水玻璃對地聚合物凝結(jié)時間和產(chǎn)物的影響

重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）水玻璃對地聚合物凝聚時刻和產(chǎn)物的阻礙學(xué)生：王俊學(xué)號：20083883指導(dǎo)教師：彭小芹教授專業(yè)：材料科學(xué)與工程（建筑材料工程方向）重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二O一二年六月GraduationThesisofChongqingUniversityEffectsofWater-glasstoGeopolymeronTheSettingTimeandProductsUndergraduate:WangJunSupervisor:Prof.PengXiaoqinMajor:MaterialsScienceandEngineering（BuildingMaterialsEngineering）CollegeofMaterialScienceandEngineeringChongqingUniversityJune2012摘要地聚合物是建筑材料中一種新型堿激發(fā)無機(jī)聚合膠凝材料，其反應(yīng)產(chǎn)物是一種三維網(wǎng)絡(luò)狀的無機(jī)聚合物。地聚合物原材料的制備過程中CO2和工業(yè)三廢的排量以及能耗方面都比一般硅酸鹽水泥更具有環(huán)境協(xié)調(diào)性。故地聚合物是一種“綠色環(huán)保材料”，當(dāng)前可持續(xù)進(jìn)展形勢下此種綠色環(huán)保材料有極大的進(jìn)展空間。本課題是基于對地聚合物研究過程中遇到速凝和凝聚時刻不穩(wěn)定的問題制約了地聚合物的進(jìn)一步研究。解決堿激發(fā)偏高嶺土地聚合物凝聚時刻問題，對地聚合物的研究進(jìn)展有極大的促進(jìn)作用。本次試驗要緊研究水玻璃的模數(shù)（M）、摻量以及改性水玻璃等對偏高嶺土基地聚合物凈漿的凝聚硬化規(guī)律和反應(yīng)產(chǎn)物力學(xué)性能；利用FTIR微觀分析方法對堿激發(fā)偏高嶺土的反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)過程進(jìn)行了初步探究。實驗結(jié)果表明：水玻璃模數(shù)與地聚合物凝聚時刻呈負(fù)相關(guān)；隨著水玻璃模數(shù)的增加抗壓強(qiáng)度增長后減低。關(guān)于相同模數(shù)的水玻璃其摻量與凝聚時刻和抗壓呈正相關(guān)；地聚合物早期強(qiáng)度進(jìn)展專門快，但后期強(qiáng)度有倒縮現(xiàn)象。NaCl對拌合物的流淌度、粘度以及凝聚時刻都具有顯著阻礙，但對強(qiáng)度阻礙較小；Na2CO3與水玻璃復(fù)合對地聚合物凝聚時刻阻礙顯著；NaOH對偏高嶺土幾乎沒有激發(fā)效果，必須與水玻璃復(fù)合使用。通過FTIR分析可知，偏高嶺土在水玻璃中發(fā)生溶解，有Si-O-Si鍵的斷裂，凝聚硬化過程中有Si-O-Al鍵形成，推斷發(fā)生了縮聚反應(yīng)，但產(chǎn)物中Q4結(jié)構(gòu)比原材料中Q4結(jié)構(gòu)更少，講明產(chǎn)物中存在或生成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較少。關(guān)鍵詞：地聚合物，凝聚時刻，水玻璃，膠凝材料ABSTRACTGeopolymerisanewtypeofinorganichigh-performancepolymericcementitiousmaterialinbuildingmaterials。Thereactionproductofgeopolymerisinorganicpolycondensationthree-dimensionaloxidenetworkstructure.Rawmaterialsusedtogeopolymerneedlessenergyinthemanufacturingprocess,andhavemuchlowerindustrialwasteemission,ComparedtoordinaryPortlandcementconcrete.Andtherawmaterialhavingbeenusedcanberecycledagain.Geopolymerisasustainable“greenmaterials”.Itislimitedforstudyingthatthesettingtimeisshortandinstability.Itwillpromotegeopolymer`sstudyiftheproblemofthesettingtimeofgeopolymercanberesoved.ThisexperimentationisObservedthelawsofthesettingtimeandmechanicalpropertiesbychangingthemodulus,additionandmodificationofthewaterglass.AnalysisingtheProduct,reactionmechanismandgeopolymerizationbyIR.Followingthelawsbythetestofmetakaolinwithwaterglass.Thesettingtimeofgeopolymerincreasedwiththemodululsgrowthofwaterglass.Thecompressivestrengthofthegeopolymerincreasedfirstlyandthendecreasedwiththemodulusofwaterglassincreased.Thesettingtimeofgeopolymerdecreasedwiththeadditiongrowthofwaterglass.Thecompressivestrengthofthegeopolymerincreasedfirstlyandthendecreasedwiththemodulusofwaterglassincreased.EffectofNaClonthefluidityandviscosityandthesettingtimeofthemixtureissignificant,buttheimpactonthestrengthisnotsignificant;.ItissignificantforthesettingtimeofgeopolymerwithNa2CO3compoundactivatingagent,anditdoesn`teffectformetaaolinwithNaOH.Si-O-Sicanbebrokenwhenmetakaolindissolvedinwaterglass.Si-O-AlbondcanbeformedinInthehardeningprocess.Itindicatesthepresenceorgeneratedthree-dimensionalstructureinproductislessduetoQ4structureintheproductstructurelessthantherawmaterials.Keyword:geopolymer,thesettingtime,waterglass,cementitiousmaterials目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1地聚合物簡介 11.2地聚合物聚合機(jī)理及性能特點 21.2.1地聚合物聚合機(jī)理 21.2.2地聚合物的結(jié)構(gòu)特征和性能特點 21.3國內(nèi)外對地聚合物研究現(xiàn)狀 31.4地聚合物應(yīng)用 41.4.1土木工程 41.4.2非鐵鑄造及冶金 51.4.3建筑裝飾 51.4.4汽車及航空工業(yè) 51.4.5環(huán)保領(lǐng)域 51.5現(xiàn)存問題及本文研究的內(nèi)容 