新型地質(zhì)聚合物的試驗(yàn)研究

唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：新型地質(zhì)聚合物的試驗(yàn)研究環(huán)境與化學(xué)工程系環(huán)境與化學(xué)工程系08無機(jī)非金屬材料〔1〕班系別：08無機(jī)非金屬材料〔1〕班施紅菊班級(jí)：_________________________施紅菊劉進(jìn)強(qiáng)姓名：_________________________劉進(jìn)強(qiáng)指導(dǎo)教師：_________________________2012年6月8日新型地質(zhì)聚合物的試驗(yàn)研究摘要PPPa；初凝時(shí)間為66分鐘，終凝時(shí)間為332分鐘；并且安定性良好。關(guān)鍵詞：高爐礦渣粉煤灰水玻璃堿性激發(fā)劑新型地質(zhì)聚合物ExperimentalStudyoftheNewGeopolymerAbstractUtilizationofindustrialsolidwaste,notonlycanreduceenvironmentalpollution,butalsoopenupanewavenueforbuildingmaterials.Inthispaper,blastfurnaceslagandflyashasthemainrawmaterials,modifiedsodiumsilicateastheactivatingagent,preparedinaappropriatewater-cementratio,high-performancenewgeopolymerismadeup.Studiesinthispaperhaveshownthat:blastfurnaceslagadds80%,flyashadds20%,andadds15%byaddingsodiumhydroxidetoadjustthemodulusofthemodifiedsodiumsilicate,andcuringunderthestandardconditions,wewillgetanewgeopolymer,whichperformancesbest.Threedayscompressivestrengthisupto39.38MPa,flexuralstrengthcanreachto5.79MPa;7dayscompressivestrengthisupto51.56MPa,flexuralstrengthcanreachto7.02MPa;28dayscompressivestrengthisupto52.75MPa,andflexuralstrengthcanreachto7.31MPa;initialsettingtimeis66minutesandfinalsettingtimeis332minutes;andstabilityisgood.Keywords:blastfurnaceslag;flyash;sodiumsilicate;activatingagent;newgeopolymer目錄1綜述 1 11.1.1地質(zhì)聚合物的開展 1 31.1.3地質(zhì)聚合物的性能及應(yīng)用領(lǐng)域 3 5 5 6 72試驗(yàn) 72.1試驗(yàn)原材料 7 72.1.2粉煤灰 102.1.3堿性激發(fā)劑 12 14 14 14 16 18 19 20 21 233結(jié)論 24謝辭 25參考文獻(xiàn) 26外文文獻(xiàn) 281綜述地質(zhì)聚合物的簡(jiǎn)介地質(zhì)聚合物〔Geopolymer〕的概念最早是在上個(gè)世紀(jì)70年代由法國(guó)科學(xué)家JosephDavidovits提出的[1]。JosephDavidovits利用活性低鈣Si-Al質(zhì)材料和高堿溶液反響首次制備出了一種具有有機(jī)高分子聚合物空間的三維網(wǎng)狀鍵接結(jié)構(gòu)的新型無機(jī)Si-Al質(zhì)膠凝材料，即地質(zhì)聚合物，是一種含有多種非晶質(zhì)至半晶質(zhì)相的三維鋁硅酸鹽的礦物聚合物。它以低鈣Si-Al質(zhì)材料和堿溶液為主要原料，經(jīng)過適當(dāng)工藝處理，在20~120℃的低溫條件下通過化學(xué)反響得到的一類由硅鋁酸鹽材料成分粘結(jié)的化學(xué)鍵合膠凝材料[2、3]。地質(zhì)聚合物經(jīng)過鋁硅酸鹽組分的溶解絡(luò)合、分解遷移、濃縮聚合和脫水硬化而形成，其化學(xué)組成與沸石接近，物理形態(tài)上呈現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此其兼具有機(jī)聚合物、水泥以及陶瓷的優(yōu)良性能，表現(xiàn)為早期強(qiáng)度高，收縮率較低，抗凍融性、耐酸堿侵蝕性和耐硫酸鹽腐蝕性好等。地質(zhì)聚合物應(yīng)用廣泛，在汽車及航空工業(yè)領(lǐng)域、非鐵鑄造及冶金工程領(lǐng)域、土木工程領(lǐng)域、環(huán)境工程領(lǐng)域和塑料工程領(lǐng)域等都有所利用[4]。1.1.1地質(zhì)聚合物的開展地質(zhì)聚合物屬于堿激發(fā)膠凝材料。所謂堿激發(fā)膠凝材料是指由具有潛在水硬性或火山灰活性的原料和堿性激發(fā)劑反響制成的一類膠凝材料。堿激發(fā)膠凝材料主要經(jīng)歷了四個(gè)開展階段〔四代〕：第一代，古代堿激發(fā)膠凝材料；第二代是始于20世紀(jì)40年代的堿礦渣水泥；第三代，地質(zhì)聚合物水泥；第四代，多組分復(fù)合高性能膠凝材料[5]。堿激發(fā)的原始概念來源于美國(guó)人Purdon的“堿激活”原理。20世紀(jì)30年代，Purdon在研究波特蘭水泥硬化機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，少量的氫氧化鈉在水泥硬化過程中可使水泥中的硅、鋁化合物比擬容易溶解形成硅酸鈉和偏鋁酸鈉，然后再進(jìn)一步與氫氧化鈣反響形成硅酸鈣和鋁酸鈣礦物質(zhì)，水泥硬化后又重新生成氫氧化鈉從而起催化劑的作用，據(jù)此Purdon提出了“堿激活”理論。50年代，Glukhovsky提出了基于鋁硅酸鹽的堿激發(fā)反響概念模型，把地聚合反響分為三步：第一步，在強(qiáng)堿作用下鋁硅酸鹽溶解；第二步，硅氧四面體和鋁氧四面體縮聚，體系凝膠化；第三步，凝膠結(jié)構(gòu)聚合、重整，體系硬化[6]。而地質(zhì)聚合物的概念最早是由法國(guó)科學(xué)家JosephDavidovits提出來的，1972年，JosephDavidovits教授申請(qǐng)了地質(zhì)聚合物歷史上第一項(xiàng)用高嶺土通過堿激發(fā)反響制備建筑板材的專利。隨后他開始對(duì)地質(zhì)聚合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的研究，并在隨后的幾年里申請(qǐng)了大量專利。在1976年的國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)〔IUPAC〕的大分子會(huì)議上，JosephDavidovits教授提出對(duì)這類堿激發(fā)材料進(jìn)行統(tǒng)一命名，當(dāng)時(shí)確定的名稱為聚鋁硅酸鹽〔Polysialate，sialate是silicon-oxo-alumina的縮寫〕；1978年，JosephDavidovits教授第一次提出并采用了Geopolymer〔地聚合物〕這個(gè)詞[7]。Geopolymer一詞原意是指由地質(zhì)合成作用或地球化學(xué)作用而形成的硅酸鹽礦物聚合物[8]。20世紀(jì)80年代，前蘇聯(lián)、西德、美國(guó)等也在此類膠凝材料的研制方面取得了不小的成果。已有的商品如德國(guó)TROLIT牌粘結(jié)劑、美國(guó)的PYRAMENT牌水泥、法國(guó)GEOPOLYMERAM牌陶瓷燈、芬蘭的“F膠凝材料”等；90年代開始，日本也著手對(duì)這類膠凝材料的開發(fā)。20世紀(jì)90年代后期，VanJaarsveld和VanDeventer等致力于用礦渣、粉煤灰等工業(yè)固體廢棄物制備新型地質(zhì)聚合物及其應(yīng)用的研究，包括固化有毒金屬及其化合物等。他們也對(duì)利用16種天然硅酸鹽礦物制備地質(zhì)聚合物進(jìn)行了研究，研究說明：架狀和島狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，尤其是由鈣含量較高者制得的地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度最大。且以粉煤灰為主要原料合成了7d抗壓強(qiáng)度達(dá)58.6MPa的地質(zhì)聚合物，并指出了粉煤灰中含有較高的CaO含量和含有局部超細(xì)顆粒是合成高性能地質(zhì)聚合物的有利條件[9]。地質(zhì)聚合物在其三十多年開展歷程中，經(jīng)歷了一個(gè)由初級(jí)到高級(jí)的開展過程。傳統(tǒng)的地質(zhì)聚合物是由經(jīng)過700℃煅燒的高嶺土得到的偏高嶺土參加氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液制備得的。后來隨著科研者的不斷努力探究，原料與激活劑的選擇范圍大大拓寬，硅鋁原料的來源從高嶺土擴(kuò)展到火山浮石、粉煤灰、礦物廢渣、燒粘土等4大類；堿激發(fā)劑方面除了氫氧化鈉以外，堿金屬的氫氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、氟化物、硅酸鹽和鋁硅酸鹽等都可以作為反響的激發(fā)劑，較大程度地豐富了堿激發(fā)劑的種類；同時(shí)增韌、增強(qiáng)添加物的選擇范圍也有所擴(kuò)大[10]。