激發(fā)劑內(nèi)部參數(shù)對(duì)堿激發(fā)注漿材料性能的影響

遲鳳霞，韓 博，程沁靈，周文靜

(1.浙江省道橋檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310000；2.浙江省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院，杭州 310000)

0 引 言

道路注漿加固技術(shù)是將具有膠結(jié)能力的漿液通過一定的壓力注入到基體裂隙中，進(jìn)而達(dá)到加固和填充目的[1]，相對(duì)于傳統(tǒng)的開挖修復(fù)，注漿加固技術(shù)顯得更有優(yōu)勢(shì)。目前注漿主要采用水泥基材料，其具有技術(shù)成熟、價(jià)格便宜以及耐久性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用,但也存在泌水率高、可注性差、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等缺陷[2]。而且水泥在生產(chǎn)和應(yīng)用的過程中存在許多環(huán)境問題，如對(duì)自然資源消耗大、排放大量的二氧化碳?xì)怏w。據(jù)報(bào)道，全球水泥生產(chǎn)每年產(chǎn)生約13.5萬億t二氧化碳，約占所有溫室氣體排放量的7%，占全球能源消耗的3%[3-6]。對(duì)于需求量日益增加的注漿工程而言，高能耗的水泥注漿材料勢(shì)必會(huì)被綠色環(huán)保的注漿材料替代。

堿激發(fā)膠凝材料已成為水泥基材料最有潛力的替代品，堿激發(fā)礦渣作為堿激發(fā)膠凝材料的主要類型之一，其成本較傳統(tǒng)的堿激發(fā)偏高嶺土材料低[7]，且在堿激發(fā)反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的活性，具有制備高性能道路注漿快速修復(fù)材料的潛質(zhì)。礦渣微粉(ground granulated blast furnace slag,GGBFS)是鐵礦石冶煉工業(yè)的副產(chǎn)品，與水泥相比，在生產(chǎn)過程中可減少約25%～50%的二氧化碳排放，降低40%以上的能量消耗。因此，礦渣堿激發(fā)膠凝材料具有廣闊的應(yīng)用前景[8-9]。不同于普通堿激發(fā)膠凝材料，堿激發(fā)注漿材料要求有良好的流動(dòng)性能，需要材料的液固比更高，所以堿激發(fā)注漿材料配合比要兼顧力學(xué)性能和流動(dòng)性能。已有研究結(jié)果表明,對(duì)于氫氧化鈉和硅酸鈉型激發(fā)劑，堿激發(fā)材料的性能主要受激發(fā)劑中OH-和SiO2含量影響[10-12]。但關(guān)于上述兩個(gè)參數(shù)共同對(duì)堿激發(fā)材料性能的影響還鮮有報(bào)道，而且大多為低液固比情況。對(duì)于高液固比且僅以礦渣微粉為被激發(fā)礦料的堿激發(fā)材料，氫氧化鈉和硅酸鈉復(fù)合型激發(fā)劑的模數(shù)與SiO2含量對(duì)堿激發(fā)材料性能的影響規(guī)律還不明確。

本工作采用礦渣微粉為被激發(fā)礦料，并以硅酸鈉和氫氧化鈉配置的水溶液為激發(fā)劑，通過考察新拌漿體流動(dòng)性、硬化后試樣抗折/壓強(qiáng)度和自收縮性能，并結(jié)合結(jié)石體外觀形貌和XRD分析，探究激發(fā)劑內(nèi)部參數(shù)對(duì)單組分堿激發(fā)礦渣注漿材料的影響規(guī)律。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

礦渣微粉為S95級(jí)，由馬鋼嘉華新型建材有限公司提供，化學(xué)成分組成見表1，微觀形貌如圖1所示，從圖1中可看出GGBFS的形狀為不規(guī)則固體顆粒；GGBFS的粒度分布見圖2，D10、D50、D90分別為2.13 μm、12.7 μm、40.1 μm。無水硅酸鈉(NaSiO3)由青島海灣化學(xué)有限公司提供，硅酸鈉的模數(shù)(SiO2/Na2O的摩爾比)為2.314，化學(xué)成分組成見表1，氫氧化鈉采用上海國(guó)藥牌氫氧化鈉分析純(片狀)，純度≥98%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

表1 原材料化學(xué)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Raw material chemical composition (mass fraction) /%

