無機聚合物膠凝材料的工程應用及性能研究,建筑材料論文

無機聚合物膠凝材料的工程應用及性能研究,建筑材料論文無機聚合物膠凝材料是國內外近年來在建筑工程、環(huán)境工程領域遭到極大關注的一種新型膠凝材料，以工業(yè)廢渣為主要原材料，具有價格低廉、儲量豐富、能耗低、制備工藝簡單等特點，是一種具有廣泛發(fā)展前景的新型綠色節(jié)能建筑材料。當下無機聚合物膠凝材料在我們國家基本還處于試驗研究和應用探尋求索階段，主要集中在材料制備、微觀構造以及對混凝土力學性能、耐腐蝕性能以及耐高溫性能影響方面的研究，工程應用方面還未見有公開文獻報道。2、無機聚合物膠凝材料與無機聚合物混凝土概念無機聚合物膠凝材料是以天然鋁硅酸鹽礦物或工業(yè)固體廢物〔粉煤灰、煤矸石以及礦渣〕為主要原料，與含鋁質粘土〔主要是偏高嶺土或高嶺石〕和適量堿硅酸鹽溶液充分混合后，在20～120℃溫度條件下硬化成型的一類鋁硅酸鹽類沸石材料，具有高強度、高耐腐蝕性、耐高溫、導熱率低等特點。無機聚合物膠凝材料與水泥性能類似，可替代水泥用于制備無機聚合物混凝土。無機聚合物混凝土是無機聚合物膠凝材料利用常規(guī)混凝土生產工藝配制而成具有特殊性能的混凝土。3、無機聚合物膠凝材料產品最最近幾年，我們國家對無機聚合物膠凝材料的研究發(fā)展較快，獲得了一定的成果，先后開發(fā)出不同工藝、不同組分的無機聚合物膠凝材料產品。中國礦業(yè)大學的付克明等人，研究利用堿激發(fā)劑和粉煤灰制備無機聚合物膠凝材料。中國石油集團工程技術研究院對高活性堿礦渣粉煤灰無機聚合物膠凝材料進行了研究，并申請了相關專利。廣州市建筑科學研究院與華南理工大學材料學院利用偏高嶺土開發(fā)了無機聚合物膠凝材料，基于制備方式方法申報了相關專利。深圳航天科技創(chuàng)新研究院利用礦渣微粉、粉煤灰以及化學激發(fā)劑，開發(fā)出了類似的無機聚合物膠凝材料，是在化學激發(fā)劑的作用下鋁硅質材料通過溶解、水解、縮聚和固化等經過構成具有共價鍵組成網(wǎng)狀構造特征的膠凝材料。由于無機聚合物膠凝材料尚無統(tǒng)一的生產制造工藝，導致不同廠家的無機聚合物膠凝材料在性能指標上存在較大差異。4、微觀構造及性能指標固然無機聚合物膠凝材料制備工藝、組成成分不盡一樣，但其微觀構造卻基本一致，均為非晶態(tài)構造的鋁硅酸鹽類化合物，其主要化學構造為具有鏈狀、層狀和三維架狀構造特征的-Si-O-Si-鍵或Si-O-Al-O鍵。相比水泥的微纖維構造，無機聚合物的微觀構造均勻致密，無晶體構造，其內部孔洞構造也多為封閉孔洞。這些微觀構造差異導致無機聚合物制備的無機聚合物混凝土性能不同于由純水泥體系制備的普通混凝土。無機聚合物膠凝材料尚無專用的檢測標準，一般參照普通硅酸鹽水泥以及普通混凝土性能檢測方式方法測試無機聚合物膠凝材料以及無機聚合物混凝土性能指標，詳細如表1所示。通過對無機聚合物膠凝材料及無機聚合物混凝土性能研究相關文獻的分析，列出無機聚合物膠凝材料與硅酸鹽水泥性能比照以及無機聚合物混凝土與硅酸鹽水泥混凝土性能比照如表2所示。無機聚合物膠凝材料的初凝時間、抗壓強度及抗折強度可知足硅酸鹽水泥的指標要求，并可根據(jù)工程的實際需求做出調整，不過無機聚合物膠凝材料的終凝時間明顯短于硅酸鹽水泥，具有初凝與終凝時間間隔短，早期強度發(fā)展快的特點。比照配合比相近的無機聚合物混凝土及硅酸鹽水泥混凝土坍落度、強度、抗氯離子浸透性、抗硫酸鹽腐蝕性以及耐高溫性能能夠發(fā)現(xiàn)，無機聚合物混凝土的耐高溫性能遠優(yōu)于硅酸鹽水泥混凝土，抗氯離子浸透性及抗硫酸鹽腐蝕性優(yōu)于硅酸鹽水泥混凝土，早期抗壓強度高于硅酸鹽水泥混凝土，后期抗壓強度基本接近，而抗折強度及韌度指數(shù)則反而低于硅酸鹽水泥混凝土。無機聚合物混凝土與硅酸鹽水泥混凝土抗裂性能比照如表3所示。