52原材料及試驗方法 72.1原材料 72.1.1偏高嶺土（MK） 72.1.2水玻璃（WG） 72.1.3氫氧化鈉（NaOH） 72.1.4碳酸鈉（Na2CO3） 72.1.5無水硫酸鈉（Na2SO4） 72.1.6氯化鈉（NaCl） 72.1.7硅酸鈉（Na2SiO3·9H2O） 72.1.8水(H2O) 72.2試驗方法 72.2.1針入度測量凝聚時刻 82.2.3力學(xué)性能測試方法 82.2.4紅外光譜分析（FTIR） 83水玻璃對地聚合物凝聚時刻的阻礙 93.1NaOH調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)對地聚合物針入度阻礙 93.2固體硅酸鈉對地聚合物針入度的阻礙 133.3改性水玻璃模數(shù)對地聚合物針入度阻礙 153.3.1Na2CO3和Na2SO4對地聚合物針入度的阻礙 153.3.2NaCl對地聚合物針入度的阻礙 163.4水玻璃摻量對地聚合物針入度的阻礙 173.5水玻璃對地聚合物針入度阻礙的小結(jié) 194水玻璃對地聚合物力學(xué)性能分析 204.1水玻璃模數(shù)對地聚合物抗壓強(qiáng)度的阻礙 204.2水玻璃摻量對地聚合物抗壓強(qiáng)度的阻礙 214.3NaCl摻量對地聚合物抗壓強(qiáng)度的阻礙 224.4水玻璃對地聚合物力學(xué)性能分析小結(jié) 225地聚合物反應(yīng)機(jī)理初探 245.1FTIR圖譜分析 245.2本章小結(jié) 256結(jié)論與展望 266.1結(jié)論 266.2問題及展望 26參考文獻(xiàn) 28致謝 301緒論1.1地聚合物簡介地聚合物的英文為Geopolymer，Geopolymer最早是由法國科學(xué)家JosephDavidovits教授在1985年發(fā)表的的一篇專利[1]中提出來的，被業(yè)界人士廣泛使用。地聚合物要緊以無機(jī)SiO4、AlO4四面體組成的空間三維網(wǎng)狀鍵接結(jié)構(gòu)的新型膠凝材料，由于地聚合物專門的結(jié)構(gòu)形式，使其具有獨特的性能，在建筑材料領(lǐng)域中，地聚合物在用于制作高強(qiáng)材料、耐高溫材料、固核固廢材料和密封材料方面都顯示出良好的性能。地聚合物混凝土與傳統(tǒng)的一般硅酸鹽水泥混凝土相比，具有專門大的優(yōu)勢：一、從性能方面講，地聚合物材料大部分性能都要優(yōu)越于一般硅酸鹽水泥混凝土，例如：地聚合物的早強(qiáng)性能、耐高溫性能、抗凍融性能以及抗酸堿腐蝕性能等；二、從環(huán)境方面講，制備地聚合物原材料不需要高溫煅燒，而且在原料生產(chǎn)過程中的三廢排量也比一般硅酸鹽水泥低專門多，據(jù)統(tǒng)計2011年我國生產(chǎn)水泥20.6億噸，（每噸水泥孰料在生產(chǎn)過程中要釋放近1t的CO2[2]）。三、地聚合物具有固核固廢的作用，如在地聚合物中添加放置專門久的礦渣、粉煤灰和鋼渣等制作地聚合物制品均具有良好的力學(xué)性能，能夠廢物利用，變廢為寶，減少資源白費，降低環(huán)境污染等，同時也降低了地聚合物的使用成本。JosephDavidovits教授以硅鋁比（Si/Al）為依據(jù)，將地聚合物的結(jié)構(gòu)分為三類：PS是指Si/Al=1（-Si-O-Al-O-），PSS是指Si/Al=2（-Si-O-Al-O-Si-O-）和PSDS是指Si/Al=3（-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-），依照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成，在國際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會大分子會議上將其命名為聚鋁硅酸鹽（Polysialate，Sialate是silicon-oxo-aluminate的縮寫），那個名稱明確的體現(xiàn)了這類材料的化學(xué)元素組成，盡管Geopolymer一詞被廣泛使用，然而在一些外文文獻(xiàn)中我們間或依舊能夠看到Polysialate。制備地聚合物要緊由下列兩部分組成：eq\o\ac(○,1)低鈣或者無鈣的硅鋁酸鹽(粘土)的膠凝材料，常用的膠凝材料有粉煤灰、偏高嶺土和礦渣；eq\o\ac(○,2)堿性激發(fā)劑(苛性鉀，苛性鈉，水玻璃，硅酸鉀等)。一般條件下，偏高嶺土在堿激發(fā)下聚合反應(yīng)的生成物是一種無定形的硅鋁酸鹽化合物，而在較高溫度下，可生成類沸石型的微晶體結(jié)構(gòu)，如方鈉石Nan(-Si-O-Al-O-)n、方沸石(Na，Ca，Mg)n(-Si-O-Si-O-)n等。制備地聚合物原料在堿性環(huán)境下礦物中的硅鋁氧化合物經(jīng)歷了一個由解聚后再聚合的過程，形成類似地殼中一些天然礦物的結(jié)構(gòu)。1.2地聚合物聚合機(jī)理及性能特點1.2.1地聚合物聚合機(jī)理JosephDavidovits認(rèn)為在地聚合化過程是，地聚合物在強(qiáng)堿的催化作用下發(fā)生硅氧鍵和鋁氧鍵斷裂重組的過程。本次實驗是以偏高嶺土為要緊組成物質(zhì)，水玻璃為激活劑。堿激發(fā)硅鋁酸鹽礦物的過程要緊分為三個時期[3]：①溶解時期；②形成不定形的水化產(chǎn)物的時期；③脫水聚合實現(xiàn)漿體的硬化時期。以PSS為例講明其反應(yīng)機(jī)理，首先，在強(qiáng)堿(NaOH或KOH)溶液作用下，偏高嶺土和無定型SiO2發(fā)生Si-O和Al-O鍵斷裂，然后，生成硅酸和氫氧化鋁混合溶膠，溶膠顆粒之間部分脫水縮合生成正鋁硅酸，為了平衡正鋁硅酸分子中鋁（+3價，四配位）所帶來的負(fù)電荷，正鋁硅酸分子將溶液中的Na+和K+吸附在其周圍，如下式（1-1）所示[4/5]：（1-1）從上面反應(yīng)式中能夠看出，w=0時，終產(chǎn)物為PS；w=2n時，終產(chǎn)物為PSS；w=4n時，終產(chǎn)物為PSDS。最后，正鋁硅酸分子上的羥基在堿性溶液中或干燥條件下極其不穩(wěn)定，相互吸引形成氫鍵，進(jìn)一步脫水縮合形成聚鋁硅氧大分子鏈，如式（1-2）所示（1-2）地聚合化過程完成之后，我們能夠看出，在堿激發(fā)膠凝材料中Al和Si差不多上和O以四配位形式存在，體系中產(chǎn)物是以[SiO4]4-和[AlO4]5-結(jié)合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在地聚合化過程中發(fā)生縮聚反應(yīng)釋放出水分，由此我們也能夠明白，硬化后的漿體的強(qiáng)度與聚合化程度相關(guān)。1.2.2地聚合物的結(jié)構(gòu)特征和性能特點地聚合物縮聚分子的結(jié)構(gòu)通式為Mn[-(Si-O2-)z-Al-O-]n·wH2O，式中“M”表示Na和/或K，“n”表示縮聚度，“z”表示的硅鋁比(一般z=1、2、3)，“w”表示化學(xué)結(jié)合水的數(shù)目（w約為7）[4]。在地聚合化過程完成之后，地聚合物體系中存在[SiO4]4-和[AlO4]5-四面體兩種基團(tuán)，然而任意兩個[AlO4]5-基團(tuán)是不能通過一個橋氧連接在一起，在內(nèi)部必須以單個形式和四個[SiO4]4-通過搭接橋氧相結(jié)合，而在表面則是與一到三個[SiO4]4-結(jié)合，即SiQ4(4Al)、SiQ4(2Al)和SiQ4(4Si)[6]，地聚合物內(nèi)部組成物質(zhì)具有類沸石結(jié)構(gòu)。地聚合物專門的結(jié)構(gòu)特征使其具有類似與水泥混凝土、陶瓷和有機(jī)高分子聚合物的某些特征，具體優(yōu)點如下所示：力學(xué)性能良好，例如王玉江教授等使用含Na2O（8%）的堿性激發(fā)劑，激發(fā)偏高嶺土，制的了28天強(qiáng)度達(dá)106MPa的地質(zhì)聚合物[7]。