無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透性的研究

冉 坤

(貴州師范大學材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550000)

無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透性的研究

冉 坤

(貴州師范大學材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550000)

研究了CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)對無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透性的影響，通過SEM圖對試樣進行了微觀結構形貌觀察，試驗結果表明：無機礦物混凝土氯離子滲透性能受CaO含量和n(SiO2)/n(Al2O3)變化影響明顯，其氯離子電通量值隨著CaO含量增加而減小，隨著n(SiO2)/n(Al2O3)增大呈現先減小后增大走向。

無機礦物聚合物混凝土，CaO含量，n(SiO2)/n(Al2O3)，氯離子電通量

0 引言

無機礦物聚合物是以工業固體廢棄物為主要原料，偏高嶺土和適量堿硅酸鹽溶液充分混合后成型硬化形成的一種新型生態節能材料。研究認為，礦物摻合料的使用可以增強氯離子結合能力[1]，無機礦物聚合物復合水泥混凝土水溶性氯離子有效擴散系數只有普通混凝土的17%[2]。無機礦物聚合物混凝土中可溶性硅酸鹽濃度較高時，顆粒表面玻璃體發生明顯結構改變[3]，因此無機礦物聚合物混凝土中CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)對其氯離子滲透性的影響是結合生態節能型材料與提高材料耐久性兩個方面進行研究，在提高工業固體廢料使用的同時，增加建筑材料的使用壽命。

筆者探討了原材料中礦渣、粉煤灰和偏高嶺土含量不同導致不同CaO含量對無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透性的影響。

1 試驗

1.1 原材料

礦渣：粒化礦渣粉，礦渣主要化學成分見表1。

表1 粒化礦渣粉的主要化學組成 %

偏高嶺土：主要化學成分見表2。

表2 偏高嶺土的主要化學成分 %

粉煤灰：主要化學成分見表3。

表3 粉煤灰的化學成分 %

水玻璃：模數為3.2～3.5，Na2O含量不少于8.3%，SiO2含量不少于27%，使用前對其模數進行調整。

細集料：石英玻璃砂。

粗集料：碎石，粒徑在5 mm～31.5 mm之間，連續級配。

1.2 無機礦物聚合物混凝土配合比

無機礦物聚合物混凝土配合比：水膠比為0.5，單位用水量為180 kg/m3，砂率為35%，水玻璃模數為1.4。

1.3 試驗方法

無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透試驗。試驗制作φ100 mm×50 mm圓柱體試塊，將試塊在標準條件下養護14 d，對表面進行物理干燥及防水密封處理。在真空壓力鍋中浸水1 h后，恢復常壓浸泡18 h±2 h。將試件兩端各安置紫銅板后裝入試驗裝置中，一端浸入0.3 mol的NaOH溶液，連接為正極，另一端浸入3%的NaCl溶液，連接為負極。施以60 V電壓與正負電極端，其氯離子滲透性根據通電6 h通過的電量總和評價。

本試驗中無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透性根據ASTMC 1202電通量法測定。

2 試驗結果及分析

2.1 CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)對無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透的影響

1)CaO含量對無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透的影響。圖1為無機礦物聚合物混凝土在CaO含量分別為10%，15%和20%時的6 h電通量值。

相同養護條件的不同CaO含量無機礦物聚合物混凝土電通量平均值均較大，隨著CaO含量增加，混凝土電通量呈現持續減小趨勢。當CaO含量達到20%時，混凝土在標準條件下養護至14 d后電通量平均值達到最小3 402 C，根據電通量對混凝土滲透性的評價為“中”。

2)n(SiO2)/n(Al2O3)對無機礦物聚合物混凝土氯離子滲透的影響。圖2為n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～4.0的范圍內變化，無機礦物聚合物混凝土在CaO含量分別為10%，15%和20%時，其6 h電通量值。

由圖2可知，CaO含量為10%，n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～3.2范圍內變化時，隨著n(SiO2)/n(Al2O3)的增大，無機礦物聚合物混凝土6 h電通量值先減小后增大，電通量值在n(SiO2)/n(Al2O3)=3.1時出現最小值，4 919 C。且電通量值在n(SiO2)/n(Al2O3)在2.9～3.2范圍內變化較大，在n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～2.9范圍內變化較小。