在過去的開展歷程中，地質(zhì)聚合物在世界范圍內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注，主要是因?yàn)榕c硅酸鹽水泥的性能和生產(chǎn)相比，它具有能耗低、強(qiáng)度高、耐久性好等特點(diǎn)[11]。鋼廠每年產(chǎn)生大量的礦渣，電廠每年排放大量的粉煤灰以及其他工業(yè)廢物等，它們都需要找到新的利用方式，這也成為了推動(dòng)地質(zhì)聚合物開展的動(dòng)力[12]。以美國(guó)為例，49%的電廠廢棄物是通過填埋方式處理掉，41%排放到儲(chǔ)灰池中，約10%回填到采石場(chǎng)。為了減少處置費(fèi)用，有些電廠將廢棄物就地堆放，這還不包括那些含有大量SO3的廢物[13]。而且，鋼鐵行業(yè)每年也會(huì)產(chǎn)生大量的礦物廢渣，不能得以合理利用。由此可以看出，利用工業(yè)廢渣制備地質(zhì)聚合物具有巨大的開展?jié)摿Α５刭|(zhì)聚合物的反響機(jī)理由于地質(zhì)聚合物的聚合反響涉及到很多方面的因素，其反響機(jī)理還是一個(gè)尚未完全解決的問題，尤其是對(duì)不同體系及組成相對(duì)復(fù)雜的體系來說更是如此。目前針對(duì)不同體系具有代表性的地質(zhì)聚合物反響機(jī)理模型有以下幾個(gè)：以法國(guó)科學(xué)家JosephDavidovits為代表的研究者提出了利用氫氧化鈉或者氫氧化鉀激發(fā)偏高嶺土以制備地質(zhì)聚合物的機(jī)理模型：偏高嶺土等活性材料在高堿溶液中裂解成類似有機(jī)高分子單體的低聚硅氧四面體和鋁氧四面體，這些低聚物在高堿的環(huán)境下發(fā)生聚合反響作用后，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)高聚物。根據(jù)反響產(chǎn)物中硅鋁比〔Si/Al〕之間的比例關(guān)系，可將地質(zhì)聚合物分為三種類型：PS型〔-Si-O-Al-〕、PSDS型〔-Si-O-Al-O-Si-O-Si-〕、PSS型〔-Si-O-Al-O-Si-〕，基于此可將地質(zhì)聚合物的分子式表達(dá)為：Mn{-(SiO2)-AlO2-}n·mH2O，M為堿金屬離子〔Na+、K+等〕，n為聚合度，m為結(jié)合水量。曹德光等人研究提出了利用低模數(shù)硅酸鈉溶液激發(fā)偏高嶺土以制備地質(zhì)聚合物的反響機(jī)理：硅酸鈉溶液低聚狀態(tài)的硅氧四面體基團(tuán)與偏高嶺石中的活性鋁氧層之間發(fā)生化合反響，即低聚合度的硅氧四面體基團(tuán)與偏高嶺土的鋁氧層發(fā)生了“鍵和反響”。這里，低聚度硅氧四面體基團(tuán)起到了一種“膠聯(lián)”的鍵合作用，將偏高嶺土的顆?！罢陈?lián)”在一起，從而形成一種網(wǎng)絡(luò)狀的三維空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)物。〔3〕李化建等人的研究提出了利用改性硅酸鈉作為成巖劑，研制煤矸石質(zhì)硅鋁膠凝材料的水化機(jī)理：包裹原理〔硅凝膠、C-S-H凝膠以及鋁硅酸鹽之間的交織〕及焊接原理〔鋁硅酸鹽之間的縮聚〕的綜合。煤矸石質(zhì)硅鋁基凝膠材料的硬化成巖分為3個(gè)階段，即成巖劑的水解和遷移，原位鍵合以及包裹膠結(jié)[10]?！?〕魏衛(wèi)東等提出了堿激發(fā)粉煤灰膠凝材料的硬化機(jī)理模型。并指出堿激發(fā)膠凝材料的硬化機(jī)理和傳統(tǒng)水泥的硬化機(jī)理不同，堿激發(fā)膠凝材料的硬化過程是堿性材料與火山灰質(zhì)材料的反響過程，水主要起傳質(zhì)媒介作用。而水泥硬化過程是熟料礦物與水反響的過程，水是一種主要反響物。1.1.3地質(zhì)聚合物的性能及應(yīng)用領(lǐng)域1.地質(zhì)聚合物的性能地質(zhì)聚合物是一種無機(jī)高聚物，真正意義上的“geopolymer”的聚合度應(yīng)該在500～1000之間或者更高。地質(zhì)聚合物材料的化學(xué)組成為鋁硅酸鹽，基體相呈半晶質(zhì)至非晶質(zhì)相，具有[SiO4]和[AlO4]四面體隨機(jī)分布的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的根本結(jié)構(gòu)單元為硅鋁氧鏈〔-Si-O-Al-O-〕、硅鋁硅氧鏈〔-Si-O-Al-O-Si-O-〕和硅鋁二硅氧鏈〔-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-〕等。這種結(jié)構(gòu)主鏈由-Si-O-Al-、-Si-O-Si-組成，主鏈中由Al代替Si而造成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中電價(jià)不平衡，使得K+、Na+離子在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中也變成受電價(jià)約束的非自由離子〔牢籠結(jié)構(gòu)〕。這種無機(jī)聚合物的結(jié)構(gòu)和具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的工程塑料有相似的結(jié)構(gòu)，后者主要是碳碳主鏈，而前者那么是硅氧鋁主鏈，從主鏈結(jié)構(gòu)上看無機(jī)高聚物應(yīng)該比工程塑料具有更加優(yōu)異的性能。地質(zhì)聚合物聚合后，其終產(chǎn)物表現(xiàn)出如下優(yōu)異的性能：材料硬化快、強(qiáng)度高。采用改進(jìn)工藝制備的地質(zhì)聚合物材料，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)20～100MPa，具有更加廣泛的應(yīng)用范圍[14]。耐酸堿腐蝕性優(yōu)良。地質(zhì)聚合物能經(jīng)受住硫酸鹽侵蝕，且在各種酸溶液、堿溶液、鹽水以及各種有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，但在濃鹽酸中穩(wěn)定性較差[14]。滲透率比擬低。如果用氯離子擴(kuò)散系數(shù)對(duì)混凝土的抗?jié)B性進(jìn)行表征，其氯離子擴(kuò)散系數(shù)是10-9cm2/s，與花崗巖的相近〔10-10cm2/s〕。因此，地質(zhì)聚合物能長(zhǎng)期經(jīng)受輻射及水熱作用而不老化[15]。低膨脹率和低收縮率。與硅酸鹽水泥相比，地質(zhì)聚合物材料的收縮率要低很多。鉀鋁硅酸鹽聚合物在400℃下的收縮率為0.2%～1%，800℃下的收縮率為0.2%～2%。其線膨脹系數(shù)在0～1000℃～4.5〕×10-6。低導(dǎo)熱率和耐高溫性。與有機(jī)高分子材料相比，地質(zhì)聚合物耐高溫，隔熱效果好，而且不會(huì)燃燒，更不會(huì)在高溫下分解放出有毒氣體，地質(zhì)聚合物材料的耐火度>1000℃，熔融溫度達(dá)1050～1250℃～·K。而且作為建材，可滿足防火阻燃的要求。耐久性優(yōu)良。地質(zhì)聚合物與有機(jī)高分子相比，不老化，耐久性好；而與硅酸鹽水泥相比，地質(zhì)聚合物能經(jīng)受住環(huán)境的影響，耐久性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于硅酸鹽水泥；另外，還具有優(yōu)良的抗氧化性能，抗碳化性能。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，能耗較低，比擬環(huán)保。其生產(chǎn)過程無需燒制，也無需蒸氣養(yǎng)護(hù)工序，材料的固化溫度一般在常溫至180℃，依靠各種物料之間的低溫化學(xué)反響，即可使凝膠相固化，因而其生產(chǎn)能耗極低。原料來源廣，本錢低廉。地質(zhì)聚合物主要原材料是地表廣泛存在的低鈣Si-Al質(zhì)材料；堿激發(fā)劑主要采用水玻璃，以及NaOH或KOH溶液，次為堿金屬碳酸鹽〔Na2CO3〕、堿土金屬氯化物〔MgCl2，CaCl2〕和Na2SiF6、〔Na，K〕3AlF6等。能有效地固定有毒金屬離子。地質(zhì)聚合物形成分子尺寸的牢籠微觀結(jié)構(gòu)，能將幾乎所有有毒金屬離子有效地固定在牢籠結(jié)構(gòu)中；可用做核放射元素、重金屬離子的固封材料，制成薄膜吸附材料等，也可用于廢水處理。綠色環(huán)保。地質(zhì)聚合物的成分接近于天然礦物，不像許多有機(jī)聚合物可能造成二次污染。與傳統(tǒng)水泥相比，地質(zhì)聚合物的制備工藝簡(jiǎn)單，不使用如生產(chǎn)硅酸鹽水泥那樣大量消耗資源和能源的“兩磨一燒”工藝，因而低能耗，根本不排放二氧化碳，能有效減輕環(huán)境的負(fù)荷[16]。2.地質(zhì)聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域〔1〕汽車及航空工業(yè)地質(zhì)聚合物復(fù)合材料因其高溫性能優(yōu)良，且不會(huì)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，提高飛行器的平安系數(shù)?！?〕非鐵鑄造及冶金地質(zhì)聚合物能經(jīng)受1000～1200℃的高溫而保持良好的結(jié)構(gòu)性能，所以可以廣泛應(yīng)用于非鐵鑄造及冶金行業(yè)，J·Davidovits教授成功地利用人造礦物聚合物材料制作澆鑄了鋁制品?！?〕土木工程地質(zhì)聚合物快硬早強(qiáng)的性能，使其用于土木工程可以縮短脫模時(shí)間，加快模板周轉(zhuǎn)，提高施工速度。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(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。〔4〕交通及搶修工程地質(zhì)聚合物快硬早強(qiáng)，20℃條件下4h強(qiáng)度能達(dá)15～20MPa，由地質(zhì)聚合物搶修的公路或機(jī)場(chǎng)等，1h即可步行，4h即可通車，6h即可供飛機(jī)起飛或降落?！?