圖1 礦渣微粉的微觀形貌Fig.1 Morphology of GGBFS

圖2 礦渣微粉的粒度分布Fig.2 Particle size distribution of GGBFS

1.2 配合比

通過調(diào)整無水硅酸鈉與水的混合比例實(shí)現(xiàn)對(duì)激發(fā)劑中SiO2含量的控制，并用SiO2物質(zhì)的量濃度表示，而模數(shù)是通過向硅酸鈉溶液中外加氫氧化鈉調(diào)整可以直接反映溶液的堿含量，即模數(shù)越小激發(fā)劑堿性越強(qiáng)。共設(shè)置了3個(gè)不同的SiO2物質(zhì)的量濃度(2 mol/L、3 mol/L、4 mol/L)，且每個(gè)濃度下分別對(duì)應(yīng)4個(gè)模數(shù)(1.0、1.2、1.4、1.6)，共計(jì)12組試驗(yàn)。激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度通過改變硅酸鈉與水的混合比例進(jìn)行調(diào)整，激發(fā)劑模數(shù)采用外加氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)整，具體配比見表2。

表2 配合比Table 2 Mix proportions

1.3 樣品制備及方法

堿激發(fā)注漿材料的制備過程為：第一步配置激發(fā)劑，將硅酸鈉粉末按所需比例溶于水中得到硅酸鈉水溶液，然后向其中加入一定量的氫氧化鈉，使其達(dá)到所需的激發(fā)劑模數(shù)，在加入氫氧化鈉后溶液溫度會(huì)迅速上升，一般可達(dá)80 ℃，需將得到的激發(fā)劑降至常溫。第二步制備堿激發(fā)注漿材料，先將稱量好的GGBFS粉末放入攪拌鍋中并啟動(dòng)攪拌機(jī)，然后加入配置好的激發(fā)劑溶液，攪拌時(shí)間共計(jì)180 s。

由于堿激發(fā)注漿材料不同于普通堿激發(fā)材料，其要求有優(yōu)異的流動(dòng)性能，因此堿激發(fā)注漿材料需要兼顧力學(xué)性能和流動(dòng)性能。新拌漿液首先進(jìn)行流動(dòng)性測(cè)試，采用泥漿流動(dòng)漏斗評(píng)價(jià)注漿材料的流動(dòng)性，泥漿漏斗的流出管孔徑為5 mm，長(zhǎng)度為100 mm，清潔水注入粘度計(jì)流出500 mL所需的時(shí)間為15 s。同時(shí)對(duì)堿激發(fā)注漿材料的自收縮性能進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)方法參照ASTM C1698—2009標(biāo)準(zhǔn)[13]。首先將外徑為(29±0.5) mm，長(zhǎng)度為(420±5) mm的波紋塑料管的一端用端塞密封，然后將新拌的漿液灌入波紋管中，接下來將裝滿漿體的波紋管另一端也用端塞密封，并水平放置在測(cè)試架上開始測(cè)試。每組配方做2根，微應(yīng)變?nèi)?根試件的平均值，室內(nèi)溫度保持為20 ℃。

另一部分新拌漿液注入40 mm×40 mm×160 mm三聯(lián)模中，并用保鮮膜覆蓋表面盡量減少水分散失，室溫養(yǎng)護(hù)1 d后脫模，然后將試件移入20 ℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中直至測(cè)試齡期。每個(gè)試驗(yàn)組成型9個(gè)試件，每個(gè)齡期測(cè)試3個(gè)，分別用于1 d、7 d和28 d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試。各齡期試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后，進(jìn)行取樣，然后用酒精浸泡終止反應(yīng)，用于后續(xù)XRD表征。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動(dòng)性

堿激發(fā)注漿材料流動(dòng)性的好壞決定了其對(duì)路面深層位病害的加固效果，流動(dòng)性好的漿體可注性好、滲透能力強(qiáng)，漿體受到相對(duì)較小的壓力即可注入路面隱蔽病害處，并沿基體裂隙擴(kuò)散，通過縮聚反應(yīng)將松散的基體結(jié)石成一個(gè)整體，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)路面深層位病害的最佳效果。圖3為激發(fā)劑的模數(shù)及激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度對(duì)漿體流動(dòng)性的影響，從圖中可看出，激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度為2 mol/L時(shí)，激發(fā)劑模數(shù)對(duì)漿體流動(dòng)性影響不大，流動(dòng)時(shí)間隨激發(fā)劑模數(shù)增加僅有少量增大。但當(dāng)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度高于2 mol/L時(shí)，漿體的流動(dòng)時(shí)間卻隨激發(fā)劑模數(shù)減小而增大，即激發(fā)劑模數(shù)越小漿體流動(dòng)性越差，并且激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度越高模數(shù)對(duì)工作性的影響越明顯。