CaO含量為15%時，無機礦物聚合物混凝土6 h電通量在n(SiO2)/n(Al2O3)=3.6時出現拐點，即6 h電通量先減小后增大。

CaO含量為20%，n(SiO2)/n(Al2O3)在3.2～4.0范圍內時，無機礦物聚合物混凝土電通量暫未出現拐點，即6 h電通量持續減小。

2.2 結果分析

標準條件下養護14 d后無機礦物聚合物混凝土氯離子電通量隨著CaO含量的增加持續減小，CaO含量低于15%時減小幅度較小，而CaO含量高于15%時減小幅度顯著增加。經分析，筆者認為，CaO含量的增加，使其與堿性激發劑反應生成的產物Ca(OH)2增多，進一步激發了礦渣、粉煤灰和偏高嶺土作為活性礦物材料的潛在火山灰質效應，使水化反應程度完全，無機礦物聚合物混凝土氯離子固化能力提高。隨著Ca(OH)2數量的減少，弱化了其在界面的富集程度與定向排列，優化了界面性能，從而提高了抗氯離子滲透性能。同時，CaO含量增加，無機礦物聚合反應程度完全，生成Ca(OH)2增加，其填充在無機礦物聚合物混凝土內部的層狀結構間的孔隙中，混凝土內部孔隙尺寸減小，連通孔逐漸中斷，骨架結構趨于致密穩定，氯離子遷移速率減緩，使得無機礦物聚合物混凝土氯離子電通量值減小。

在堿性激發劑作用下，礦渣、偏高嶺土和粉煤灰發生了Si—O,Al—O之間斷鍵與重新鍵合的反應，生成物為高聚度三維鋁硅酸鹽凝膠體，其中生成的[SiO4]和[AlO4]構成了凝膠體的基本骨架，n(SiO2)/n(Al2O3)增大，有利于鋁硅酸鹽聚合反應的進行，大分子鏈結構增加，使凝膠體結構相對致密，內部孔隙減少，從而減小了無機礦物聚合物的氯離子電通量值。

CaO含量為10%和15%時，氯離子電通量在n(SiO2)/n(Al2O3)分別為3.1和3.6時分別出現了拐點，呈現增大趨勢，可能是因為n(SiO2)/n(Al2O3)過高不利于提高[AlO4]含量，同時也阻礙了與[SiO4]縮聚成大分子鏈，使凝膠體結構密實度發展受到抑制，內部孔結構相對增多，從而增大了電通量。相比于CaO含量為10%時，無機礦物聚合物混凝土CaO含量為15%時電通量拐點有所延后，因為CaO含量增加，聚合反應程度加深，弱化了凝膠體結構密實度的抑制作用，所以當CaO含量為20%時暫時未出現拐點。

3 結語

1)CaO含量在10%～20%的范圍內變化時，無機礦物聚合物混凝土氯離子電通量逐漸減小，當CaO為20%時，此時電通量平均值最小為3 402 C，氯離子滲透性達到“中”。

2)隨n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～4.0范圍增大，無機礦物聚合物混凝土氯離子電通量值先減小后增大。當CaO含量為10%，15%時，電通量值分別在n(SiO2)/n(Al2O3)為3.1和3.6時出現拐點，而當CaO含量為20%時，拐點暫未出現。

[1] 吳相豪,周金巖,李懷垣.環境因素影響粉煤灰混凝土固化氯離子能力的試驗研究[J].粉煤灰,2011(4):80-83.

[2] 李克亮,國 泓,徐 輝,等.土壤聚合物和水泥砂漿的堿—硅反應[J].混凝土與水泥制品,2005，10(5):5-6.

[3] Van Jaarsveld J.G.S, Van Denter J.S.J, Lorenzen.L. The potential use of geopolumeric materials of immobilize toxic metals[J].Minerals Engineering,1997,10(7):659-669.

Study on chloride penetration of geopolymer

Ran Kun

(MaterialsandArchitectureCollege,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550000,China)

Effect of CaO content andn(SiO2)/n(Al2O3) upon the chloride penetration of geopolymer, and the characteristic of geopolymer is analyzed by SEM. The test results show that both CaO content andn(SiO2)/n(Al2O3) have a significant impact on the chloride penetration of geopolymer. With the increasing of CaO content, electric flux of chloride is sustained decrease. With the increasing ofn(SiO2)/n(Al2O3), the electric flux of chloride ion is decrease at first before development.

geopolymer, CaO content,n(SiO2)/n(Al2O3), electric flux of chloride

2015-06-03

冉 坤(1988- )，女，碩士，助教

1009-6825(2015)23-0107-02

TU528

A