〕塑料工業(yè)地質(zhì)聚合物材料可以制作塑料成型的模具，由地質(zhì)聚合物制作的模具耐酸堿及各種侵蝕性介質(zhì)，且具有較高的精度和外表光滑度，能滿足高精度加工的要求。〔6〕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；地質(zhì)聚合物因其優(yōu)良的耐水熱性能，在核廢料長(zhǎng)期的水熱作用下能保持優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能，因而能固定核廢料。地聚合物還可以用于處理礦山尾礦，作為礦山的外表蓋層和基底墊層，包括剛性、半剛性及柔性低滲透性高強(qiáng)度蓋〔墊〕層，以及地下截流墻、土壩內(nèi)高強(qiáng)度低滲透心墻。近年，地質(zhì)聚合物的研究越來越受到人們的重視。人們將對(duì)其形成機(jī)理繼續(xù)進(jìn)行更系統(tǒng)的研究，同時(shí)人們也將致力于通過改變?cè)戏N類、配比及其制備工藝以獲取性能更優(yōu)性能的地質(zhì)聚合物，這將使地質(zhì)聚合物的應(yīng)用更加廣泛。研究地質(zhì)聚合物的意義及其存在的問題地質(zhì)聚合物的研究意義人類制造和使用無機(jī)Si-Al質(zhì)膠凝材料已有幾千年的歷史。早在遠(yuǎn)古時(shí)代，人們將粘土質(zhì)材料與水拌合建造城墻、房屋等建筑物，當(dāng)時(shí)人們僅憑借經(jīng)驗(yàn)和感覺制備無機(jī)膠凝材料，而對(duì)其膠結(jié)、凝固的本質(zhì)并不了解。而真正運(yùn)用積累的理論知識(shí)并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)掌握無機(jī)Si-Al質(zhì)膠凝材料制備技術(shù)和性能特點(diǎn)，并將其大規(guī)模推廣應(yīng)用是在1824年創(chuàng)造硅酸鹽水泥之后。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛開展、科技的快速進(jìn)步，對(duì)硅酸鹽水泥需求量急劇增加。然而水泥工業(yè)是高能耗、高資源消耗、高污染的不可持續(xù)開展的產(chǎn)業(yè)。水泥生產(chǎn)采用“兩磨一燒”工藝，消耗大量不可再生的煤、天然氣、石油等能源，其能耗約占世界總能耗的15%；同時(shí)，還消耗大量的石灰石、鐵礦石和粘土等不可再生的自然資源，專家預(yù)測(cè)我國(guó)用于生產(chǎn)硅酸鹽水泥的優(yōu)質(zhì)石灰石礦山資源在未來50～100年將消耗殆盡；另外，水泥生產(chǎn)過程中還排放巨大量的產(chǎn)生溫室效應(yīng)的二氧化碳，導(dǎo)致全球平均氣溫逐年上升。另一方面，大量工業(yè)副產(chǎn)品的丟棄或利用缺乏也是一個(gè)嚴(yán)重的問題。以引人注目的粉煤灰和礦渣為例，我國(guó)水淬礦渣產(chǎn)量每年約8000萬(wàn)噸～1億噸，粉煤灰產(chǎn)量已達(dá)2.0億噸，這些副產(chǎn)品的堆放不僅加劇對(duì)環(huán)境的污染，也造成了能源和資源的巨大浪費(fèi)。粉煤灰和礦渣一直被稱為工業(yè)廢渣，現(xiàn)在由于逐漸被利用起來，工業(yè)廢渣的資源化已充分表達(dá)，并成為制備高性能混凝土必備的活性摻合料。許多像這樣的工業(yè)廢渣在建筑領(lǐng)域中得以應(yīng)用。如果能最大限度利用它們作為活性摻合料，不僅能減輕對(duì)環(huán)境的污染，而且節(jié)約能源、降低本錢，是實(shí)施可持續(xù)開展的必由之路。利用礦渣和粉煤灰等工業(yè)固體廢棄物通過堿激發(fā)劑制備出具有快硬、高強(qiáng)、耐候性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)的生態(tài)化膠凝材料。走生態(tài)化膠凝材料的道路，是解決這些問題的最正確途徑，也是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)開展的必然要求。地質(zhì)聚合物的研究中存在的問題由高爐礦渣和粉煤灰組成的新型地質(zhì)聚合物最為一種重要的堿激發(fā)多組分膠凝材料，近年來引起了人們的重視，在產(chǎn)品開發(fā)及其應(yīng)用等方面取得了很大開展，但是，還有許多問題亟待解決。堿激發(fā)礦渣-粉煤灰體系存在的必要性和雙活性組分的作用。多組分體系存在的意義在于兩者缺一不可，或兩者的作用相互疊加產(chǎn)生協(xié)同作用，或用一種物料來彌補(bǔ)另一種物料的缺乏，亦或用一組分“稀釋”另一組分從而降低本錢。迄今為止的文獻(xiàn)對(duì)粉煤灰和礦渣雙活性組分的協(xié)同作用方面研究不夠深入。原材料問題。原材料種類直接影響產(chǎn)品性能。目前來看，人們對(duì)激發(fā)劑種類的影響的研究較多，而對(duì)原材料種類的研究很少。就礦渣而言，有酸性礦渣、堿性礦渣和中性礦渣；對(duì)粉煤灰而言，有高鈣灰和低鈣灰；不同的鍋爐爐型，灰表現(xiàn)出的性質(zhì)也不同：有煤粉爐粉煤灰、沸騰爐粉煤灰和循環(huán)流化床粉煤灰等；近年來，燃煤鍋爐脫硫越來越引起重視，因此又有脫硫灰出現(xiàn)?；业娜紵龤v史、化學(xué)成分、礦物組成、粒徑分布以及由此而導(dǎo)致活性不同，堿激發(fā)膠凝材料的性能也有所不同?，F(xiàn)有文獻(xiàn)只是從研究個(gè)例或?yàn)閿?shù)不多的因素出發(fā)，加上測(cè)試手段的差異，得出不同的結(jié)果或是結(jié)論，有時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)誤差。因?yàn)椴煌脑虾图ぐl(fā)劑品種的組合，體系的水化產(chǎn)物有時(shí)差異較大。養(yǎng)護(hù)工藝。從養(yǎng)護(hù)工藝來看，常見的養(yǎng)護(hù)方式有濕氣養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、干養(yǎng)護(hù)、常溫養(yǎng)護(hù)、升溫養(yǎng)護(hù)〔蒸汽養(yǎng)護(hù)、壓蒸養(yǎng)護(hù)〕。初步研究結(jié)果說明，高堿度體系應(yīng)濕氣養(yǎng)護(hù)；鈣礬石基體系應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)水養(yǎng)護(hù)。升溫養(yǎng)護(hù)有助于強(qiáng)度開展，但不宜高于90℃。養(yǎng)護(hù)方式對(duì)體系的適應(yīng)性直接影響膠凝材料的應(yīng)用和產(chǎn)品定位。耐久性問題。許多學(xué)者通過試驗(yàn)認(rèn)為：堿礦渣膠凝材料幾乎不存在堿骨料反響。但是，長(zhǎng)期以來水泥行業(yè)“談堿色變”，因此，關(guān)于堿-礦渣-粉煤灰體系的堿骨料反響、抗硫酸鹽性能、耐酸性能、耐高溫性能、干收縮性能等以及堿礦渣膠凝材料常見的外表泛霜的問題進(jìn)行有針對(duì)性的系統(tǒng)的研究勢(shì)在必行。本文的研究?jī)?nèi)容資源消耗、二氧化碳排放和耐久性不良是普通硅酸鹽水泥行業(yè)面臨的三大問題。走生態(tài)化膠凝材料的道路是解決這些問題的最正確途徑，也是循環(huán)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)開展的必然要求。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，人們?cè)趬A礦渣膠凝材料和地質(zhì)聚合物的根底上，利用固體廢棄物開發(fā)了一系列旨在改善生態(tài)環(huán)境、用于專門用途的膠凝材料。本文重點(diǎn)研究礦渣和粉煤灰這兩種來源最廣、應(yīng)用最廣泛的工業(yè)廢渣，以及氫氧化鈉和水玻璃等堿性激發(fā)劑，詳細(xì)探討由不同摻加比例的高爐礦渣和粉煤灰在不同摻量的堿性激發(fā)劑激發(fā)的條件下所制得的新型地質(zhì)聚合物，在不同水膠比，不同養(yǎng)護(hù)齡期等條件下所測(cè)得的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度等一系列性能。從而探索礦渣和粉煤灰摻和比、水灰比、水玻璃及氫氧化鈉用量等多種因素對(duì)新型地質(zhì)聚合物的影響，從而為科學(xué)運(yùn)用工業(yè)廢渣制備環(huán)保的低能耗的性能良好的新型地質(zhì)聚合物提供有力的科學(xué)依據(jù)。2試驗(yàn)2.1試驗(yàn)原材料礦渣微粉礦渣微粉的簡(jiǎn)介“礦渣”的全稱是“?；郀t礦渣”，是鋼廠冶煉生鐵時(shí)產(chǎn)生的廢渣。在高爐煉鐵過程中，除了鐵礦石和燃料〔焦炭〕之外，為降低冶煉溫度，還要參加適當(dāng)數(shù)量的石灰石和白云石作為助熔劑。它們?cè)诟郀t內(nèi)分解所得到的氧化鈣、氧化鎂、和鐵礦石中的廢礦、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，浮在鐵水外表，定期從排渣口排出，經(jīng)空氣或水急冷處理，形成粒狀顆粒物，這就是粒化高爐礦渣，簡(jiǎn)稱礦渣。礦渣是由礦渣熔漿經(jīng)快速冷卻固化而形成的細(xì)小顆粒，依所含成分不同，成白色或乳黃色等。它是一種具有很高潛在活性的玻璃體結(jié)構(gòu)材料[17]。其化學(xué)成分主要是SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、MnO2等；含有95%以上的玻璃體和硅酸二鈣、鈣黃長(zhǎng)石、硅灰石等礦物，與水泥成份接近。礦渣的礦物組成及其活性與熔融礦渣的冷卻條件有關(guān)。未經(jīng)過淬水的礦渣，其礦物形態(tài)呈穩(wěn)定形的結(jié)晶體，這些結(jié)晶體除少局部C2S尚有一些活性外，其它礦物根本上不具有活性。如果經(jīng)果淬水急冷，由于液相粘度在很短的時(shí)間內(nèi)很快增大，阻滯了晶體成長(zhǎng)，形成了玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，就使礦渣處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。因而具有較大的潛在化學(xué)能。出渣溫度愈高，冷卻速度愈快，那么礦渣玻璃化程度愈高，礦渣的潛在化學(xué)能愈大，活性也愈高。因此，經(jīng)水淬急冷的高爐礦渣的活性比未經(jīng)水淬的礦渣活性要高一些。