圖3 新拌漿體流動(dòng)時(shí)間Fig.3 Flow time of the fresh grouts

發(fā)生上述現(xiàn)象的原因主要是，在反應(yīng)早期，礦渣微粉逐漸被強(qiáng)堿溶解，并釋放CaO以及由玻璃體解構(gòu)出的硅氧四面體和鋁氧四面體，這些硅氧四面體和鋁氧四面體以及堿激發(fā)劑中游離態(tài)的SiO2會(huì)迅速發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成無定形聚合體，同時(shí)CaO也參與反應(yīng)并生成水化C-S-H和水化C-A-S-H[11]。而且Ca和Al對(duì)漿體的流動(dòng)性和凝結(jié)時(shí)間有明顯的影響，漿體中Ca和Al濃度越高其流動(dòng)性越差、凝結(jié)時(shí)間越短[14]。所以激發(fā)劑模數(shù)越小即堿性越強(qiáng)，使得礦渣微粉快速溶解，加快了縮聚反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致漿體流動(dòng)性變差。但當(dāng)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度較低時(shí)，雖然模數(shù)低的激發(fā)劑可以加快縮聚反應(yīng)的進(jìn)行，從而使得漿體流動(dòng)度降低，但模數(shù)高的激發(fā)劑黏度大，也會(huì)導(dǎo)致漿體流動(dòng)性降低，進(jìn)而表現(xiàn)出激發(fā)劑模數(shù)對(duì)漿體流動(dòng)時(shí)間影響不大的現(xiàn)象。

2.2 自收縮

共選取8個(gè)試驗(yàn)組研究激發(fā)劑對(duì)堿激發(fā)注漿材料自收縮性能的影響，其中SiO2-2-m-1.2、SiO2-3-m-1.2和SiO2-4-m-1.2試驗(yàn)組主要考察低模數(shù)條件下激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度對(duì)自收縮的影響；SiO2-2-m-1.6、SiO2-3-m-1.6和SiO2-4-m-1.6試驗(yàn)組主要考察高模數(shù)條件下激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度對(duì)自收縮的影響；SiO2-3-m-1.0、SiO2-3-m-1.2、SiO2-3-m-1.4和SiO2-3-m-1.6試驗(yàn)組主要考察激發(fā)劑模數(shù)對(duì)自收縮的影響。從堿激發(fā)漿體達(dá)到終凝時(shí)開始記錄形變，記錄間隔為5 min，直至168 h。

圖4為激發(fā)劑對(duì)堿激發(fā)注漿材料自收縮性能的影響，從圖4(a)中可以看出，對(duì)于激發(fā)劑模數(shù)為1.2的低模數(shù)試驗(yàn)組，隨著激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度的增加試件自收縮逐漸增大，且SiO2-2-m-1.2、SiO2-3-m-1.2和SiO2-4-m-1.2試驗(yàn)組在測(cè)試168 h后，總收縮量分別達(dá)到-1 126.082 5 μm/m、-2 516.723 4 μm/m、-4 011.130 4 μm/m。而對(duì)于激發(fā)劑模數(shù)為1.6的高模數(shù)試驗(yàn)組，隨著激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度的增加試件自收縮也表現(xiàn)為逐漸增大，但相對(duì)于低模數(shù)組的相同SiO2物質(zhì)的量濃度試件，高模數(shù)組試件的自收縮更小。另外，低模數(shù)組的SiO2-3-m-1.2和SiO2- 4-m-1.2試件以及高模數(shù)組的SiO2-4-m-1.6試件自收縮主要發(fā)生在前24 h，而SiO2-2-m-1.2、SiO2-3-m-1.6和SiO2-2-m-1.6組試件的自收縮在早期表現(xiàn)緩慢，24 h后開始逐漸增加，其中SiO2-2-m-1.6試件自收縮幾乎不收縮。

