樣品(MK2)相比，摻入粉煤灰后堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的粘接強(qiáng)度提高了45%。由此可以看出，在堿-礦渣膠凝材料中復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰可明顯提高膠凝材料的粘接性能，但粉煤灰摻量對(duì)粘接強(qiáng)度的影響不大。

圖3 28 d時(shí)偏高嶺土及粉煤灰摻量對(duì)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料粘接強(qiáng)度的影響Fig.3 Influences of the dosages of metakaolin and fly ash on bonding strength of AASCM at 28 d

3 結(jié) 論

單摻偏高嶺土及復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰對(duì)堿-礦渣復(fù)合膠凝材料均起到一定緩凝作用，但復(fù)摻時(shí)的緩凝效果更加明顯。單摻偏高嶺土的情況下，偏高嶺土摻量對(duì)該復(fù)合膠凝材料的早期抗折、抗壓強(qiáng)度和折壓比影響較弱。然而，隨著偏高嶺土摻量增加，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料的28 d粘接強(qiáng)度提高了約60%。復(fù)摻偏高嶺土和粉煤灰時(shí)，堿-礦渣復(fù)合膠凝材料早期抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量增加而減小，但與單摻偏高嶺土情況相比，72 h時(shí)的抗折強(qiáng)度增加了40%且折壓比提高了64%。除此之外，復(fù)摻時(shí)該復(fù)合膠凝材料的粘接強(qiáng)度比單摻時(shí)增大了45%，但此時(shí)粉煤灰的摻量對(duì)材料的粘接性能影響不大。因此，堿-礦渣膠凝材料用作快速修補(bǔ)材料時(shí)，若對(duì)材料的韌性有要求，建議適當(dāng)摻入偏高嶺土和粉煤灰可提高其韌性和粘接性能，但摻量不宜大于20%。