早強(qiáng)快硬性，地聚合物具有早起強(qiáng)度高，凝聚時刻快的特點，在環(huán)境溫度為25℃時，堿激發(fā)偏高嶺土地聚合物4h的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到87.5MPa，7d強(qiáng)度能夠到達(dá)到137.6MPa，而且凝聚時刻隨著溫度的升高逐漸縮短[8]。耐腐性良好，在王恩等人的研究中提到，地聚合物在5%的硫酸溶液中,分解率只有硅酸鹽水泥混凝土的1/13,在5%的鹽酸溶液中其分解率只有硅酸鹽水泥混凝土的1/12[9]。抗?jié)B能力強(qiáng)，耐凍融循環(huán)，在本次畢業(yè)設(shè)計課題中，通過肖鑫和周寧的實驗可知：偏高嶺土地聚合物在抗凍融循環(huán)能力和抗?jié)B性方面均表現(xiàn)出良好性能。耐高溫、隔熱效果優(yōu)良，由于其致密的氧化物網(wǎng)絡(luò)體系，具有隔絕空氣愛護(hù)內(nèi)部物質(zhì)不被氧化的能力。800℃下地聚合物的線性收縮率為0.2%~2%，，強(qiáng)度為原始強(qiáng)的的60%以上；導(dǎo)熱系數(shù)為0.24~0.38W/(m·K)，而我們現(xiàn)在所使用的耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為0.3~0.4W/(m·K)[9]，如若使用地聚合物制作耐火磚，其完全能夠和現(xiàn)在使用的耐火磚相媲美。固定有毒金屬離子能力強(qiáng)，地聚合物對Hg、As、Fe、Mn、Ar、Co、Pb的固定率大于或等于90%。另外即使是在核輻射作用下牢籠型的網(wǎng)絡(luò)骨架仍比較穩(wěn)定[10]?？稍俅位厥绽茫趶?qiáng)堿性條件下，正鋁硅酸的縮聚脫水反應(yīng)是可逆的，而地聚合化過程的終產(chǎn)物是原材料脫水縮聚而成，從理論上講地聚合物廢料磨細(xì)后依舊能夠直接作為原料被再次使用。環(huán)保，地聚合物的要緊材料為粉煤灰、煤系高嶺土、礦物廢渣（礦渣、鋼渣）和煤矸石等，這些材料均為固體廢棄物，同時地聚合物使用的原料不需要通過高溫煅燒或燒結(jié)，能夠減少CO2的排放量，減小環(huán)境污染和資源白費。1.3國內(nèi)外對地聚合物研究現(xiàn)狀地質(zhì)聚合物水泥的進(jìn)展能夠追溯到人類文明啟蒙的早期——公元600年秘魯印加人在建筑結(jié)構(gòu)中的使用，同時也有研究認(rèn)為古埃及修建的金字塔也采納了類似的膠凝材料。20世紀(jì)30年代，美國的Purdon在研究波特蘭水泥硬化機(jī)理時發(fā)覺：在水泥硬化過程中，加入少量的NaOH能夠起催化劑的作用，使得水泥中的硅、鋁化合物比較容易溶解而形成硅酸鈉和偏鋁酸鈉。前蘇聯(lián)的研究發(fā)覺，除了氫氧化鈉以外，堿金屬的氫氧化物、硅酸鹽和鋁硅酸鹽等均能夠作激活劑，60年代提出了“堿液反應(yīng)機(jī)理”[1]。到了1972年，法國的JosephDavidovits教授申請了地聚合物歷史上的第一篇關(guān)于用高嶺土通過堿激活反應(yīng)制備建筑板材的專利，之后不久，他又在另一篇美國專利中采納了一個更加通俗的名稱“地聚合物(Geopolymer)”[1]。JosephDavidovits教授提出地聚合物之后的幾十年里，各國掀起了對地聚合物研究的熱潮，現(xiàn)在國外關(guān)于地聚合物的研究差不多到了應(yīng)用化時期，例如美國的Pyrament牌水泥、德國Trolit牌粘結(jié)劑和法國Geopolyceram牌陶瓷等[5]。我國關(guān)于地聚合物的研究起步較晚，目前的國內(nèi)發(fā)表的基礎(chǔ)性研究論文和綜述，大多是針對地聚合物材料在水泥方面應(yīng)用的專門論述，例如：吳怡婷、施惠生教授發(fā)表的《制備土聚水泥中若干因素的阻礙》和張云升教授發(fā)表的《地聚合物激活性粉末混凝土的制備及特性研究》[6、11]等，在地聚合物的凝聚時刻和凝聚硬化性能研究方面，湖南大學(xué)鄭娟榮等[12]，在對堿-偏高嶺土膠凝材料的凝聚硬化性能研究，初步的了解了堿-偏高嶺土膠凝材料的膠砂強(qiáng)度隨堿的濃度增加而加快；隨著養(yǎng)護(hù)溫度升高和養(yǎng)護(hù)時刻延長而加快。同時水玻璃模數(shù)為0.5時，砂漿拌合發(fā)生閃凝；模數(shù)≥2時，24h后無法脫模。中國礦業(yè)大學(xué)的賈屹海等[12]，在對粉煤灰地聚合物凝聚時刻的研究中發(fā)覺H2O/FA，NaOH/FA的比值對地聚合物凝聚時刻和抗壓強(qiáng)度都有一定的阻礙，而Na2SiO3/FA的比值對凝聚時刻阻礙不大；同時在加入礦渣時凝聚時刻明顯縮短。然而關(guān)于地聚合物材料全面的、系統(tǒng)的進(jìn)行綜述的文章并不多，因此我國現(xiàn)在關(guān)于地聚合物的研究還處于理論研究和應(yīng)用探究時期。1.4地聚合物應(yīng)用1.4.1土木工程地聚合物具有快硬早強(qiáng)性能，用于土木工程能縮短脫模時刻，加快模板周轉(zhuǎn)，提高施工速度。尤其在交通搶修方面表現(xiàn)尤為突出，地聚合物在20℃條件下4h強(qiáng)度能達(dá)15～20MPa，使用地質(zhì)聚合物搶修的公路或機(jī)場等，1h即可步行，4h即可通車，6h即可供飛機(jī)起飛或降落地質(zhì)聚合物具備的優(yōu)良耐久性也為土木建筑帶來了巨大的社會及經(jīng)濟(jì)效益。1.4.2非鐵鑄造及冶金地質(zhì)聚合物材料能經(jīng)受1000-1200℃的高溫而保持較好的結(jié)構(gòu)性能，能廣泛應(yīng)用于非鐵鑄造及冶金行業(yè)，J.Davidovits教授成功的利用人造礦物聚合物材料制作澆鑄了鋁制品。1.4.3建筑裝飾地聚合物具有快硬早強(qiáng)、扛折強(qiáng)度高、耐腐蝕性能良好、可塑性好喝導(dǎo)熱性能低等有點，可用于開發(fā)地質(zhì)聚合物GRC板材材和塊狀材料，其制品可在自然氧化下進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)周期短，而且所使用的原材料豐富，價格低廉。意大利學(xué)者通過摻加纖化聚丙烯制造輕質(zhì)頂板。1.4.4汽車及航空工業(yè)地質(zhì)聚合物復(fù)合材料因高溫性能優(yōu)良，且可不能燃燒或在高溫下釋放有毒氣體及煙霧。因此，被應(yīng)用于航空飛行器的駕駛室或機(jī)艙等關(guān)鍵部位，提高飛行器的安全系數(shù)。1.4.5環(huán)保領(lǐng)域地質(zhì)聚合物材料聚合后的終產(chǎn)物具有牢籠型的結(jié)構(gòu)，能有效的固定幾乎所有重金屬離子；人造礦物聚合物材料因具備優(yōu)良的耐水熱性能，在核廢料的水熱作用下能長期保持優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能，因而能長期的固定核廢料。地聚合物能夠用在處理礦山尾礦的領(lǐng)域中。它可用于礦山的表面蓋層和基底墊層，包括剛性、半剛性和柔性高強(qiáng)度低滲透性蓋（墊）層，以及垂直阻擋障，包括地下截流墻、土壩內(nèi)高強(qiáng)度低滲透心墻。地質(zhì)聚合物的研究越來越受到人們的重視。人們將對其形成機(jī)理接著進(jìn)行更系統(tǒng)的研究，同時人們也在致力于通過改變原料的配比、制備工藝以獵取性能更優(yōu)性能的地質(zhì)聚合物材料，這必將使地質(zhì)聚合物具有更廣泛的應(yīng)用前景。1.5現(xiàn)存問題及本文研究的內(nèi)容地聚合物具有傳統(tǒng)水泥所不具有的優(yōu)異性能，例如早強(qiáng)快硬性能（4h時強(qiáng)度就可達(dá)最終強(qiáng)度的70%～80%）、高強(qiáng)性能（一定工藝下可達(dá)300MPa）、低收縮性能（水泥的1/5）、體積穩(wěn)定性能好、耐化學(xué)腐蝕、抗?jié)B性能好、以及吸附重金屬離子等性能，而且在地聚合物原材料制備過程中的能耗和三廢排放量都專門低，材料對環(huán)境危害小同時能夠回收利用，是一種可持續(xù)進(jìn)展的“綠色環(huán)保材料”，因此現(xiàn)在在建筑材料、高溫材料、固核固廢材料、密封材料和耐高溫材料等方面都具有寬敞的應(yīng)用前景[5、13]。