圖4 堿激發(fā)注漿材料的自收縮Fig.4 Autogenous shrinkage of alkali-activated grouting materials

上述現(xiàn)象主要是由于，同模數(shù)的激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度越高則參與堿激發(fā)反應(yīng)的有效成分越多，注漿材料中堿激發(fā)反應(yīng)更迅速，使得堿激發(fā)材料內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度快速下降，導(dǎo)致內(nèi)部毛細(xì)管中彎液面的表面張力快速增加，所以高SiO2物質(zhì)的量濃度的試件在早齡期收縮更加迅速且更為嚴(yán)重。而對(duì)于相同SiO2物質(zhì)的量濃度的低模數(shù)組試件自收縮比高模數(shù)組更嚴(yán)重這一情況，在圖4(b)得到更直觀的展現(xiàn)，從圖中可發(fā)現(xiàn)，激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度一定時(shí)，激發(fā)劑模數(shù)越低試件的自收縮越嚴(yán)重，這主要是由于低模數(shù)的激發(fā)劑堿性更強(qiáng)，使得堿激發(fā)反應(yīng)更為迅速，從而導(dǎo)致注漿材料的自收縮增大。上述情況說明，激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度和模數(shù)都是影響堿激發(fā)注漿材料自收縮的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，所以對(duì)于SiO2-2-m-1.6試件幾乎不收縮主要是因?yàn)椋浼ぐl(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度最小且模數(shù)為最大，此時(shí)激發(fā)劑的堿激發(fā)能力最差。

2.3 力學(xué)性能

2.3.1 抗壓強(qiáng)度

圖5為激發(fā)劑的模數(shù)及激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度對(duì)不同齡期注漿材料抗壓強(qiáng)度的影響，從圖中可以看出，激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度為4 mol/L時(shí)，注漿材料各齡期抗壓強(qiáng)度隨模數(shù)的變化主要表現(xiàn)為:1 d抗壓強(qiáng)度隨模數(shù)的降低而減小且?guī)缀醵几哂?0 MPa，7 d和28 d抗壓強(qiáng)度也表現(xiàn)為隨模數(shù)降低而減小的趨勢(shì)，其中各組試件的7 d抗壓強(qiáng)度值相對(duì)于1 d增加不明顯，而模數(shù)高于1.4的試件28 d抗壓強(qiáng)度相對(duì)于7 d增加明顯，模數(shù)低于1.4的試件28 d抗壓強(qiáng)度卻出現(xiàn)明顯的倒縮現(xiàn)象。對(duì)于激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度為3 mol/L時(shí)的注漿材料，模數(shù)與試件的1 d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，即隨模數(shù)的降低試件強(qiáng)度逐漸增大，但7 d抗壓強(qiáng)度隨模數(shù)的降低而減小，并且模數(shù)低于1.4的試件28 d抗壓強(qiáng)度也出現(xiàn)了比較明顯的倒縮現(xiàn)象。對(duì)于激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度為2 mol/L時(shí)的注漿材料，1 d抗壓強(qiáng)度也表現(xiàn)出隨模數(shù)的降低而增大的現(xiàn)象，每種注漿材料的7 d抗壓強(qiáng)度值相對(duì)于1 d都有所增加，但隨模數(shù)的增大各試件抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)為無序變化，模數(shù)為1.6的試件28 d抗壓強(qiáng)度相對(duì)于7 d有所降低，模數(shù)小于1.6的試件28 d抗壓強(qiáng)度相對(duì)于7 d都有所增加。

圖5 硬化漿體抗壓強(qiáng)度Fig.5 Concrete compressive of hardened paste

出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因是，當(dāng)激發(fā)劑中 SiO2物質(zhì)的量濃度低于4 mol/L時(shí)，由于激發(fā)劑的模數(shù)決定著其中硅氧四面體的聚合狀態(tài)，激發(fā)劑的模數(shù)越低，其中硅氧四面體的聚合度越低且單聚體、單體數(shù)量越多，所以低模數(shù)激發(fā)劑具有更高的活性[12]，使得堿激發(fā)反應(yīng)進(jìn)行的更快。因此，1 d早齡期抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)為隨模數(shù)的減小而增大的趨勢(shì)。當(dāng)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度升高到4 mol/L時(shí)，激發(fā)劑中有效成分濃度較高，堿激發(fā)受模數(shù)大小影響減弱反應(yīng)會(huì)快速進(jìn)行，但模數(shù)越大對(duì)強(qiáng)度的發(fā)展促進(jìn)作用更強(qiáng)。