在不同文獻中，固然對無機聚合物混凝土枯燥收縮量有所不同，但枯燥收縮變化規(guī)律還是基本一致的，就是在前期無機聚合物混凝土的枯燥收縮略大于硅酸鹽水泥混凝土，到后期兩者的枯燥收縮量基本一致。關于無機聚合物混凝土水化經過中的放熱規(guī)律、水化放熱總量以及對混凝土開裂敏感性測試、評價分析等均未見公開文獻報道，只是在深圳航天科技創(chuàng)新研究院提供的產品講明書中提到無機聚合物膠凝材料水化放熱量為硅酸鹽水泥的30%～40%，但其實際效果還需要通過試驗進行驗證。5、工程應用情況無機聚合物膠凝材料及無機聚合物混凝土作為具有前景的新型綠色建材，其主要目的是替代傳統(tǒng)的水泥，用于解決生產水泥的石灰質原材料出現(xiàn)短缺的問題。當下無機聚合物膠凝材料及無機聚合物混凝土主要還處于研究、探尋求索階段，雖對其綜合性能還缺乏深切進入、系統(tǒng)以及全面的研究，但其確實在早強、提高混凝土抗侵蝕性以及耐高溫性方面具有優(yōu)異表現(xiàn)。無機聚合物膠凝材料及無機聚合物混凝土還未有公開發(fā)表的工程應用實例，不過據(jù)深圳航天科技創(chuàng)新研究院介紹，該院研制生產的無機聚合物膠凝材料及無機聚合物混凝土已經在某些高溫、高濕、高鹽環(huán)境的軍工項目以及橋梁工程中得到應用。6、總結⑴無機聚合物膠凝材料是用于替代水泥的新型建筑材料，當下還處于研究及發(fā)展經過中，尚無統(tǒng)一的生產制造工藝及配套的專用檢測方式方法。⑵當下主要參照普通硅酸鹽水泥以及普通混凝土性能檢測方式方法對無機聚合物膠凝材料以及無機聚合物混凝土性能指標進行檢測。⑶無機聚合物膠凝材料可顯著提高混凝土的早期抗壓強度、抗氯離子浸透性、抗硫酸鹽腐蝕性及耐高溫性能，但會降低混凝土的抗折強度及韌性。⑷無機聚合物膠凝材料不能降低混凝土的枯燥收縮，且其對混凝土水化放熱性能以及開裂敏感性的影響還需進一步研究。⑸無機聚合物膠凝材料及無機聚合物混凝土適用于要求早期強度發(fā)展快、抗侵蝕性強的工程，能否適用于大體積混凝土控裂還需要研究，而且在實際工程中的應用還非常少，其詳細效果也需要進一步驗證。以下為以下為參考文獻：[1]劉驊.無機聚合物混凝土耐久性能試驗研究[D].武漢:武漢理工大學，2018.1-5.[2]WangCang,MaHongwen.Astudyoftheformationpro-cessofthegeopolymergel[J].ActaPeLrologicaetMin-eralogica,2005,24(2):133．[3]vanDeventerJSJ,ProvisJL,DuxsonP,etal.Reactionmechanismsinthegeopolymericconversionofinorganicwastetousefulproducts[J].JHazardMater,2007,139:506．[4]WengLvqian.Sageo-GrenTsilKwesi,SongShen-hua.Hydrolyiskineticsofaluminaingcopolymerssynthesis[J].ChineseCeramSoc，2005,33(3):276．[5]付克明，等.堿激發(fā)粉煤灰生成膠凝材料的研究[J].礦產綜合利用，2007,6:40-43.[6]林鮮，等.高活性堿礦渣粉粉煤灰無機聚合物膠凝材料計制造方式方法[P].中國：200610089275.2，2008.[7]任俊，等.一種無機聚合物膠凝材料用偏高嶺土的制備系統(tǒng)[P].中國：200820048867.4,2018.[8]向春林.無機聚合物混凝土基本力學性能試驗研究[D].武漢：武漢理工大學,2018.13-37.[9]曹海琳，等.耐高溫耐腐蝕無機聚合物膠凝材料的性能研究[J].材料導報,2020,(27)3:27-32.[10]深圳航天科技創(chuàng)新研究院.海洋工程用高性能聚合