環(huán)境溫度和堿激發(fā)劑的變化對地聚合物的凝聚時刻阻礙特不大。不同的溫度下，地聚合物凝聚時刻和強(qiáng)度的進(jìn)展速率差異專門大；以水玻璃為堿激發(fā)劑，水玻璃模數(shù)較低時地聚合物發(fā)生速凝的現(xiàn)象，這與堿激發(fā)礦渣的凝聚時刻規(guī)律不一致；基于此種情況，還應(yīng)該考慮凝聚時刻對生成地聚合物的微觀結(jié)構(gòu)，宏觀結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能等的阻礙。本次實驗要緊目的是對水玻璃激發(fā)地聚合物的激發(fā)機(jī)理和水玻璃的各個因素對地聚合物凝聚時刻的阻礙規(guī)律初步探究，探究水玻璃各因素對地聚合物凝聚時刻的阻礙規(guī)律，觀看在不同凝聚時刻下地聚合物產(chǎn)物組成和微觀結(jié)構(gòu)的差異。本課題研究的要緊內(nèi)容如下：分析水玻璃模數(shù)（M=0.8~1.8）、摻量（水玻璃質(zhì)量/偏高嶺土的質(zhì)量=0~35%）和改性水玻璃(使用Na2CO3、Na2SO4和NaCl對其進(jìn)行改性)對地聚合物凝聚時刻的阻礙。分析水玻璃對地聚合物力學(xué)性能的阻礙規(guī)律。采納紅外光譜（FTIR）分析地聚合物產(chǎn)物，對其激發(fā)機(jī)理進(jìn)行初探。2原材料及試驗方法2.1原材料2.1.1偏高嶺土（MK）偏高嶺土：河南開封奇明耐火材料有限公司生產(chǎn)，高嶺土煅燒溫度750℃，細(xì)度200目，化學(xué)分析見表2-1偏高嶺土的化學(xué)成分（%）表2-1項目SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaO總量數(shù)值50.3139.614.480.370.1794.942.1.2水玻璃（WG）水玻璃：重慶井口化工廠生產(chǎn)，化學(xué)成分和物理參數(shù)見表2-2水玻璃化學(xué)成分和物理參數(shù)表2-2SiO2含量（%）Na2O含量（%）模數(shù)（M）含水率（150℃）（wt%）29.9912.222.5351.02%2.1.3氫氧化鈉（NaOH）氫氧化鈉：自貢鴻鶴股份有限公司生產(chǎn)，片狀工業(yè)純，純度≥99.0%。2.1.4碳酸鈉（Na2CO3）碳酸鈉：重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司化學(xué)試劑廠，分析純，純度≥99.5%。2.1.5無水硫酸鈉（Na2SO4）無水硫酸鈉：成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開發(fā)區(qū)，分析純，純度≥99.0%2.1.6氯化鈉（NaCl）氯化鈉：重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司化學(xué)試劑廠，無色晶體，分析純，純度≥99.5%。2.1.7硅酸鈉（Na2SiO3·9H2O）硅酸鈉：重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司化學(xué)試劑廠，白色結(jié)晶狀粉末，分析純，含水率58%。2.1.8水(H2O)本次實驗使用的全部差不多上一般自來水。2.2試驗方法我國關(guān)于地聚合物的研究起步較晚，目前的國內(nèi)發(fā)表的基礎(chǔ)性研究論文和綜述，大多是針對地聚合物材料在水泥方面應(yīng)用的專門論述，關(guān)于地聚合物材料全面的、系統(tǒng)的進(jìn)行綜述的文章并不多，因此我國現(xiàn)在關(guān)于地聚合物的研究還處于理論研究和應(yīng)用探究時期。2.2.1針入度測量凝聚時刻本次實驗采納重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院建材工藝實驗室的凈漿攪拌機(jī)對地聚合物原材料進(jìn)行攪拌。選擇初凝用試針對地聚合物的針入度變化為0.5mm時所需時刻表征為凝聚時刻，要緊是因為偏高嶺土基地聚合物粘度專門高，如若使用維卡儀測量終凝時刻，試驗中拔出終凝用試針時會帶出高粘度的拌合物。試驗方法參照GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝聚時刻、安定性檢驗方法》進(jìn)行試驗。2.2.2試件成型拌和結(jié)束后，立立即拌制好的偏高嶺土凈漿裝入已置于玻璃底板上的截錐圓模中，用小刀插搗，輕輕振動數(shù)次，刮去多余的凈漿，抹平后將試模和底板移到維卡儀上，并將其中心定在試桿下，降低試桿直至與凈漿表面接觸，擰緊螺絲后，突然放松，使試桿垂直自由地沉入凈漿中，在試桿停止沉入或釋放試桿30S后讀數(shù)。拌合物倒入40mm×40mm×40mm模具中，并將裝有拌合物的模具放于振動臺上振動15～20s，抹平后，用保鮮膜將拌合物包裹，置于自然條件下養(yǎng)護(hù)一天后拆模，再進(jìn)行進(jìn)自然養(yǎng)護(hù)，達(dá)到設(shè)計齡期后取出試件進(jìn)行相關(guān)性能測試。2.2.3力學(xué)性能測試方法本次試驗的地聚合物混凝土抗壓強(qiáng)度參照GB/T50081-2002《一般混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。2.2.4紅外光譜分析（FTIR）紅外光譜能夠研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測定和分子對稱性等，利用紅外光譜方法可測定分子的鍵長和鍵角，并由此推測分子的立體構(gòu)型。通過紅外分析，進(jìn)一步解釋水玻璃對地聚合物的凝聚時刻和力學(xué)性能以及產(chǎn)物的阻礙。儀器波長為2500～10000nm或是波數(shù)為400～1000cm-1。3水玻璃對地聚合物凝聚時刻的阻礙參考國內(nèi)外研究資料，了解到水玻璃的關(guān)鍵參數(shù)為模數(shù)、摻量、固含量、波美度以及溫度、pH值。本次實驗?zāi)康氖翘綄にＡ?shù)、摻量以及改性水玻璃對地聚合物凝聚時刻和反應(yīng)產(chǎn)物力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的阻礙。依照查閱文獻(xiàn)資料，可知水玻璃模數(shù)在0.8～1.8之間對地聚合物凝聚時刻阻礙顯著，故本次實驗在此范圍進(jìn)行探究。3.1NaOH調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)對地聚合物針入度阻礙地聚合物是一種新型的膠凝材料，目前沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本次試驗參照GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝聚時刻、安定性檢驗方法》進(jìn)行試驗。確定在本次實驗中的w/c=0.28，環(huán)境溫度T=20℃。具體配合比見表3-1。表3-1水玻璃模數(shù)對地聚合物凝聚時刻阻礙的配合比表3-1MMK（g）WG（g）NaOH（g）W（g）溶液固含量（%）0.850012542.750012535.876.237.361.050012530.276.235.801.150012525.776.234.561.250012521.976.233.451.350012518.776.232.481.450012516.076.231.641.650012511.55001258.0376.229.04（注：M——水玻璃模數(shù)；MK——偏高嶺土；WG——水玻璃；W——水；）（注：WG固含量=×100%）依照表3-1所示的配合比進(jìn)行實驗，得到不同模數(shù)水玻璃激發(fā)偏高嶺土的針入度值，如圖3.1所示：圖3.1水玻璃模數(shù)和地聚合物針入度關(guān)系圖從圖3.1中能夠看出：隨著水玻璃模數(shù)增大，地聚合物拌和物凝聚時刻逐漸延長，拌和物開始一直保持專門好的流淌性和粘度，但從拌合物發(fā)生初凝開始針入度值在短時刻內(nèi)急劇減小，可見拌合物初凝和終凝間隔專門短；但當(dāng)以模數(shù)1.8的水玻璃激發(fā)偏高嶺土?xí)r，凝聚硬化時刻較長。