在中后期隨著反應(yīng)的進(jìn)行，模數(shù)高的試件強(qiáng)度進(jìn)一步增大，但對(duì)于激發(fā)劑中 SiO2物質(zhì)的量濃度高于2 mol/L且模數(shù)低的試件，由于OH-的濃度較高使得早期反應(yīng)快速進(jìn)行，但生成的水化產(chǎn)物會(huì)在礦渣微粉表面形成一層保護(hù)膜阻止反應(yīng)的進(jìn)行，從而導(dǎo)致強(qiáng)度發(fā)展減慢[12]。對(duì)于一些試件28 d齡期強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮問題，這主要是堿過量的緣故，過量的堿會(huì)與空氣中的CO2反應(yīng)生成碳酸鹽，導(dǎo)致試件強(qiáng)度降低。

2.3.2 抗折強(qiáng)度與折壓比

圖6(a)為激發(fā)劑的模數(shù)及激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度對(duì)不同齡期注漿材料抗折強(qiáng)度的影響，從圖中可以看出，激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度對(duì)試件各齡期抗折強(qiáng)度的影響較為明顯，在模數(shù)相同的情況下，SiO2物質(zhì)的量濃度越高試件的抗折強(qiáng)度越差。當(dāng)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度為4 mol/L時(shí)，試件各齡期的抗折強(qiáng)度均較低，且模數(shù)越低抗折強(qiáng)度越差。出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要是堿激發(fā)反應(yīng)過快所致，堿激發(fā)反應(yīng)進(jìn)行過快會(huì)導(dǎo)致試件產(chǎn)生嚴(yán)重的收縮，在試件表面產(chǎn)生微裂紋并隨反應(yīng)的進(jìn)行向內(nèi)部延伸，最終使試件開裂。圖6(b)為各試件的折壓比，微裂紋雖然不會(huì)顯著影響試件的抗壓強(qiáng)度，但會(huì)降低折壓比，對(duì)注漿材料的韌性及抗?jié)B性等耐久性產(chǎn)生不利影響。

圖6 硬化漿體抗折強(qiáng)度與折壓比Fig.6 Flexural strength and flexural compressive ratio of hardened paste

2.4 形貌分析

圖7為不同類型試件的28 d斷裂面形貌，從圖中可看出，激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度為2 mol/L時(shí)，不同模數(shù)試件之間的斷裂面形貌無明顯差異且都很平整，斷面均未發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋。而激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度升高到3 mol/L時(shí)，不同模數(shù)試件之間的斷裂面形貌存在明顯差異，圖7(e)中試件斷面存在局部泛白，說明試件在未進(jìn)行抗折試驗(yàn)之前已嚴(yán)重開裂并存在一定程度的析堿，這也解釋了其抗折強(qiáng)度為零的原因。圖7(f)和(g)中試件邊緣凸凹交錯(cuò)，說明兩個(gè)試件表面都存在一定的宏觀裂紋，試件受力后會(huì)沿著已有裂紋發(fā)展直至斷裂，進(jìn)而表現(xiàn)出圖中形貌。圖7(h)中試件斷面也存在局部白色，但與圖7(e)中試件情況不同，該試件邊緣的白色為未充分反應(yīng)的GGBFS，因此該現(xiàn)象也解釋了其早期強(qiáng)度較低的原因。當(dāng)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度進(jìn)一步升高到4 mol/L時(shí)，不同模數(shù)試件之間的斷裂面形貌也存在一定差異，并且所有試件的斷面都更加光滑，該現(xiàn)象對(duì)試件抗折強(qiáng)度不利。從圖7(i)試件斷面中可以發(fā)現(xiàn)明顯的縱向裂縫，這主要是試件中堿嚴(yán)重過量，使得試件內(nèi)部出現(xiàn)開裂，從而導(dǎo)致試件強(qiáng)度降低。