礦渣微粉具有潛在水硬性。礦渣中含有硅酸鹽、鋁酸鹽及大量含鈣的玻璃質(zhì)〔如C2S、CAS2、C2AS、C3A、C2F和CaSO4等〕，具有獨(dú)立的水硬性，在CaO與CaSO4的激發(fā)作用下，遇到水就能硬化，通過細(xì)磨后，硬化過程大大加快。礦渣是黑色冶金工業(yè)的主要固體廢棄物，每生產(chǎn)一噸生鐵，要排出0.3～1噸礦渣。2005年我國(guó)產(chǎn)鋼3.49億噸，冶煉廢渣產(chǎn)生14619萬(wàn)噸，(其中鋼渣約為5000萬(wàn)噸，高爐礦渣約9000萬(wàn)噸)，綜合利用12848萬(wàn)噸，加上歷年累積，總貯存量為2億噸，占地3萬(wàn)畝，這些露天儲(chǔ)存的冶煉廢渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水體和大氣，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，造成明顯或潛在的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。據(jù)估算以每噸冶煉廢渣堆存的經(jīng)濟(jì)損失14.25元計(jì)，每年造成經(jīng)濟(jì)損失28.5億元。所以，冶煉廢渣的無害化、資源化處理是我國(guó)乃至世界各國(guó)十分重視的焦點(diǎn)，也是我們推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的中心內(nèi)容之一。利用礦渣制備地質(zhì)聚合物的可行性研究最初用來制備地質(zhì)聚合物的原材料主要是煅燒高嶺石，但是煅燒高嶺石需要消耗大量的能源，并且釋放出大量的二氧化碳，既不經(jīng)濟(jì)又不環(huán)保。人們通過對(duì)地質(zhì)聚合物進(jìn)行大量的研究發(fā)現(xiàn)，不僅僅是煅燒高嶺石可以制備地質(zhì)聚合物。然而，原材料對(duì)地質(zhì)聚合物的影響很大。如原材料的礦物化學(xué)成分、礦物組成、硅鋁比〔Si/Al〕、氧化鈣含量、激發(fā)劑種類等都對(duì)制備出的地質(zhì)聚合物的性能有很大的影響。Huaxu等對(duì)16種鋁硅酸鹽材料進(jìn)行分析說明：溶液中硅的濃度、堿的類型、礦物中氧化鉀的含量這三種因素占總影響性的95%。溶液中硅的濃度越大，制備出的地質(zhì)聚合物的強(qiáng)度就越高。而溶液中硅的濃度，很大程度上取決于原材料中硅氧四面體的結(jié)構(gòu)。所以，原材料中的硅氧四面體結(jié)構(gòu)在很大程度上影響著地質(zhì)聚合物的性能。礦渣的主要成分為硅酸鈣〔鎂〕和鋁硅酸鈣〔鎂〕的熔融體，礦物組成主要是黃長(zhǎng)石和輝石。其化學(xué)成分主要為SiO2、Al2O3和CaO，而且含有的玻璃體較多。而原料中的結(jié)晶相和玻璃相在很大程度上影響著原材料的活性，其中結(jié)晶相表現(xiàn)為惰性，玻璃相表現(xiàn)為活性。因此，從礦渣的化學(xué)組成和礦物組成來看，礦渣具有一定的潛在活性。但僅從礦渣的化學(xué)組成、玻璃體含量多少并不能確切的判斷其活性的大小，玻璃網(wǎng)絡(luò)體聚合度的大小也是很重要的，一般來說，聚合度越小，水硬活性越高。陳筱嵐分析了8種礦渣，它們?nèi)靠扇芙庥谌坠柰榛噭?，氣相色譜測(cè)定出[SiO4]四面體聚合度變化在1～4的SiO2占整個(gè)的50%～70%，余下的局部為聚合度高于4但仍可溶解的組分。同時(shí)，通過核磁共振分析也證明了礦渣中的[SiO4]四面體聚合度比擬高。因此，把礦渣中的[SiO4]四面體結(jié)構(gòu)裂解，所需的能量較小，通過添加一定量的激發(fā)劑就可以激發(fā)出礦渣潛在的活性。這也就奠定了利用礦渣制備地質(zhì)聚合物的理論根底，換句話說，利用礦渣制備地質(zhì)聚合物從理論上講是可行的。3.利用礦渣制備地質(zhì)聚合物的反響機(jī)理研究對(duì)于地質(zhì)聚合物的形成機(jī)理，法國(guó)科學(xué)家J·Davidovits 以偏高嶺土為原料，以氫氧化鈉或者氫氧化鉀為激發(fā)劑為例進(jìn)行了說明，并認(rèn)為偏高嶺土和無定形SiO2首先在強(qiáng)堿作用下發(fā)生Si-O和Al-O共價(jià)鍵斷裂，張書政等認(rèn)為此時(shí)在水溶液中生成硅酸和氫氧化鋁的混合溶液，溶膠顆粒之間局部脫水縮合生成正鋁酸鹽，而正鋁酸鹽分子上的羥基在堿性條件下很不穩(wěn)定，形成氫鍵以后進(jìn)一步脫水縮合形成聚硅鋁氧大分子鏈。韓要從等人在研究硅鋁酸鹽合成4A沸石分子篩的過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚合反響晶化程度非常低時(shí)，就可生成地質(zhì)聚合物。楊南如等通過研究礦渣在水玻璃和氫氧化鈉作用下，[SiO4]聚合態(tài)的變化，說明：礦渣經(jīng)OH-作用，是硅酸根離子解聚-聚合的過程，既有硅酸根離子的縮聚反響，又有硅酸根離子的解聚反響，但以縮聚反響為主。由于硅酸鈉水玻璃溶液中含有大量[SiO2(OH)2]2-離子存在，大大加快了硅酸根離子的縮聚反響速度。聶軼苗等人通過XRD、IR、SEM、NMR等測(cè)試分析研究說明：地質(zhì)聚合物的原料在堿性條件下溶解而釋放出水合硅、鋁離子，這些離子通過水解而形成硅、鋁氫氧離子，如[Al(OH)4]-、[SiO(OH)3]-、[SiO2(OH)2]2-等。這些離子間相互發(fā)生縮聚反響而形成離子團(tuán)，這些離子團(tuán)進(jìn)一步縮聚形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不斷擴(kuò)大而導(dǎo)致材料凝固，直至最終硬化成為地質(zhì)聚合物材料[18]。本論文所涉及到的試驗(yàn)中所用礦渣為唐山市鑫研建材生產(chǎn)的成品，可以直接用于試驗(yàn)研究，其化學(xué)成分見表2-1。表2-1礦渣的化學(xué)成分原料SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3FeOTiO2燒失量礦渣2.1.2粉煤灰1.粉煤灰的簡(jiǎn)介粉煤灰是我國(guó)目前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著電力工業(yè)的開展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣；假設(shè)排入水系，那么會(huì)造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對(duì)人體和生物產(chǎn)生危害。粉煤灰，是煤燃燒后從煙氣中捕集下來的細(xì)灰。煤粉在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒，燃煤中的絕大局部可燃物都能在爐內(nèi)燒盡，而煤粉中的不燃物〔主要為灰分〕大量混雜在高溫?zé)煔庵小＿@些不燃物因受到高溫作用而局部熔融，同時(shí)由于其外表張力的作用，形成大量細(xì)小的球形顆粒。在鍋爐尾部引風(fēng)機(jī)的抽氣作用下，含有大量灰分的煙氣流向爐尾。隨著煙氣溫度的降低，一局部熔融的細(xì)粒因受到一定程度的急冷呈玻璃體狀態(tài)，從而具有較高的潛在活性。在引風(fēng)機(jī)將煙氣排入大氣之前，上述這些細(xì)小的球形顆粒，經(jīng)過除塵器，被別離、收集，即為粉煤灰。粉煤灰的主要來源是以煤粉為燃料的火電廠和城市集中供熱鍋爐，其中90%以上為濕排灰，活性較干灰低，且費(fèi)水費(fèi)電，污染環(huán)境，也不利于綜合利用。為了更好地保護(hù)環(huán)境并有利于粉煤灰的綜合利用，考慮到除塵和干灰輸送技術(shù)的成熟，干灰收集已成為今后粉煤灰收集的開展趨勢(shì)。我國(guó)是個(gè)產(chǎn)煤大國(guó)，以煤炭為電力生產(chǎn)根本燃料。近年來，我國(guó)的能源工業(yè)穩(wěn)步開展，發(fā)電能力年增長(zhǎng)率為7.3%，電力工業(yè)的迅速開展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，1995年粉煤灰排放量達(dá)1.25億噸，2000年約為1.5億噸，到2010年將到達(dá)3億噸，給我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。另一方面，我國(guó)又是一個(gè)人均占有資源儲(chǔ)量有限的國(guó)家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，是解決我國(guó)電力生產(chǎn)環(huán)境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產(chǎn)所面臨解決的任務(wù)之一。經(jīng)過開發(fā)，粉煤灰在建工、建材、水利等各部門得到廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，世界性能源危機(jī)，環(huán)境污染以及礦物資源的枯竭等強(qiáng)烈地激發(fā)了粉煤灰利用的研究和開發(fā)，屢次召開國(guó)際性粉煤灰會(huì)議，研究工作日趨深入，應(yīng)用方面也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。