用模數(shù)M=0.8、0.9、1.0激發(fā)偏高嶺土，其凝聚硬化化快；當(dāng)M=0.8和M=0.9時，拌和物出現(xiàn)速凝現(xiàn)象，故未繪制此情況的凝聚時刻趨勢圖。當(dāng)M=0.8時，環(huán)境溫度T=20℃，在10min時拌和物差不多完全凝聚硬化；堿激發(fā)偏高嶺土凝聚硬化是偏高嶺土的吸水，在通過攪拌后又放出水分的過程，在水玻璃模數(shù)為0.8時對偏高嶺土的激發(fā)效果好，表現(xiàn)在吸水和放水速度，即水玻璃和偏高嶺土混合專門快就能夠達(dá)到預(yù)想的流淌度，一般在4min開始喪失流淌度，10min就完全硬化。環(huán)境溫度t=24℃，M=0.8的水玻璃激發(fā)偏高嶺土基地聚合物的達(dá)到終凝僅3min，偏高嶺土并未完全攪拌均勻，相同溫度下的重復(fù)性實驗，結(jié)果相同。在查閱文獻(xiàn)中就有講明，地聚合物的凝聚時刻受溫度阻礙專門大，溫度升高，凝聚時刻縮短。水玻璃M=0.9時，地聚合物凝聚硬化時刻專門不穩(wěn)定，第一次實驗：t=27℃實驗結(jié)果均在80min之間，重復(fù)性實驗1：t=24℃，實驗結(jié)果均在10min發(fā)生凝聚硬化，重復(fù)性2、3的實驗結(jié)果與第二組的相同。但實驗1和重復(fù)性試驗使用的并非是同一袋偏高嶺土，現(xiàn)在猜想其緣故肯能是所使用的偏高嶺土受潮所致。M=1.2～1.4時，凝聚時刻為180min～250min，將偏高嶺土緩慢加入調(diào)整好模數(shù)的水玻璃到中相互拌合，凈漿攪拌機(jī)調(diào)節(jié)為自動，在慢速攪拌120s結(jié)束，由于偏高嶺土在水玻璃激發(fā)下粘度專門高，因此幾乎所有的拌合物就黏在攪拌葉片上，將拌合物從葉片上刮下，能夠發(fā)覺拌合物差不多具有專門好的流淌性。從凝聚時刻上來看，M=1.2～1.4的水玻璃激發(fā)偏高嶺土材料能夠作為專門好快硬性修補(bǔ)材料。M=1.8時，在測量時刻到520min還沒有凝聚，但據(jù)實驗觀看，M=1.8的拌合物在24h之內(nèi)依舊能夠凝聚硬化的，使用截錐圓模測量模數(shù)為1.8的水玻璃激發(fā)的偏高嶺土的針入度時，4h的時候針插入截錐圓模中間漿體中測量針入度，截錐圓模中間出現(xiàn)凹痕，初步分析是由于截錐圓模周圍的地聚合物先開始發(fā)生硬化，而中間的還處于漿體狀態(tài)，針插入時出現(xiàn)應(yīng)力不均而產(chǎn)生的，此現(xiàn)象只有在水玻璃模數(shù)是1.8的地聚合物中出現(xiàn)，是由于水玻璃為1.8時對偏高嶺土的激發(fā)效果不明顯。在實驗過程中發(fā)覺，水玻璃模數(shù)M=0.9、1.0、1.1時，地聚合物凝聚時刻表現(xiàn)的專門不穩(wěn)定。但由于其凝聚時刻不穩(wěn)定相似，故那個地點就只將水玻璃M=1.0激發(fā)的偏高嶺土基地聚合物為例加以講明，如圖3.2所示：圖3.2水玻璃M=1.0，地聚合物針入度圖如圖3.2所示：圖中表示的差不多上水玻璃模數(shù)為1.0，水膠比為0.28，偏高嶺土的量是500g，地聚合物針入度圖像。曲線1～4所使用的原材料是同一桶水玻璃和同一批但不是同一袋偏高嶺土。同一天所做的圖線2和3實驗，使用相同的原材料。圖1和圖2、3以及圖4分不為3袋偏高嶺土，實驗中圖2、3所使用的偏高嶺土從開袋使用到我做實驗的時刻相隔一年，可能差不多嚴(yán)峻受潮,加水玻璃到偏高嶺土中，沒有明顯的吸水現(xiàn)象，攪拌均勻的拌合物流淌性良好，粘度專門高，但針入度時刻圖線2為40min，圖線3是110min，中間相差70min，有可能是在實驗中使用的水玻璃的溫度差異差生的，下面內(nèi)容中會接著探討。圖線1和圖線4盡管不是同一袋偏高嶺土，然而在攪拌的時候現(xiàn)象相同，都具有專門明顯的先吸水后放水的現(xiàn)象，只是圖線1的表現(xiàn)的更為明顯，實驗中使用的是凈漿攪拌機(jī)設(shè)置為自動，但是在攪拌圖線1中的原材料時，偏高嶺土吸水并將水分包裹，因此在攪拌30s鐘之后，逐漸變成松散的顆粒狀，攪拌機(jī)自動攪拌255s結(jié)束，偏高嶺土沒有放水跡象，依舊呈松散顆粒狀，然后手動快速攪拌150s之后，偏高嶺土才出現(xiàn)少許放水，再接著攪拌100s拌合物才具有良好的流淌性。圖線4拌合物盡管和圖線1的拌合物出現(xiàn)相似的想象，然而圖線4的凝聚硬化時刻相比圖線1的凝聚硬化延遲了125min，圖四中所使用的偏高嶺土是新開袋的，因此不可能是偏高領(lǐng)土受潮所致，相隔一周，再次使用這袋偏高嶺土取其中間部分做實驗，再次測量的凝聚時刻為140min，猜想為偏高嶺土效果顯著，而放水過程進(jìn)行的比較緩慢，因此水玻璃模數(shù)M≤1.0時，才會對其阻礙比較顯著，因此整個地聚合化過程進(jìn)行的也比較緩慢。總結(jié)上述實驗現(xiàn)象，關(guān)于試驗中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象初步推斷是由以下因素阻礙的：eq\o\ac(○,1)用于實驗中水玻璃不穩(wěn)定性；eq\o\ac(○,2)實驗原材料偏高嶺土受潮。下圖3.3是對水玻璃對隨著模數(shù)的升高，其內(nèi)部組成組織結(jié)構(gòu)的變化，而圖3.4是水玻璃中加入NaOH的一個理想化的機(jī)理圖。圖3.3水玻璃分子濃度隨mSiO2/mNa2O升高的變化圖[21]圖3.4NaOH對水玻璃作用機(jī)理圖[22]不同模數(shù)的硅酸鈉溶液中加入NaOH和水而得到模數(shù)和SiO2濃度相同的溶液，它們與鉬酸鹽的反應(yīng)的曲線幾乎相同的，這表明這些溶液中的硅酸根離子的聚合度幾乎相同，這也是使用NaOH調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)的依據(jù)[21]。加入NaOH調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)時如圖3.4，將導(dǎo)致Na+和OH-的增加，并在OH-極化作用下形成各種小分子的硅酸鹽。OH-作用使得偏高嶺土中Si-O-Si鍵的斷裂，可促進(jìn)與水玻璃中各種小分子硅酸鹽的縮聚[22]，形成地聚合物。圖3.3可知，在模數(shù)降低時，單體硅酸鹽增加，大環(huán)狀的硅酸鹽減少，鏈狀和三聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)變化不大；低分子量的硅酸鹽，單體硅酸鹽等阻礙水玻璃的穩(wěn)定性，并有促進(jìn)拌和物凝聚時刻的縮短的趨勢。水玻璃是單硅酸與各種聚硅酸的分散體系，水玻璃過長時刻的放置出現(xiàn)水玻璃的老化，這是因為水玻璃單硅、二硅、三硅等聚硅物種的混合物，在放置過程中，硅酸要發(fā)生聚合，其聚合方式有:①單硅一單硅;②單硅一低聚硅;③低聚硅一低聚硅等；因此水玻璃老化后，單硅及低聚硅的含量降低，其粘度強(qiáng)度降低，應(yīng)用效果變差[20]。因此，當(dāng)水玻璃模數(shù)低時，單硅含量升高，水玻璃活性增加，對偏高嶺土的激發(fā)性能性也隨之升高。3.2固體硅酸鈉對地聚合物針入度的阻礙使用固體硅酸鈉激發(fā)偏高嶺土基地聚合物，測量其凝聚硬化時刻是為了和前面的通過熬制的水玻璃進(jìn)行對比性實驗。由于偏高嶺土的凝聚時刻專門不穩(wěn)定，故作此實驗探尋水玻璃在激發(fā)偏高嶺土基地聚合物實驗中的穩(wěn)定性。首先，等量計算。