圖7 試件28 d斷裂面形貌Fig.7 Failure section photos of the 28 d specimen

為了更直觀地展現(xiàn)激發(fā)劑中堿過量會(huì)導(dǎo)致堿激發(fā)注漿材料發(fā)生裂解這一現(xiàn)象，對(duì)高堿含量的SiO2-4-m-1.0和低堿含量的SiO2-2-m-1.4試件在28 d齡期分別測(cè)試兩個(gè)試樣，各余下一個(gè)試樣放在室內(nèi)無振動(dòng)干擾處暴露于空氣中，室溫控制在20～25 ℃，并用照相機(jī)記錄試件的28 d外觀形貌，然后在56 d和72 d也進(jìn)行外觀形貌記錄。圖8為SiO2-4-m-1.0和SiO2-2-m-1.4試件的外觀形貌變化圖，從圖中看可出，隨著時(shí)間的進(jìn)行，高堿含量的SiO2-4-m-1.0試件會(huì)逐漸被風(fēng)化，試件在72 d后已裂解的非常嚴(yán)重，不再具有強(qiáng)度，而低堿含量的SiO2-2-m-1.4試件隨著齡期的延長(zhǎng)未出現(xiàn)風(fēng)化現(xiàn)象。通過以上試驗(yàn)現(xiàn)象可知，堿激發(fā)注漿材料要嚴(yán)格控制激發(fā)劑堿含量。

2.5 XRD分析

為了進(jìn)一步了解不同齡期堿激發(fā)注漿材料的物相組成以及由堿過量導(dǎo)致的試件表面生成物物相組成，對(duì)不同齡期的SiO2-2-m-1.2樣品成分和28 d齡期SiO2-4-m-1.0試件表面剝落物成分進(jìn)行了物相分析。圖9(a)是不同齡期的SiO2-2-m-1.2樣品，從圖中可以看出，各齡期試件在2θ為29.5°附近都出現(xiàn)了明顯的衍射峰，該衍射峰為堿激發(fā)材料的主要水化產(chǎn)物C-A-S-H[15-16]，各齡期試件的XRD譜中還存在類水滑石相，其特征峰在2θ為11.6°、23.4°、34.8°處。除此之外，方解石相在各齡期試件的XRD譜中也可被發(fā)現(xiàn)，這主要是樣品制備過程中碳化作用導(dǎo)致[17]。圖9(b)為SiO2-4-m-1.0試件在28 d齡期時(shí)表面成分的XRD譜，由圖可知，28 d齡期SiO2-4-m-1.0試件表面生成的物質(zhì)主要成分為單斜鈉鈣石(Na2Ca(CO3)2·5H2O)，該物質(zhì)常見于碳酸鈉激發(fā)礦渣的產(chǎn)物中，是一種常見的二次反應(yīng)產(chǎn)物[18-19]，該產(chǎn)物在SiO2-4-m-1.2和SiO2-3-m-1.0試件表面也有發(fā)現(xiàn)。Na2Ca(CO3)2·5H2O在干燥條件下是不穩(wěn)定相，會(huì)發(fā)生脫水反應(yīng)具體反應(yīng)見方程(1)，上述情況會(huì)導(dǎo)致堿激發(fā)材料質(zhì)量損失增加，從而出現(xiàn)收縮開裂[20]。

圖9 樣品的XRD譜Fig.9 XRD patterns of samples

(1)

3 結(jié) 論

(1)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度比模數(shù)對(duì)漿體工作性的影響作用更明顯，但激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度高于2 mol/L時(shí)，模數(shù)對(duì)漿體工作性的影響作用會(huì)逐漸顯現(xiàn)。

(2)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度和模數(shù)都是影響堿激發(fā)注漿材料自收縮的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，并共同控制堿激發(fā)材料的自收縮。表現(xiàn)為激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度越大而模數(shù)越低時(shí)，堿激發(fā)注漿材料的自收縮越嚴(yán)重，反之，激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度越小而模數(shù)越大時(shí)，堿激發(fā)注漿材料的自收縮越小。

(3)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度和模數(shù)都為強(qiáng)度的主要影響因素，激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度大于2 mol/L時(shí)，模數(shù)應(yīng)控制在1.2以上，否則將導(dǎo)致堿激發(fā)注漿材料的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的倒縮。

(4)激發(fā)劑中SiO2物質(zhì)的量濃度應(yīng)控制在4 mol/L以下，否則將導(dǎo)致堿激發(fā)材料的折壓比過低，會(huì)對(duì)韌性、耐久性產(chǎn)生不利影響。