粉煤灰成為國(guó)際市場(chǎng)上引人注目的資源豐富、價(jià)格低廉，興利除害的新興建材原料和化工產(chǎn)品的原料，受到人們的青睞。目前，對(duì)粉煤灰的研究工作大都由理論研究轉(zhuǎn)向應(yīng)用研究，特別是著重要資源化研究和開發(fā)利用。利用粉煤灰生產(chǎn)的產(chǎn)品在不斷增加，技術(shù)在不斷更新。國(guó)內(nèi)外粉煤灰綜合利用工作與過去相比擬，發(fā)生了重大的變化，主要表現(xiàn)為：粉煤灰治理的指導(dǎo)思想已從過去的單純環(huán)境角度轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合治理、資源化利用；粉煤灰綜合利用的途徑以從過去的路基、填方、混凝土摻和料、土壤改造等方面的應(yīng)用外，開展到目前的在水泥原料、水泥混合材、大型水利樞紐工程、泵送混凝土、大體積混凝土制品、高級(jí)填料等高級(jí)化利用途徑。2.粉煤灰的利用目前，粉煤灰主要用來生產(chǎn)粉煤灰水泥、粉煤灰磚、粉煤灰硅酸鹽砌塊、粉煤灰加氣混凝土及其他建筑材料，還可用作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改進(jìn)劑，回收工業(yè)原料和作環(huán)境材料。粉煤灰在水泥工業(yè)和混凝土工程中的應(yīng)用：粉煤灰代替粘土原料生產(chǎn)水泥；粉煤灰作水泥混合材；粉煤灰生產(chǎn)低溫合成水泥；粉煤灰制作無熟料水泥，包括石灰粉煤灰水泥和純粉煤灰水泥；粉煤灰作砂漿或混凝土的摻和料。粉煤灰在建筑制品中的應(yīng)用：蒸制粉煤灰磚；燒結(jié)粉煤灰磚；蒸壓生產(chǎn)泡沫粉煤灰保溫磚；粉煤灰硅酸鹽砌塊；粉煤灰加氣混凝土；粉煤灰陶粒；粉煤灰輕質(zhì)耐熱保溫磚。粉煤灰作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改進(jìn)劑：粉煤灰具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)，能廣泛應(yīng)用于改造重粘土、生土、酸性土和鹽堿土，彌補(bǔ)其酸瘦板粘的缺陷，粉煤灰中含有大量枸溶性硅鈣鎂磷等農(nóng)作物所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，故可作農(nóng)業(yè)肥料用。回收工業(yè)原料：回收煤炭資源；回收金屬物質(zhì)粉煤灰中含有Fe2O3、Al2O3、和大量稀有金屬；分選空心微珠，可以用于塑料的理想填料，用于輕質(zhì)耐火材料和高效保溫材料，用于石油化學(xué)工業(yè)，用于軍工領(lǐng)域，坦克剎車。作環(huán)保材料：利用粉煤灰可制造分子篩、絮凝劑和吸附材料等環(huán)保材料；粉煤灰還可用于處理含氟廢水、電鍍廢水與含重金屬例子廢水和含油廢水等。粉煤灰是一種放錯(cuò)地方的資源，粉煤灰可用作水泥、砂漿、混凝土的摻合料，并成為水泥、混凝土的組分，粉煤灰作為原料代替黏土生產(chǎn)水泥熟料的原料、制造燒結(jié)磚、蒸壓加氣混凝土、泡沫混凝土、空心砌磚、燒結(jié)或非燒結(jié)陶粒，鋪筑道路；構(gòu)筑壩體，建設(shè)港口，農(nóng)田坑洼低地、煤礦塌陷區(qū)及礦井的回填；也可以從中分選漂珠、微珠、鐵精粉、碳、鋁等有用物質(zhì)，其中漂珠、微珠可分別用作保溫材料、耐火材料、塑料、橡膠填料。本論文所涉及到的試驗(yàn)中所用粉煤灰為唐山市建設(shè)集團(tuán)生產(chǎn)的產(chǎn)品，可以直接用于試驗(yàn)研究，其化學(xué)成分見表2-2。表2-2粉煤灰的化學(xué)成分原料SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3FeOTiO2燒失量粉煤灰2.1.3堿性激發(fā)劑引言通常使用苛性堿和堿性的鹽來作為堿性激發(fā)劑。Glukhovskyetal〔1980〕根據(jù)化學(xué)組成將堿性激發(fā)劑分成六類：苛性堿：MOH；非硅酸鹽的弱酸鹽：M2CO3、M2SO3、M3PO4、MF等；硅酸鹽：M2O·nSiO2；鋁酸鹽：M2O·nAl2O3；鋁硅酸鹽；M2O·nAl2O3·nSiO2；非硅酸鹽的強(qiáng)酸鹽：M2SO4。這些激發(fā)劑中，NaOH、Na2CO3、Na2O·nSiO2、Na2SO4最為容易獲得和最經(jīng)濟(jì)。一些鉀化合物也在實(shí)驗(yàn)室里做研究用過，但是因?yàn)樗鼈儾灰子讷@得、價(jià)格較貴，因而限制了其應(yīng)用，且鉀和鈉化合物的特性是非常相近的，因而本文主要選擇NaOH以及Na2O·nSiO2作為堿性激發(fā)劑來進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)研究。苛性鈉苛性鈉是化學(xué)工業(yè)的龍頭產(chǎn)品之一，其他的龍頭產(chǎn)品還有蘇打粉和硫酸，幾乎沒有那種化學(xué)制品在其生產(chǎn)過程中不需要者三個(gè)龍頭產(chǎn)品之一或者更多，而且?guī)缀鯖]有一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)不需要苛性鈉的。工業(yè)用的苛性鈉是通過電解氯化鈉來獲得的。除了液態(tài)產(chǎn)品外，有片狀、塊狀、珠狀和粉狀等四種固態(tài)的苛性鈉。塊狀的苛性鈉是將熔融的苛性鈉通過冷的壓片滾筒而得到的厚度均勻的片狀物。珠狀苛性鈉是在嚴(yán)格控制的操作條件下，將熔融的苛性鈉注入成球塔中得到的尺寸均勻的珠狀顆粒。這些不同形態(tài)的苛性鈉，顆粒尺寸不同，但化學(xué)組成是相同的。本論文所涉及的試驗(yàn)中使用的是珠狀苛性鈉。苛性鈉可以用來加速水泥的水化，但是會(huì)導(dǎo)致7~14d的強(qiáng)度下降。一般使用時(shí)都必須先將無水苛性鈉溶解成溶液，因?yàn)樵谂渲瞥扇芤簳r(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，參加到水泥混凝土中時(shí)，應(yīng)非常謹(jǐn)慎小心。本論文所涉及到的試驗(yàn)中采用的氫氧化鈉是由天津市津科精細(xì)化工研究所生產(chǎn)的，呈現(xiàn)白色均勻粒狀或片狀，分析純。硅酸鈉硅酸鈉是Na2O·nSiO2～3.85之間，在此范圍之外的液體硅酸鈉是不穩(wěn)定的，也沒有實(shí)用價(jià)值。硅酸鈉是有VanHelmont在1640年首次發(fā)現(xiàn)，他將過量的堿與硅混合放在潮濕的地方時(shí)得到一種液體。Johann在1818年實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一發(fā)現(xiàn)，他將硅溶解在苛性堿中得到了具有和玻璃一樣特性的液體，故稱之為水玻璃〔Vail1928〕。經(jīng)過進(jìn)一步研究之后，他建議將水玻璃用作膠水、油漆、水泥、洗滌劑、天然和人造石的硬化劑等，但是當(dāng)時(shí)沒有引起太大的反響，直到1887年英國(guó)W·Gossage﹠Sons公司展出了含30%、20°波美度的水玻璃的肥皂時(shí)，水玻璃才被眾人認(rèn)知。硅酸鈉玻璃是將石英砂和碳酸鈉在1350℃～1450℃溫度之間熔融得到的。它的化學(xué)組成是Na2O·nSiO2，其中n是SiO2和Na2O的比例，稱為模數(shù)，將玻璃在壓蒸釜中于140℃～160℃和適當(dāng)?shù)恼羝麎合氯芙饩偷玫搅怂Ａ?。理論上來講，SiO2和Na2O可以以任意比例結(jié)合，但是由于常溫下高模數(shù)的水玻璃溶解度很小，低模數(shù)的水玻璃穩(wěn)定性很差，硅酸鈉玻璃生產(chǎn)的水玻璃的模數(shù)通常不大于4。目前，世界上大多數(shù)生產(chǎn)廠家使用噴霧枯燥法來除去壓蒸后水玻璃溶液中多余的水。在噴霧枯燥時(shí)，溶液中硅酸根離子幾乎不變化。最近研制出一種微波枯燥法，據(jù)報(bào)道采用微波法枯燥的硅酸鹽鈉溶解速度要比通常的噴霧法枯燥的硅酸鹽的溶解速度快。一種新的制造水合硅酸鈉和水泥硅酸鉀的方法也已見報(bào)道.通常在高模數(shù)的水玻璃中參加氫氧化鈉來生產(chǎn)低模數(shù)的水玻璃。當(dāng)濃度和模數(shù)相同時(shí)，調(diào)配的水玻璃溶液中的硅酸根離子的種類和濃度與直接從高壓釜中生產(chǎn)的是不一樣的。KorneevandBykov〔2000〕提出了一種生產(chǎn)模數(shù)大于1的無定形水化硅酸堿的方法，在此方法中，將磨細(xì)的硅酸鈉玻璃溶解后，用含水的有機(jī)溶劑從中萃取水化硅酸鈉，用此法可直接生產(chǎn)所需模數(shù)和濃度的水玻璃。3。4.水玻璃模數(shù)的調(diào)整水玻璃是一種優(yōu)良的膠凝材料，用途很廣。模數(shù)及比重是控制水玻璃質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)水玻璃模數(shù)及比重不符合要求時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整。如要提高模數(shù)，可向水玻璃中參加硅膠、鹽酸及非晶形天然二氧化硅。反之，如要降低模數(shù)，那么需參加氫氧化鈉。3～1.5時(shí)，性能最好。因此，本論文欲將水玻璃的模數(shù)調(diào)整為1，通過進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，需參加22.77%的氫氧化鈉，即如假設(shè)制備100克模數(shù)為1的水玻璃，需在78.23g模數(shù)為2.3的水玻璃中參加22.77克的氫氧化鈉。其它原材料1.標(biāo)準(zhǔn)砂本論文所涉及到的試驗(yàn)中所使用的標(biāo)準(zhǔn)砂是由廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂按照GB/17671-1999生產(chǎn)的，每袋凈含量為1350±5g。2.水本論文所涉及到的試驗(yàn)中用到的水全部為自來水。