摘 要:目的對礦渣基無機礦物聚合物與高效減水劑的適應性進行研究,確保在工程中的應用. 方法用不同模數(shù)的水玻璃激發(fā)礦渣與偏高嶺土粉料制備礦渣基無機礦物聚合物,以礦渣基無機礦物聚合物凈漿流動度及高效減水劑在礦渣基無機礦物聚合物膠砂中的最佳摻量為考核指標進行試驗. 結果萘系減水劑的飽和摻量為2. 0 % ,最佳摻量為0. 6 %;蜜胺系減水劑的飽和摻量為2. 3 % ,最佳摻量為1. 6 %. 結論礦渣基無機礦物聚合物與萘系減水劑和蜜胺系減水劑均有較好的適應性,表現(xiàn)為有明顯的飽和點和最佳摻量.關鍵詞:礦渣基無機礦物聚合物;高效減水劑;適應性;流動度
中圖分類號: TU502 文獻標識碼:A
自1978 年法國教授Davidovit s 提出無機礦物聚合物(geopolymer) 這一名詞以來[1 ] ,由于可以把含鋁硅酸鹽的固體廢棄物轉變成有用的建筑材料,因此得到各國學者的廣泛關注并對其進行了深入的研究. 無機礦物聚合物是一種新型的三維鋁硅酸鹽凝膠,硅氧四面體和鋁氧四面體通過氧原子連接在一起[2 ] . 與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比,無機礦物聚合物制備過程中無需高溫煅燒,二氧化碳排放量也比生產硅酸鹽水泥低70 %～80 %[3 ] ,且原材料多為鋁硅酸鹽礦物或粉煤灰、礦渣等,因而具有明顯的經濟效益和環(huán)境效益.目前研究主要集中在對無機礦物聚合物機理方面,而對其作為新型膠凝材料在混凝土中的應用研究還較少. 在預拌混凝土中,膠凝材料與高效減水劑的適應性是很重要的一個問題. 若膠凝材料與高效減水劑的適應性不好,會造成混凝土的坍落度損失過大,導致工程無法施工,嚴重時還會影響混凝土的強度及耐久性,致使建筑物的使用壽命大大縮短[4 ] . 針對這種情況,筆者以礦渣、偏高嶺土為主要原材料,用不同模數(shù)的水玻璃作為激發(fā)劑,制備新型膠凝材料- 礦渣基無機礦物聚合物,在此基礎上研究其與萘系和蜜胺系高效減水劑的適應性.
1 原材料與試驗方法
1. 1 原材料
(1) 偏高嶺土:采用內蒙古產煅燒高嶺土,主要技術參數(shù)如表1.
(2) 礦渣:采用鞍山鋼鐵股份有限公司產?；郀t礦渣粉. 經檢驗,符合GB/ T18046 - 2000 標準要求,主要技術參數(shù)如表2.
(3) 水玻璃:沈陽方達化工廠生產,模數(shù)3. 4.
(4) NaOH: 國藥集團化學試劑有限公司生產,分析純試劑,白色均勻粒狀或片狀固體,質量分數(shù)不小于96. 0 %.
(5) 水為自來水.
(6) 減水劑: BFN - 4 高效減水劑, 萘系; JL118 高效減水劑,蜜胺系.
1. 2 試驗方法
根據(jù)前期試驗,確定粉料中偏高嶺土與礦渣的比例為3∶7 ,液固比為0. 6 ,改變減水劑的摻量拌制無機礦物聚合物凈漿[5 ] . 將稱好的粉料按比例混合均勻后放入凈漿攪拌機中,加入預先配好的水玻璃溶液進行攪拌, 攪拌時間為先慢攪2min ,再快攪3 min ,將漿體迅速注入截錐圓模內用刀刮平,將截錐圓模向上垂直提起,用直尺量取流淌部分互相垂直的兩個方向的最大直徑,取平均值作為凈漿的流動度值. 根據(jù)GB/ T17671 -1999《水泥膠砂強度檢驗方法( ISO) 》,調整無機礦物聚合物膠砂用材料的質量配合比為m (混合粉料) ∶m (標準砂) ∶m (水玻璃溶液)= 1∶3∶0. 6其他試驗步驟與GB/ T17671 - 1999 相同.通過在模數(shù)為3. 4 工業(yè)水玻璃中加入氫氧化鈉來配制模數(shù)( M)為1. 0 ,1. 2 和1. 4 的水玻璃,不同模數(shù)的水玻璃摻量(以Na2O 計)為粉料的3 %.
2 試驗結果與分析
2. 1 萘系減水劑對礦渣基無機礦物聚合物凈漿流動度的影響
不同萘系減水劑摻量對礦渣基無機礦物聚合物凈漿流動度影響如圖1 所示.