試驗中保證水膠比0.28不變的情況下，由于市場上所賣的硅酸鈉差不多上Na2SiO3·9H2O，偏高嶺土量不變500g,需水量為140g，而125g模數(shù)為1.0的水玻璃中含有的SiO2的量為0.624mol,等同于76.128g的Na2SiO3的質(zhì)量,那么換算成Na2SiO3·9H2O質(zhì)量則為177.216g，其中含水量為101.088g,顯然外加39g的水無法溶解177.216g的Na2SiO3·9H2O，故通過調(diào)節(jié)外加水，使得177.216g的Na2SiO3·9H2O能夠完全溶解。其次，溶解固體Na2SiO3·9H2O。由于Na2SiO3·9H2O的溶解是吸熱反應(yīng)，通過持續(xù)水浴加熱提供其溶解過程中所需的熱量，最后外加63g的水，并將其放入t=60℃的水中加熱4h固體Na2SiO3·9H2O才完全溶解形成膠狀物質(zhì)。再次，拌合，測量針入度值。稱量偏高嶺土500g，加入到第二部制作的溶液中（由于溶液的溫度降低到40℃以下，就會有晶體析出，故在實驗中保持在45℃）進(jìn)行混合攪拌，攪拌機(jī)設(shè)置為自動，此次實驗的水膠比變?yōu)?.328，將攪拌好的地聚合物裝入截錐圓模中，測量其針入度值。最后，制作基準(zhǔn)。稱量偏高嶺土500g，水玻璃125g和NaOH30.2g，水膠比與上面組保持一致0.328，經(jīng)計算需要水100.2g，將30.2g的NaOH溶于100.2g的水中完全溶解之后，倒入水玻璃之中，此次實驗要與上面實驗組的保持相同溫度，故調(diào)整好模數(shù)的水玻璃將溫到45℃即可，倒入偏高嶺土中進(jìn)行攪拌，攪拌機(jī)同樣設(shè)置為自動。隨時刻推移針入度值如圖3.5所示圖3.5硅酸鈉溶液和水玻璃地聚合物針入度對比圖針入度變化如圖所示，從圖中能夠看出，水膠比為0.328時，水玻璃激發(fā)的偏高嶺土基地聚合物的凝聚硬化所需的時刻比硅酸鈉溶液激發(fā)的凝聚時刻延遲50min。實驗現(xiàn)象：硅酸鈉溶液激發(fā)的偏高嶺土攪拌過程中，偏高嶺土首先是吸水并將其包裹，攪拌120s左右，依舊為松散的顆粒狀，255s攪拌結(jié)束，現(xiàn)在拌合物有一定的流淌性，然而沒有粘度。而由水玻璃激發(fā)偏高嶺土，拌合物具有一定的流淌性和粘度。在3.1.1中，由于偏高嶺土是同一批，如若排除偏高嶺土對凝聚時刻不穩(wěn)定的阻礙，另一個阻礙因素為水玻璃。通過研究固體硅酸鈉發(fā)覺，相同水膠比、相同的溫度下，理論上使用硅酸鈉溶液激發(fā)的偏高嶺土基地聚合物與水玻璃激發(fā)的地聚合物的凝聚時刻應(yīng)該相差無幾，然而試驗中發(fā)覺他們的凝聚硬化時刻相差專門大，故關(guān)于低模數(shù)的水玻璃（M≤1.1）對偏高嶺土基地聚合物凝聚時刻的阻礙因素還有待于進(jìn)一步研究。3.3改性水玻璃模數(shù)對地聚合物針入度阻礙3.3.1Na2CO3和Na2SO4對地聚合物針入度的阻礙通過查閱資料可知，碳酸鹽、硫酸鹽與堿金屬氫氧化物一樣，都能夠作為地聚合物激發(fā)劑，但大多數(shù)文獻(xiàn)差不多上針對地聚合物后期強(qiáng)度、耐久性的研究，有關(guān)凝聚硬化的資料和文獻(xiàn)就專門少了，本次實驗要緊是觀看碳酸鹽、硫酸鹽與堿金屬氫氧化物與水玻璃的復(fù)合激發(fā)偏高嶺土基地聚合物。觀看其拌合物的性能和凝聚過程。首先，選擇基準(zhǔn)。本次實驗以水玻璃模數(shù)M=1.1，使用NaOH調(diào)節(jié)的125g水玻璃激發(fā)的500g偏高嶺土基地聚合物作為標(biāo)準(zhǔn)。其次，查閱Na2CO3和Na2SO4的溶解率，依照Na2O當(dāng)量不變，計算調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)M=1.1時，所需要的Na2CO3和Na2SO4的量和用水量，實驗數(shù)據(jù)如下表3-2所示（t=19℃）：Na2CO3、Na2SO4和NaOH調(diào)節(jié)的水玻璃激發(fā)偏高嶺土的配比表3-2MK（g）WG（g）NaOH（g）Na2SO4（g）Na2CO3（g）H2O（g）基準(zhǔn)組50012525.7103.5第一組50012545.4103.5第二組50012534.1103.5試驗中保證Na2CO3和Na2SO4都完全溶解，水膠比擴(kuò)大到了0.35，進(jìn)行試驗的溫度為30℃，防止Na2CO3和Na2SO4的結(jié)晶析出。最后，稱量并進(jìn)行實驗，測量針入度值。針入度值變化見圖3.6所示（室溫t=19℃，溶液溫度t=30℃）：圖3.6不同復(fù)合激發(fā)劑的地聚合物針入度關(guān)系圖從圖3.6中能夠看出：在環(huán)境溫度和水膠比一定，使用Na2CO3和Na2SO4調(diào)節(jié)的水玻璃激發(fā)偏高嶺土，凝聚硬化速度比NaOH的快。使用Na2CO3/Na2SO4和水玻璃復(fù)合激發(fā)偏高嶺土，盡管凝聚硬化時刻縮短，然而在水玻璃和偏高嶺土攪拌過程中，偏高嶺土將溶液包裹，形成松散的顆粒狀，攪拌機(jī)設(shè)置為自動攪拌，攪拌結(jié)束后，偏高嶺土并沒有放水，然后將攪拌機(jī)調(diào)節(jié)為手動，然后接著攪拌3min左右，拌合物攪拌均勻，但拌合物具有流淌性，也不具有粘度。3.3.2NaCl對地聚合物針入度的阻礙通過查閱資料，有一些資料中有關(guān)水玻璃參數(shù)中提到客鹽濃度或是鹽敏現(xiàn)象，針對水玻璃中鈉鹽或是鉀鹽含量對水玻璃性能阻礙的研究，例如，王業(yè)飛教授的新型水玻璃堵水劑研究與應(yīng)用[15]中就重點研究水玻璃的敏鹽現(xiàn)象，而另一篇文章水玻璃的固化機(jī)理及其耐水性的提高途徑[16]中就將客鹽濃度作為水玻璃的重要參數(shù)之一進(jìn)行研究。參考文獻(xiàn)本次實驗在水玻璃中加入不同量的NaCl，觀看其對水玻璃稠度和對地聚合物凝聚時刻針入度的阻礙。實驗配比見表3-4(t=19℃)。水玻璃客鹽濃度配比表3-4NaCl摻量MK(g)WG(g)NaOH(g)NaCl(g)H2O(g)0%50012530.2076.21%50012530.25.076.22%50012530.210.076.23%50012530.215.076.2由表3-4我們能夠看出，本次實驗加入的NaCl的量分為偏高嶺土質(zhì)量的1%、2%和3%。依照上面實驗數(shù)據(jù)稱取物品，進(jìn)行實驗并測量地聚合物針入度，見圖3.7。如圖所示：隨著NaCl摻量的增加，地聚合物凝聚時刻逐漸延長，可見NaCl對地聚合物的凝聚起到了抑制作用。圖3.7NaCl對地聚合物針入度關(guān)系圖實驗現(xiàn)象：實驗中直接觀看到，添加NaCl并未對水玻璃稠度產(chǎn)生阻礙，拌合均勻的地聚合物都具有良好的流淌性和粘度，但把摻量調(diào)整為3%時，地聚合物所表現(xiàn)出的粘度比不添加NaCl的拌合物都高。使用維卡儀測量針入度為0.5mm，表示拌合物差不多硬化，之后脫模中發(fā)覺，地聚合物和底板（刷過油的墻體瓷磚）粘結(jié)的專門牢固，手動全然不可能將其取下，最后只能通過進(jìn)行敲擊，而后底板破壞，一部分脫落，而還有另外一部分專門牢固的黏在地聚合物的底部。由此可見，NaCl對地聚合物的凝聚硬化具有抑制作用，但能夠提高地聚合物的粘度。王業(yè)飛教授的新型水玻璃堵水劑研究與應(yīng)用[15]中就重點研究水玻璃的敏鹽現(xiàn)象提到：水玻璃遇到高礦化度的水會生成凝膠或沉淀,這種現(xiàn)象稱為鹽敏；在加入一定的NaCl改性，減少了單體硅酸鹽和小分子硅酸鹽的量，從而使得堿激發(fā)偏高嶺土的凝聚時刻延長，實驗中得到的結(jié)果與前面參考文獻(xiàn)中的結(jié)論一致。3.4水玻璃摻量對地聚合物針入度的阻礙本課題是探討水玻璃對地聚合物凝聚時刻的阻礙，水玻璃摻量則是實驗中專門重要的參數(shù)之一，由于模數(shù)為1.0的水玻璃對偏高嶺土的激發(fā)效果專門不穩(wěn)定，故本次水玻璃摻量對地聚合物凝聚硬化時刻阻礙的實驗取水玻璃模數(shù)為1.0為研究，試著探尋在水玻璃摻量不同的條件下，地聚合物的凝聚時刻是否具有規(guī)律性。試驗配比見表3-3，（環(huán)境溫度t=19℃）。