試驗(yàn)方案試驗(yàn)方法在工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)中，為了改革舊工藝，尋求最優(yōu)生產(chǎn)條件，經(jīng)常要做許多的試驗(yàn)，但是影響這些試驗(yàn)結(jié)果的因素有很多，我們把含有兩個(gè)因素以上的試驗(yàn)稱為多因素試驗(yàn)。多因素試驗(yàn)由于考慮的因素較多，當(dāng)每個(gè)因素的水平數(shù)又較大時(shí)，假設(shè)進(jìn)行比擬全面試驗(yàn)，試驗(yàn)的次數(shù)將會(huì)更大。因此，對(duì)于多因素試驗(yàn)來說，存在一個(gè)如何安排好試驗(yàn)的問題。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是一種研究和處理多因素試驗(yàn)的科學(xué)方法，它利用一套現(xiàn)存的規(guī)格化的表——正交表，來安排試驗(yàn)，通過盡可能少量的試驗(yàn)，獲得比擬滿意的試驗(yàn)結(jié)果。本試驗(yàn)利用上述介紹的原材料，通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，改變高爐礦渣和粉煤灰的摻和比，以及堿激發(fā)劑的摻量來制備新型地質(zhì)聚合物，同時(shí)，對(duì)其它物理性能進(jìn)行測(cè)定，以尋找出最正確的配制方案。Tang〔1994〕等應(yīng)用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究了礦渣/粉煤灰比，水灰比和堿激發(fā)劑〔氫氧化鈉和水玻璃〕的用量對(duì)堿激發(fā)礦渣-粉煤灰系統(tǒng)強(qiáng)度的影響，按這些因素對(duì)這類膠凝材料強(qiáng)度影響的大小程度排序：礦渣/粉煤灰比>水灰比>水玻璃用量>氫氧化鈉用量。1977年，SmithandOsborne首先對(duì)堿激發(fā)礦渣-粉煤灰系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的研究，由60%礦渣和40%粉煤灰以及7%的氫氧化鈉〔相對(duì)于礦渣和粉煤灰的總質(zhì)量〕組成的組合表現(xiàn)出很好的早期強(qiáng)度，但28天以后的強(qiáng)度增長(zhǎng)很慢。1988年，Daiandcheng應(yīng)用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法對(duì)氫氧化鈉-高爐礦渣-粉煤灰-水玻璃系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的研究，其中堿激發(fā)劑5%～11%，高爐礦渣45%～60%，粉煤灰35%～60%，并得出水玻璃激發(fā)的系統(tǒng)強(qiáng)度要比氫氧化鈉激發(fā)的系統(tǒng)要高很多的結(jié)論。KrivenkoandRyabova〔1990〕和Krivenko〔1992a〕給出了由55%～95%的粉煤灰和5%～40%的礦渣的堿激發(fā)粉煤灰-礦渣系統(tǒng)的研究結(jié)果，其中所用到的礦渣包括高爐礦渣、轉(zhuǎn)爐礦渣和沖天礦渣。假設(shè)混合物的堿度小于0.7，那么需參加少量石灰和水泥熟料。所用到的激發(fā)劑包括偏硅酸鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉和蘇打-堿的熔融物等。該膠凝材料的28d強(qiáng)度為18～90MPa，一年強(qiáng)度可達(dá)120MPa。彭家惠等采用參加適宜的堿激發(fā)劑、復(fù)合早強(qiáng)減水劑、摻加晶種等方法制備出225粉煤灰-礦渣無熟料水泥〔簡(jiǎn)稱FSC〕。隨著礦渣摻量的增加，膠結(jié)材料的凝結(jié)時(shí)間縮短，7d、28d強(qiáng)度增加，特別是7d強(qiáng)度增加的幅度較大，當(dāng)?shù)V渣的摻量到達(dá)30%時(shí)，7d強(qiáng)度增長(zhǎng)了近一倍，28d強(qiáng)度增長(zhǎng)了約35%。說明礦渣的水化確實(shí)對(duì)粉煤灰的水化有促進(jìn)作用。但礦渣的摻量超過30%后，強(qiáng)度增加作用趨緩[19]。尚建麗等以礦渣和粉煤灰為原材料，以硅酸鈉和氫氧化鈉作為堿性激發(fā)劑，制備出礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物，測(cè)試了不同配合比下礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物的7d、14d和28d的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果顯示：當(dāng)水膠比為0.3，氫氧化鈉和硅酸鈉質(zhì)量比為0.63，礦渣與粉煤灰質(zhì)量比為2，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物的7d、14d和28d齡期的抗壓強(qiáng)度分別可以到達(dá)57.0MPa、69.0MPa和84.3MPa[20]。范飛林等以礦渣和粉煤灰為原材料，以硅酸鈉和氫氧化鈉為堿性激發(fā)劑，制備出礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物，測(cè)試了不同配合比的礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物7d、14d和28d的抗壓強(qiáng)度，并且分析了水膠比對(duì)和易性和抗壓強(qiáng)度的影響，探討了抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果說明：制備的礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物抗壓強(qiáng)度較高，和易性良好，凝結(jié)硬化較快，強(qiáng)度特性也比擬穩(wěn)定；當(dāng)水膠比為0.26，砂率為0.40，氫氧化鈉和硅酸鈉質(zhì)量比為0.29，堿溶液濃度為56%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，7d、14d和28d齡期的抗壓強(qiáng)度可以分別到達(dá)40.4MPa、50.3MPa和60.2MPa；隨著水膠比的增大，和易性不斷增強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度先增加，后減??；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，但增速降低。水玻璃是一種比擬復(fù)雜的強(qiáng)堿弱酸鹽膠體溶液，它能與物質(zhì)發(fā)生相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)反響。因此，模數(shù)是影響地質(zhì)聚合物性能的一個(gè)主要因素，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，水玻璃模數(shù)在1.0～1.5之間時(shí)地質(zhì)聚合物性能最好。侯云芬等研究了不同模數(shù)和不同固含量(固相與水的質(zhì)量比)的水玻璃對(duì)粉煤灰基地質(zhì)聚合物抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果說明：當(dāng)水玻璃模數(shù)小于1.4時(shí)，樣品的抗壓強(qiáng)度較高，最高抗壓強(qiáng)度到達(dá)42.1MPa；，但是當(dāng)模數(shù)超過1.4以后，抗壓強(qiáng)度就會(huì)降低，并且當(dāng)模數(shù)大于2.0以后，抗壓強(qiáng)度明顯降低，如當(dāng)水玻璃模數(shù)為2.5時(shí)樣品的抗壓強(qiáng)度缺乏5MPa。同時(shí)隨著水玻璃含固量的增大，粉煤灰基礦物聚合物的抗壓強(qiáng)度提高；當(dāng)水玻璃固含量為32%時(shí)，地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度到達(dá)最大值，隨這水玻璃含固量繼續(xù)提高，其抗壓強(qiáng)度就會(huì)降低。在常溫標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，用模數(shù)為1并且含固量為32%的水玻璃制得抗壓強(qiáng)度為38.5MPa的粉煤灰基地質(zhì)聚合物。參考以上文獻(xiàn)資料的研究結(jié)果，本論文配料方案參見表2-3。表2-3配料方案試驗(yàn)編號(hào)礦渣%粉煤灰%堿激發(fā)劑%1-A505091-B121-C151-D182-A604092-B122-C152-D183-A703093-B123-C153-D184-A802094-B124-C154-D18注：堿激發(fā)劑的參加比例是按礦渣和粉煤灰總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)添加的。水泥膠砂強(qiáng)度的測(cè)定水泥強(qiáng)度是指水泥試體在單位面積上所能承受的外力，它是水泥的主要性能指標(biāo)。水泥又是混凝土重要膠結(jié)材料，故水泥強(qiáng)度也是水泥膠結(jié)力的表達(dá)，是混凝土強(qiáng)度的主要來源。用不同方法檢驗(yàn)，水泥強(qiáng)度值也不同。水泥強(qiáng)度是水泥質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和水泥標(biāo)號(hào)劃分的依據(jù)。1.儀器膠砂攪拌機(jī)；振動(dòng)臺(tái)；試錐及下料漏斗；抗折試驗(yàn)機(jī)和抗折夾具；抗壓試驗(yàn)機(jī)抗壓夾具；刮平刀。2.