從圖1 中可以看出,礦渣基無機礦物聚合物凈漿的流動度,隨著萘系減水劑摻量的增加,呈現(xiàn)出增長的趨勢,當萘系減水劑的摻量為2 %時,流動度不再增加,摻量達到飽和,表明萘系減水劑在礦渣基無機礦物聚合物凈漿中存在飽和點. 在水玻璃模數(shù)為1. 0 、1. 2 和1. 4 中,模數(shù)為1. 4 的水玻璃堿度相對較低,使得偏高嶺土與礦渣混合料在其激發(fā)作用下,混合料中的二氧化硅和氧化鋁發(fā)生硅氧鍵和鋁氧鍵的斷裂反應較慢[6 ] ,致使無機礦物聚合反應較慢,流動度較大.
2. 2 蜜胺系減水劑對礦渣基無機礦物聚合物凈漿流動度的影響
不同蜜胺系減水劑摻量對礦渣基無機礦物聚合物凈漿流動度影響如圖2 所示.
從圖2 中可以看出,蜜胺系減水劑在礦渣基無機礦物聚合物凈漿中同樣存在飽和摻量,飽和摻量為2. 3 %. 在同一減水劑摻量下,水玻璃模數(shù)為1. 4 的凈漿的流動度最大,同樣是由于水玻璃模數(shù)大而堿度相對較低,從而使得無機礦物聚合物反應較慢,流動度較大.
2. 3 萘系減水劑對礦渣基無機礦物聚合物膠砂強度的影響
萘系減水劑摻量對礦渣基無機礦物聚合物膠砂強度影響的試驗結果如圖3 、圖4 所示.
從圖3 、圖4 可知,隨著萘系減水劑摻量的增加,礦渣基無機礦物聚合物的膠砂強度呈現(xiàn)出先
增大后變小的趨勢,說明萘系減水劑在礦渣基無機礦物聚合物膠砂中存在最佳摻量,當萘系減水劑摻量為0. 6 %時,不同模數(shù)水玻璃激發(fā)作用下制備成的礦渣基無機礦物聚合物的膠砂強度達到最大值. 模數(shù)為1. 0 水玻璃激發(fā)效果較好,制得的無機礦物聚合物的膠砂強度最高,7 d 抗壓強度為26. 3 MPa. 這是因為模數(shù)為1. 0 的水玻璃堿度高,混合料中的玻璃體氧化物在強堿環(huán)境下容易斷鍵并重新聚合成三維網(wǎng)絡結構[7 ] ,因此膠砂強度較高.
2. 4 蜜胺系減水劑對礦渣基無機礦物聚合物膠砂強度的影響
蜜胺系減水劑摻量對礦渣基無機礦物聚合物膠砂強度影響的試驗結果如圖5 、圖6 所示.
從圖5 、圖6 可知,蜜胺系減水劑在礦渣基無機礦物聚合物膠砂中的最佳摻量為1. 6 % ,此時礦渣基無機礦物聚合物膠砂和易性較好,且當水玻璃模數(shù)為1. 0 時,7 d 抗壓強度與抗折強度同時達到最大值,分別為24. 7 MPa 和4. 4 MPa. 蜜胺系減水劑對礦渣基無機礦物聚合物有強烈分散作用[8 - 9 ] ,不僅能提高無機礦物聚合物膠砂的流動性,而且還能降低用水量,從而提高礦渣基無機礦物聚合物的膠砂強度.
3 結 論
礦渣基無機礦物聚合物與萘系減水劑和蜜胺系減水劑均具有較好的適應性,兩種高效減水劑在礦渣基無機礦物聚合物凈漿中都有明顯的飽和點和較小的飽和摻量,在礦渣基無機礦物聚合物膠砂中,兩種減水劑都存在最佳摻量,水玻璃模數(shù)為1. 0 時,摻兩種高效減水劑的礦渣基無機礦物聚合物膠砂強度均存在最大值.
參考文獻:
[1 ] Davidovits J . Geopolymers and geopolymeric materials[J ] . Therm. Anal ,1989 ,35(2) :429 - 441.
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[3 ] 王鴻靈,李海紅,馮治中,等. 偏高嶺石基土聚水泥的研究[J ] . 2005 (2) :113 - 116.
[4 ] 范磊,隋同波. 高貝利特水泥與高效減水劑適應性的研究[J ] . 建筑技術與應用,2002 (6) :3 - 6.
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[8 ] 馮乃謙. 新實用混凝土大全[M] . 北京:科學出版社,2005.
[9 ] 馮浩,朱清江. 混凝土外加劑工程應用手冊[M] . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.