不同水玻璃摻量的配比表3-3WG摻量MK（g）WG（g）NaOH（g）H2O（g）溶液含固量（%）40%50020048.338.046.330%50015036.353.539.925%50012530.276.235.820%50010024.290.131.010%5005012.1114.518.80500049.914035.6（注：最后組實驗中NaOH的用量是以摻量為25%為基準(zhǔn)，依照Na+守恒計算出低六組中所需的NaOH的用量，即溶液中堿含量相同。）表3-3所示：本次實驗的w/c=0.28,按照表中的數(shù)據(jù)，稱量進(jìn)行實驗，測量其針入度變化見圖3.8。圖3.8水玻璃摻量對地聚合物針入度圖圖3.8中能夠看出，隨著水玻璃摻量的減少，凝聚時刻時刻逐漸延長。實驗現(xiàn)象：水玻璃摻量為200g時，拌合物在4min時具體專門好的流淌性和粘度，5min時瞬間開始凝聚，流淌性瞬間消逝，8min差不多完全硬化,發(fā)生速凝，通過做重復(fù)性實驗發(fā)覺，水玻璃摻量為200g時，也會發(fā)生3min凝聚的情況。水玻璃摻量為150g時，同樣發(fā)生速凝；第一次添加NaOH與水玻璃中發(fā)出大量的熱，為了加快實驗進(jìn)程，對其進(jìn)行水浴冷卻，其中一組在水中冷卻15min,水玻璃瞬間變粘稠，喪失流淌度，無法使用于實驗中。當(dāng)水玻璃摻量為125g和100g時,拌合物都具有專門好的流淌性和粘度。水玻璃摻量為50g和0g時，地聚合物的具有流淌度不良，粘度消逝，塑性表現(xiàn)良好。3.5水玻璃對地聚合物針入度阻礙的小結(jié)本章小結(jié)：本章要緊針對水玻璃的模數(shù)、摻量和改性等與地聚合物凝聚時刻的相關(guān)性進(jìn)行探究?？傮w可總結(jié)為以下幾點：水膠比相同、環(huán)境溫度保持不變的條件下，水玻璃激發(fā)的偏高嶺土基地聚合物的凝聚時刻隨著水玻璃模數(shù)的增長而逐漸延長。水玻璃模數(shù)相同，水膠比相同，環(huán)境溫度不變的條件下，地聚合物的凝聚時刻隨著水玻璃摻量的增加而縮短。使用Na2CO3/Na2SO4與水玻璃的復(fù)合激發(fā)劑和NaOH與水玻璃的復(fù)合激發(fā)劑對偏高嶺土基都具有激發(fā)效果，且水膠比相同，水玻璃中Na2O含量不變，環(huán)境溫度相同的條件下，使用Na2CO3和水玻璃的復(fù)合激發(fā)劑激發(fā)的偏高嶺土凝聚硬化的最快，Na2SO4和水玻璃的復(fù)合激發(fā)劑激發(fā)次之。本次試驗中，使用模數(shù)M=1.0的水玻璃中加入NaCl，NaCl并未對水玻璃稠度產(chǎn)生阻礙；但發(fā)覺隨著NaCl的摻量的增加，地聚合物的粘度提高，凝聚時刻延長。水玻璃模數(shù)m≤1.0時，對偏高嶺土的激發(fā)效果專門不穩(wěn)定，要緊表現(xiàn)在水玻璃模數(shù)相同，試驗環(huán)境溫度相同的條件下，地聚合物的凝聚時刻相差專門大，見圖3.2，但其阻礙緣故還有待于解決。4水玻璃對地聚合物力學(xué)性能分析混凝土各方面性能在對其研究或應(yīng)用過程都有專門重要的意義，混凝土的力學(xué)性能，特不是強(qiáng)度常被認(rèn)為是混凝土最重要的性質(zhì)。而混凝土的力學(xué)性能與其他性能之間有著專門重要的聯(lián)系，故本次實驗參照混凝土的研究方法對地聚合物的力學(xué)性能進(jìn)行研究分析。地聚合物力學(xué)性能的測試參照混凝土GB/T50081-2002《一般混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗和數(shù)據(jù)分析處理。4.1水玻璃模數(shù)對地聚合物抗壓強(qiáng)度的阻礙水玻璃模數(shù)為地聚合物抗壓強(qiáng)度的實驗，采納與凝聚時刻相同的配比（見表3-1），對偏高嶺土基地聚合物凈漿成型后（試樣為40mm×40mm×40mm），自然養(yǎng)護(hù)3d、7d和28d后，測其抗壓強(qiáng)度值，實驗結(jié)果見圖4.1。圖4.1水玻璃模數(shù)與地聚合物后期強(qiáng)度的關(guān)系圖從圖中能夠看出，隨著水玻璃模數(shù)的增大地聚合物抗壓強(qiáng)度先增長后降低。模數(shù)為1.2時，到達(dá)圖像最高點，即現(xiàn)在的地聚合物強(qiáng)度值最大。以M=1.2為例，將地聚合物7d強(qiáng)度作為其標(biāo)準(zhǔn)，那么3d強(qiáng)度進(jìn)展了標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的88%，而28d強(qiáng)度又減低了5%。水玻璃模數(shù)M≥1.1且≤1.4時，地聚合物表現(xiàn)為：早起強(qiáng)度進(jìn)展專門快，而后期強(qiáng)度有具有一定的回縮現(xiàn)象。水玻璃模數(shù)M=1.0和M≥1.6且≤1.8時，則地聚合物表現(xiàn)為持續(xù)增長。4.2水玻璃摻量對地聚合物抗壓強(qiáng)度的阻礙由于水玻璃模數(shù)M=1.0激發(fā)的偏高嶺土的的凝聚時刻專門不穩(wěn)定，故水玻璃摻量對地聚合物力學(xué)性能的實驗，確定水玻璃模數(shù)M=1.2，水膠比為0.3。其配比見表4-1（t=27℃）。水玻璃摻量對地聚合物力學(xué)性能性能實驗配比表4-1WG摻量MK(g)WG(g)NaOH(g)H2O(g)第一組35%100035061.3101.4第二組30%100030052.6127.0第三組25%100025043.8152.4第四組20%100020035.0178.0第五組10%100010017.5229.0第六組01000083.2300依照其配比，稱量原材料進(jìn)行實驗，成型，測量其3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度圖4.2所示：圖4.2水玻璃摻量與地聚合物后期強(qiáng)度關(guān)系圖圖中能夠看出：水玻璃摻量與地聚合物強(qiáng)度成正相關(guān)，第四組中水玻璃摻量為偏高嶺土用量的20%，而第三組水玻璃摻量為偏高嶺用量25%，水玻璃摻量差距為5%，以第三組的7d抗壓強(qiáng)度做為標(biāo)準(zhǔn)，那么第四組的7d抗壓強(qiáng)度在第三組基礎(chǔ)上強(qiáng)度降低了80.5%。第六組使用純NaOH激發(fā)地聚合物，其強(qiáng)度都在2MPa左右，而且在3d強(qiáng)度基礎(chǔ)上7d和28d的強(qiáng)度幾乎沒有進(jìn)展，可見，純NaOH對地聚合物并不具有激發(fā)效果。由此可見水玻璃摻量是地聚合物性能研究中重要的參數(shù)之一。4.3NaCl摻量對地聚合物抗壓強(qiáng)度的阻礙通過上面3.1.5中研究NaCl對地聚合物針入度的阻礙可知NaCl對地聚合物早期具有顯著阻礙，因此對其3d、7d和28d的抗壓強(qiáng)度研究專門必要。力學(xué)性能與針入度使用同一配比，見表3-4。其抗壓強(qiáng)度見圖4.3。圖4.3水玻璃中添加NaCl與地聚合物后期強(qiáng)度關(guān)系圖見圖像可知：水玻璃中加入NaCl的量對地聚合物的后期強(qiáng)度的阻礙并不顯著，摻量為2%的地聚合物的強(qiáng)度與基準(zhǔn)接近?？梢?，水玻璃摻入NaCl對地聚合物的流淌度、粘度以及凝聚時刻有顯著阻礙，但對力學(xué)強(qiáng)度的并沒有專門明顯的阻礙。4.4水玻璃對地聚合物力學(xué)性能分析小結(jié)本小節(jié)關(guān)于水玻璃模數(shù)、摻量以及客鹽等因素對地聚合物力學(xué)的性能阻礙，能夠總結(jié)為以下五點：地聚合物抗壓強(qiáng)度隨著水玻璃模數(shù)的增大呈先增長后降低的趨勢，水玻璃M=1.2時，達(dá)到圖像的最高點，即地聚合物強(qiáng)度最大值75MPa。地聚合物強(qiáng)度隨著水玻璃摻量的增加而升高，水玻璃摻量為偏高嶺土的20%相比于25%抗壓強(qiáng)度降低顯著。