試體成型〔1〕成型室內(nèi)溫度必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求。成型前將試模擦凈，模板與底座接觸面處涂黃干油，內(nèi)壁均勻涂一層機(jī)油，緊密裝配?！?〕每成型三條試體，按水泥450g，灰砂比為1：3，即1350g軟練標(biāo)準(zhǔn)砂，拌合水量按水泥品種固定水灰比。礦渣硅酸鹽水泥為0.5?！?〕將稱好的水泥與標(biāo)準(zhǔn)砂倒入攪拌鍋內(nèi)，開動(dòng)攪拌機(jī)干拌5s后徐徐加水，25s內(nèi)加完。自開動(dòng)機(jī)器起攪拌180±5s停車。將粘在葉片上的膠砂刮下，取下攪拌鍋?！?〕將攪拌好的膠砂全部均勻的裝入已卡緊于試模與振實(shí)臺(tái)面中心的下料漏斗中，開動(dòng)振石臺(tái)，將膠砂過漏斗進(jìn)入試模時(shí)的下料時(shí)間，應(yīng)以漏斗三格中在20～40s內(nèi)有二格出現(xiàn)空洞為準(zhǔn)。如下料時(shí)間不在20～40s內(nèi)，須調(diào)整漏斗下料寬度加速下料。振動(dòng)須在120±5內(nèi)停車?！?〕振動(dòng)完畢，取下試模，輕輕刮去高出試模的膠砂并刮平。然后編號(hào)。3.養(yǎng)護(hù)〔1〕將編號(hào)后的試體放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)，經(jīng)24±3h后脫模，硬化慢的水泥允許延遲脫模，但須記錄脫模時(shí)間?！?〕脫模后試體放入水槽中養(yǎng)護(hù)，試體間應(yīng)有間隙，水面至少要高出試體2cm，養(yǎng)護(hù)水二周更換一次。4.強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)前從水中取出試體用濕布蓋上。試驗(yàn)時(shí)擦去試體外表水分與砂粒，放入夾具內(nèi)，使側(cè)面與圓柱接觸，做28d抗壓強(qiáng)度，記錄讀數(shù)?？拐蹚?qiáng)度的計(jì)算試體破型受力分析：將尺寸為4×4×16cm的長(zhǎng)方試體，在壓力機(jī)夾具破型時(shí)的受力，看作簡(jiǎn)支小梁試體的受力狀態(tài)，根據(jù)簡(jiǎn)支梁承受集中載荷時(shí)的抗折強(qiáng)度計(jì)算公式：〔2-1〕式中，Rf——抗折強(qiáng)度〔Pa〕；M——在破壞荷重P處產(chǎn)生的最大彎矩；W——截面矩量；P——作用于試體的破壞荷重〔N〕；L——抗折夾具兩支撐圓柱的中心距〔m〕，L=0.1m；b——試體寬度〔m〕，b=0.04m；h——試體高度〔m〕，h=0.04m；抗壓強(qiáng)度的計(jì)算〔1〕計(jì)算公式抗壓強(qiáng)度是水泥和混凝土最重要的力學(xué)性能。檢驗(yàn)抗壓強(qiáng)度一般都采用軸心受壓的形式，計(jì)算公式：〔2-2〕式中，Rc——抗壓強(qiáng)度〔Pa〕；F——破壞荷重〔N〕；P——受壓面積m2〔長(zhǎng)××0.04m〕抗折試驗(yàn)后的兩個(gè)斷塊應(yīng)立即進(jìn)行抗壓試驗(yàn)：用受壓面為4cm×4cm的抗壓夾具進(jìn)行。以試體側(cè)面為受壓面。試體地面靠緊定位銷，夾具對(duì)準(zhǔn)壓力機(jī)壓板中心。六個(gè)抗壓強(qiáng)度結(jié)果中去掉最大和最小的兩個(gè)數(shù)值，以剩下的四個(gè)平均作為抗壓強(qiáng)度結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)稠度的測(cè)定為了使所測(cè)水泥的凝結(jié)時(shí)間更加準(zhǔn)確，誤差更小，一個(gè)很重要的前提就是準(zhǔn)確測(cè)定水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。這是由于測(cè)凝結(jié)時(shí)間時(shí)所加水的量即是標(biāo)準(zhǔn)稠度的用水量。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，是按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法和指定的儀器，將水泥調(diào)制成具有標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿所需的用水量，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度是以用水量與水泥質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示。本試驗(yàn)用調(diào)整水量法測(cè)定水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量?！?〕稱好500g水泥試樣，并量取一定量的拌合水并記下讀數(shù)?！?〕拌合用具先用濕布擦過，把試樣倒入攪拌鍋中，將鍋放到攪拌機(jī)鍋?zhàn)?，升至攪拌位置，開動(dòng)機(jī)器，同時(shí)徐徐參加全部拌合水?！?〕拌合完畢后，立即將凈漿一次裝入試模內(nèi)，裝入量比錐模容量稍多些，但不要過多，然后用小刀刮平，排除凈漿外表氣泡并填滿模內(nèi)?！?〕用小刀從模中心線開始分兩下刮去多余的凈漿，然后一次抹平后迅速放到試錐下固定位置上?！?〕將試錐降至與凈漿外表接觸，擰緊螺絲，然后突然放松，讓試錐自由沉入凈漿中，到試錐停止下沉深度〔整個(gè)過程在攪拌后1min內(nèi)完成〕?！?〕觀察試錐下沉深度，以試錐下沉深度s=28±2mm時(shí)的凈漿拌合水量為該水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。如果試錐下沉深度大于或小于上述值時(shí)，要及時(shí)調(diào)整水量重新試驗(yàn)，直至到達(dá)上述試錐下沉深度為止。水泥標(biāo)準(zhǔn)調(diào)度P調(diào)按式〔2-16〕計(jì)算： 〔2-3〕式中：P調(diào)——用調(diào)整水量法測(cè)定的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度，％；m——測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)調(diào)度時(shí)的拌合水質(zhì)量，g；500——國(guó)標(biāo)規(guī)定稱量水泥的質(zhì)量；g。凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定水泥的凝結(jié)時(shí)間分為初凝和終凝。水泥初凝是指從水泥加水拌合起至水泥漿開始失去可塑性所需的時(shí)間。這是為了保證有足夠的時(shí)間在初凝之前完成混凝土的攪拌、運(yùn)輸和澆搗及砂漿的粉刷、砌筑等施工工序，初凝時(shí)間不宜過短。水泥終凝是指從水泥加水拌合起至水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。為使混凝土、砂漿能盡快地硬化到達(dá)一定的強(qiáng)度，以利于下道工序及早進(jìn)行，終凝時(shí)間不宜過長(zhǎng)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥的初凝時(shí)間不得早于45min，除硅酸鹽水泥終凝時(shí)間不遲于6.5h外，其余四個(gè)品種水泥，終凝時(shí)間不遲于10h。根據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，凝結(jié)時(shí)間用規(guī)定的凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定?！?.04mm，長(zhǎng)度50mm。用硬鋼絲制成，不得彎曲。裝凈漿用的圓模上口內(nèi)徑為65mm，下口內(nèi)徑為75mm，高為40mm。標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀滑動(dòng)局部的總質(zhì)為300±2g。凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定方法如下：〔1〕測(cè)定前將圓模放在玻璃板上。在內(nèi)壁稍稍涂一層機(jī)油，調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀的試針接觸玻璃板時(shí)，指針應(yīng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺的零點(diǎn)?！?〕以標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量加水，按水泥凈漿拌制規(guī)定的操作方法制成水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿，一次裝入圓模振動(dòng)數(shù)次刮平。然后放入濕氣養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)。記錄開始加水的時(shí)間，作為凝結(jié)時(shí)間的起始時(shí)間?！?〕記錄開始加水時(shí)間。將上述制備的標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿立即一次參加圓模，震動(dòng)數(shù)次后刮平，然后放入恒溫恒濕的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)?！?〕試件在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)至加水后30min進(jìn)行第一次測(cè)定。測(cè)定時(shí)，從濕氣養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)取出園模放到試針下，降低試針，與水泥凈漿外表接觸，擰緊螺絲后突然放松，試針垂直自由的沉入水泥凈漿。觀察試針停止下沉或釋放試針30s時(shí)指針的讀數(shù)，試針沉至距離底板(4±1)mm時(shí)，水泥到達(dá)初凝狀態(tài)，水全部參加水泥中至初凝狀態(tài)的時(shí)間為水泥的初凝時(shí)間，用min來表示?！?〕觀察試針至下沉深度不超過1～0.5mm時(shí)所需時(shí)間為終凝時(shí)間，用min表示。〔6〕當(dāng)臨近初凝時(shí)，可每隔5min測(cè)定一次，臨近終凝時(shí)，可每隔15min測(cè)定一次，到達(dá)終凝時(shí)應(yīng)立即重測(cè)一次，當(dāng)兩次結(jié)論相同時(shí)才能認(rèn)定已到達(dá)初凝或終凝。水泥體積安定性的測(cè)定反映水泥硬化后體積變化均勻性物理性質(zhì)的指標(biāo)稱為水泥的體積安定性，簡(jiǎn)稱水泥安定性。水泥和水后的硬化過程中，一般都會(huì)發(fā)生體積的變化，如果這種變化是在熟料礦物水化過程中發(fā)生的均勻體積變化或伴隨著水泥石凝結(jié)硬化過程中進(jìn)行，那么對(duì)建筑物質(zhì)量無不良影響。如果因水泥中某些有害成分的作用，水泥、混凝土已硬化后，在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生劇烈的不均勻體積變化，那么在建筑物內(nèi)會(huì)產(chǎn)生破壞應(yīng)力，導(dǎo)致建筑物強(qiáng)度下降。假設(shè)破壞應(yīng)力超過建筑物強(qiáng)度，那么會(huì)引起建筑物開裂、崩潰、塌倒等一系列嚴(yán)重的質(zhì)量事故。本試驗(yàn)中水泥體積安定性測(cè)試方法用試餅法。試餅法是觀察標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿試餅煮沸后的外形變化來檢驗(yàn)水泥的體積安定性。具體步驟如下?！?〕測(cè)定前的準(zhǔn)備工作采用試餅法時(shí)，每個(gè)樣品需準(zhǔn)備二塊尺寸(長(zhǎng)×寬)約100mm×100mm的玻璃板。每個(gè)試樣均需成型兩個(gè)試件。凡與水泥凈漿接觸的玻璃板外表部要稍稍涂上一層油?！?〕水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿的制備按2.2.4中所測(cè)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量加水?！?〕試餅的成型方法將制好的凈漿取出一局部，分成兩等份，用刀具抹成球形，放在預(yù)先準(zhǔn)備好的玻璃板上，輕輕振動(dòng)玻璃板，并用濕布擦過的小刀由邊緣向中央抹動(dòng)，做成直徑70～80mm，中心厚約10mm，邊緣漸薄，外表光滑的試餅。接著將試餅放入濕氣養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)24±2h?！?〕沸煮事先調(diào)整好沸煮箱內(nèi)的水位，使能保證在整個(gè)沸煮過程中都沒過試件，不要中途添補(bǔ)試驗(yàn)用水，同時(shí)又保證能在30±5min內(nèi)升至沸騰?！?〕脫去玻璃板取下試件首先檢查試餅是否完整，如試餅有彎曲、崩裂現(xiàn)象時(shí)，要查明原因。如確實(shí)無其他外因時(shí)，該試餅已屬不合格品，那么不必沸煮。在經(jīng)檢查過的試餅沒發(fā)現(xiàn)任何缺陷的情況下，方可將試餅放在沸煮箱的水中蓖板上，然后在30±5min內(nèi)加熱至沸騰，并恒溫3h±5min?！?〕結(jié)果判別沸煮結(jié)果，即放掉沸煮箱中的水，翻開水箱蓋，待箱體冷卻至室溫，取出試樣進(jìn)行判別。目測(cè)未發(fā)現(xiàn)裂紋，用直尺檢查也沒有彎曲，那么此試餅為安定性合格，反之為不合格。當(dāng)兩個(gè)試餅判別有矛盾時(shí)，那么該水泥的安定性為不合格。經(jīng)測(cè)定，本試驗(yàn)水泥的安定性均合格。試驗(yàn)結(jié)果各編號(hào)試樣的各種性能的測(cè)試結(jié)果見表2-4-1，2-4-2。表2-4-1試驗(yàn)結(jié)果〔1〕試驗(yàn)編號(hào)加水量/ml標(biāo)準(zhǔn)稠度/mm初凝/min終凝/min安定性1-A200凝結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)，不合格——1-B200凝結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)，不合格——1-C2003251742合格1-D2001891339合格2-A194273739合格2-B194187668合格2-C194133492合格2-D194107427合格3-A189113529合格3-B18987437合格3-C18979392合格3-D18959365合格4-A185104428合格4-B18578397合格4-C18566332合格4-D18552315合格表2-4-2試驗(yàn)結(jié)果〔2〕試驗(yàn)編號(hào)抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa3d7d28d3d7d28d1-A————————————1-B————————————1-C1-D2-A2-B2-C2-D3-A3-B3-C3-D4-A4-B4-C4-D對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比擬，見圖2-1，2-2。圖2-1不同組別試樣的3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度圖2-2不同組別試樣的3d、7d和28d抗折強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析觀察圖2-1和2-2可知，本試驗(yàn)制備的新型地質(zhì)聚合物的3天、7天和28天抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都隨著礦渣添加量的增加而增加，但是為了降低本錢，一般礦渣的摻加量不超過80%。同時(shí)，由圖2-1和2-2還可以知道，各種原料摻和比下堿激發(fā)劑的摻加量從9%增加到15%，3天、7天、28天抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都隨著堿激發(fā)劑含量的增加而增加；但是當(dāng)堿激發(fā)劑的摻加量增加到18%，其3天、7天和28天抗壓強(qiáng)度要比摻加15%堿激發(fā)劑時(shí)要低，即制備的新型地質(zhì)聚合物的活性有所降低；因此，堿激發(fā)劑最正確添加量為15%。而其他的物理性能，如標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、安定性等數(shù)據(jù)可以看出堿激發(fā)劑的參加對(duì)其影響不大，不會(huì)造成制備的新型地質(zhì)聚合物不合格。3結(jié)論粉煤灰具有緩凝的效果，粉煤灰參加的越多，凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，適當(dāng)?shù)臏p少粉煤灰的摻加量，增加礦渣的摻加量，不僅能縮短其凝結(jié)時(shí)間，而且能使體系的強(qiáng)度顯著提高。另外，參加適量的適宜的堿激發(fā)劑，可以縮短凝結(jié)時(shí)間，并且使得體系的強(qiáng)度明顯提高。本試驗(yàn)中，粉煤灰的摻加量為20%，礦渣的摻加量為80%時(shí)，參加15%的模數(shù)為1的水玻璃制得的試樣，其抗壓抗折強(qiáng)度較其它配比所得到的試樣的都要高，并且初凝時(shí)間、終凝時(shí)間符合國(guó)家要求，安定性良好。

謝辭本論文是在劉進(jìn)強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著劉老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，劉老師不辭辛苦的幫助我解決實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問題，并為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)心，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向劉老師表示深深的感謝和崇高的敬意。另外，我還要感謝今天來到教室為我辯論的郝斌老師，感謝老師能在百忙之中抽出時(shí)間指導(dǎo)和審評(píng)我的畢業(yè)論文，在此我致以崇高的敬意和真誠(chéng)的謝意。在臨近畢業(yè)之際，我還要借此時(shí)機(jī)衷心地感謝在這四年中辛勤教育和指導(dǎo)過我的所有老師們，感謝他們四年來的辛勤栽培。在學(xué)習(xí)上，他們傳授給了我各種科學(xué)知識(shí)，教育我成人成才；在生活中，他們幫助我解決困難，積極樂觀地生活。我還要感謝學(xué)校的各位領(lǐng)導(dǎo)，為我提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，使我在這四年大學(xué)生活中豐富了自己，從而為我走向社會(huì)尋找屬于我自己的那片天空打下了堅(jiān)實(shí)的根底。我還要感謝各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多珍貴的意見，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。

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