NaOH溶液對地聚合物不具有激發(fā)效果，即拌合物不具有流淌度和粘度，成型試件的3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度僅2MPa左右。NaCl對水玻璃的稠度并未產(chǎn)生阻礙，對地聚合物的后期強(qiáng)度的阻礙也并不顯著。5、在早強(qiáng)和高強(qiáng)方面，地聚合物相比于一般硅酸鹽水泥混凝土更具有優(yōu)勢。5地聚合物反應(yīng)機(jī)理初探前面對水玻璃激發(fā)偏高嶺土的凝聚時刻進(jìn)行了分析，各種差異的產(chǎn)生可能是由于環(huán)境溫度和原材料的引起的，具體的緣故還有待于研究；通過調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)、摻量等因素對地聚合物凝聚時刻和強(qiáng)度分不進(jìn)行試驗研究，通過微觀分析觀看其是否會阻礙地聚合物的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)組成。因此，本章采納FTIR分析對比偏高嶺土和堿激發(fā)偏高嶺土產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)變化。5.1FTIR圖譜分析考慮到地聚合物是無機(jī)材料，其紅外光譜的振動峰峰要緊在400-1400cm-1之間，為了方便分析本次試驗只對400cm-1-1200cm-1段的峰進(jìn)行分析.圖5.1中分不是原材料偏高嶺土、M=1.2水玻璃激發(fā)偏高嶺土和M=1.2水玻璃激發(fā)偏高嶺土產(chǎn)物的傅立葉紅外光譜。由圖5.1的FTIR分析可知：圖5.1偏高嶺土與產(chǎn)物的FTIR圖振動頻率為1250~940cm-1是Si-O-Si和Si-O-Al不對稱的伸縮振動峰[23]，其振動峰的振動頻率由高向低偏移，結(jié)構(gòu)由Q4Q3Q2轉(zhuǎn)變[24]（Q是指以Si為中心，通過橋O連接Si形成的四面體，其中所有的Si都能夠被Al所取代，參考圖3.4），由圖5.1可知，原材料通過模數(shù)M=1.2和M=1.6的水玻璃激發(fā)后時，振動峰由1091cm-1偏移到1033cm-1講明Q4結(jié)構(gòu)減少而Q2有一定的增加，即偏高嶺土發(fā)生溶解并有一定的Q2結(jié)構(gòu)生成。振動頻率為912cm-1是Al-OH的彎曲振動峰，876cm-1為Si-O伸縮振動峰，OH彎曲振動（Si-OH）[23]。原材料通過模數(shù)M=1.2和M=1.6的水玻璃激發(fā)后時，在876cm-1有新的振動峰出現(xiàn)，而M＝1.2水玻璃激發(fā)的產(chǎn)物912cm-1處的振動峰峰完全消逝。講明Al-OH發(fā)生了縮聚反應(yīng)，Si-OH的振動峰的出現(xiàn)可能是未反應(yīng)的水玻璃的結(jié)構(gòu)。振動頻率為795cm-1是Si-O-Si對稱伸縮振動峰，698cm-1Si-O-Al彎曲振動峰[23]。反應(yīng)產(chǎn)物在795cm-1處的振動峰都消逝，而698cm-1處的振動峰有一定的增大，特不是在模數(shù)為M=1.2增加更大。講明Si-O-Si鍵在被破壞的同時有Si-O-Al鍵的生成，即發(fā)生了地聚合反應(yīng)。5.2本章小結(jié)水玻璃激發(fā)偏高嶺土過程中，水玻璃中的OH-由于極化作用破壞偏高嶺土中的Si-O和Al-O鍵，使體系中的[SiO4]4-和[AlO4]5-增加，并在水玻璃中高活性的硅酸鹽單體和低分子硅酸鹽作用下發(fā)生縮聚，生成地聚合物。產(chǎn)物中有新的Si-O-Al鍵的生成，但地聚合物產(chǎn)物中Q4結(jié)構(gòu)比原材料中Q4結(jié)構(gòu)更少，產(chǎn)物中存在或生成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較少。6結(jié)論與展望6.1結(jié)論本章通過測量早期針入度和后期強(qiáng)度，探尋水玻璃的各項參數(shù)對地聚合物性能的阻礙?？煽偨Y(jié)為以下幾點：水玻璃模數(shù)與地聚合物的凝聚時刻呈負(fù)相關(guān)，而3d、7d和29d抗壓強(qiáng)度隨著水玻璃模數(shù)的增加表現(xiàn)為先增長后減低。當(dāng)水玻璃模數(shù)M≤0.9時，地聚合物發(fā)生速凝；M≤1.0，地聚合物凝聚時刻不穩(wěn)定；當(dāng)M≥1.0且≤1.4時，新拌地聚合物具有良好的流淌性和粘度，同時在模數(shù)M=1.2時其強(qiáng)度達(dá)到最大值；當(dāng)M≥1.6時，新拌地聚合物的流淌度和粘度都隨著模數(shù)的增加而逐漸喪失，隨著水玻璃模數(shù)的增加而強(qiáng)度降低；M=1.8時，地聚合物通過500min都未發(fā)生凝聚。Na2CO3，Na2SO4，NaOH分不與水玻璃復(fù)合激發(fā)偏高嶺土，水膠比和堿當(dāng)量（以Na2O計算）不變時，使用Na2CO3和Na2SO4復(fù)合激發(fā)劑激發(fā)的地偏高嶺土,拌合物沒有流淌性和粘度，Na2CO3復(fù)合激發(fā)劑對應(yīng)的地聚合物凝聚時刻最快（45min），Na2SO4次之（105min）。水玻璃的摻量對地聚合物性能的阻礙，相同模數(shù)的水玻璃其摻量與凝聚時刻和3d、7d和29d抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)；地聚合物3d抗壓強(qiáng)度進(jìn)展專門快，但28d抗壓強(qiáng)度相比于7d的抗壓強(qiáng)度有倒縮現(xiàn)象。NaCl對水玻璃稠度阻礙并不顯著，對拌合物的流淌度、粘度以及凝聚時刻都具有顯著阻礙，隨著NaCl摻量增加，流淌度和粘度增加，凝聚時刻延長，但對3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度阻礙不顯著。使用純NaOH激發(fā)偏高嶺土，拌合物沒有流淌度和粘度，其3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度也專門低。進(jìn)2MPa左右，因此純NaOH對偏高嶺土沒有激發(fā)效果，必須與水玻璃復(fù)合使用。本次試驗使用傅里葉紅外分析可知，產(chǎn)物中有新的Si-O-Al鍵形成，推斷發(fā)生了縮聚反應(yīng)，但產(chǎn)物中Q4結(jié)構(gòu)比原材料中Q4結(jié)構(gòu)更少，講明產(chǎn)物中存在或生成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較少。6.2問題及展望地聚合物拌合時遇到速凝問題，速凝是以后實驗研究和地聚合物應(yīng)用的難題，應(yīng)對其機(jī)理和規(guī)律的研究引起重視。相同模數(shù)的水玻璃對地聚合物的激發(fā)效果不穩(wěn)定，要緊表現(xiàn)在凝聚時刻的差異，本次試驗并未找到其緣故，還有待進(jìn)一步研究。地聚合物的凝聚時刻受溫度的阻礙較大，應(yīng)重視對其機(jī)理和規(guī)律的研究；克服這一缺點能夠保證成型地聚合物的質(zhì)量，并為地聚合物的相關(guān)研究減少偏差，保證研究數(shù)據(jù)的可靠性。地聚合物專門粘稠，在成型時有大量氣泡存在試樣中，通過震動，部分氣泡浮在試件表面，但由于試件的氣泡含量多，若長時刻震動，試件表面又會有大量的浮漿，對試件的力學(xué)強(qiáng)度阻礙顯著。偏高嶺土基地聚合物混凝土的成本較高，大量應(yīng)用不經(jīng)濟(jì)。參考文獻(xiàn)[1]J.Davidovits.Earlyhigh2strengthmineralpolymer[P].USP.,No.4,509,985,April9,1985.[2]曹德光,蘇達(dá)根,宋國勝.低模數(shù)硅酸鈉溶液的結(jié)構(gòu)及其鍵合反應(yīng)特性[J].硅酸鹽學(xué)報,2004,32(8):