《地質(zhì)聚合物混凝土》PPT課件

1、地質(zhì)聚合物混凝土目 錄基本概述Basic overview反應機理應用展望 ReactionApplicationExpectationCatalogue01地質(zhì)聚合物混凝土的相關(guān)概念、分類及特點 基本概述Basic overview地質(zhì)聚合物混凝土概述Summary地質(zhì)聚合物混凝土 以地質(zhì)聚合物為膠凝材料制備的一種具有優(yōu)異性能的新型混凝土類材料。此概念最早于1978年提出。 燒粘土（偏高嶺土）Si、Al、O為主要元素的硅鋁質(zhì)材料工藝處理較低溫度特殊的無機縮聚三維氧化物網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的新型無機聚合物材料地質(zhì)聚合物混凝土特點020301比高分子材料、陶瓷、水泥和金屬更好的性能原料來源廣泛、工藝簡單、能

2、耗少、環(huán)境污染小。是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保材料應用于汽車及航空工業(yè)、土木工程、交通工程等領域。地質(zhì)聚合物混凝土特點分類地質(zhì)聚合物混凝土根據(jù)地質(zhì)聚合反應中所使用激發(fā)劑種類的不同酸激發(fā)地質(zhì)聚合物材料堿激發(fā)地質(zhì)聚合物材料鹽激發(fā)地質(zhì)聚合物材料工業(yè)水玻璃、氫氧化鈉、氫氧化鋰或它們之間的混合物磷酸等硫酸鹽、氟化物、硅酸鹽與鋁酸鹽等激發(fā)劑地質(zhì)聚合物在10001200之間不氧化、不分解，在高溫條件下很穩(wěn)定，可以保持60 %以上的原始強度優(yōu)點地質(zhì)聚合物混凝土12357耐腐蝕性、耐久性好早強快硬,力學性能好早期強度高，凝結(jié)時間快。隨著溫度升高,凝結(jié)時間有縮短的趨勢。在一定工藝條件下，強度可達300MPa 以上。

3、良好界面結(jié)合能力滲透率低耐凍融循環(huán)形成致密的結(jié)構(gòu)，強度高，抗?jié)B性能優(yōu)良；孔洞溶液中電解質(zhì)濃度較高4固定有毒金屬離子能力強對Hg、As、Fe、Mn、A r、Co、Pb的固定率大于或等于90 %；“牢籠型”的網(wǎng)絡骨架穩(wěn)定。耐高溫隔熱效果好68環(huán)境友好型綠色建筑材料良好耐久性缺點地質(zhì)聚合物混凝土由于地質(zhì)聚合物的脆性較大，地質(zhì)聚合物混凝土表現(xiàn)出脆性較大的缺點。針對其缺點，國內(nèi)外學者采用摻入高性能纖維等手段通過多種方式來增加韌性，進行改性研究。但由于大多是借鑒水泥、陶瓷的改性手段，沒有結(jié)合地質(zhì)聚合物的結(jié)構(gòu)特點，且增韌機理不夠明確，所以具有一定的局限性。有學者提出，引入有機聚合物與地質(zhì)聚合物中的活性物質(zhì)反

4、應來增強和增韌，初步試驗結(jié)果表明這種方法可行，值得進一步研究。02反應機理 Reaction反應機理Reaction1234以法國科學家Joseph Davidovits為代表的研究者提出的利用氫氧化鈉/氫氧化鉀激發(fā)偏高嶺土制備地質(zhì)聚合物的機理模型曹德光等研究提出利用低模數(shù)硅酸鈉溶液激發(fā)偏高嶺土制備地質(zhì)聚合物的反應機理馬鴻文等研究提出利用堿硅酸鹽混合溶液(氫氧化鈉和水玻璃)激發(fā)粉煤灰和煅燒高嶺石制備地質(zhì)聚合物的反應機理李化建等研究提出利用改性硅酸鈉溶液作為成巖劑研制煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料的水化機理地質(zhì)聚合物混凝土 目前針對不同體系具有代表性的地質(zhì)聚合物反應機理模型有以下幾個：反應機理React

5、ion地質(zhì)聚合物混凝土反應機理1 根據(jù)反應產(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3 種類型：PS 型(-Si-O-Al-)、PSS型(-Si-O-Al-O-Si-)、PSDS 型（-Si-O-Al-O-Si-O-Si-）?；诖藢⒌刭|(zhì)聚合物的分子式表為：Mn-(SiO2 )z-AlO2-n mH2O式中z為1、2 或3；M為堿金屬離子(Na+、K +等)，n為聚合度，m為結(jié)合水量。偏高嶺土等活性材料低聚鋁氧四面體低聚硅氧四面體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無機高聚物高堿性溶液裂解高堿聚合反應反應機理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應機理2低聚合度硅氧四面體基團起到一種“膠聯(lián)”的鍵合作用

6、，將偏高嶺土顆?！罢陈?lián)”在一起。硅酸鈉溶液低聚合狀態(tài)的硅氧四面體基團偏高嶺石中的活性鋁氧層 化合反應“鍵合反應”網(wǎng)絡狀的三維空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)物張云升等應用環(huán)境掃描電鏡原位定量追蹤K-PS 型和K-PSDS 型地質(zhì)聚合物水泥在相對濕度80 %條件下水化產(chǎn)物生成-發(fā)展-演化的全過程。結(jié)果表明：在水化早期,偏高嶺土顆粒松散地堆積在一起，存在許多大空隙;隨著齡期的延長,生成的大量海綿狀膠體積淀在顆粒表層，并向外擴充;到了后期，顆粒被膠體厚厚包裹，空隙被填滿，基體變得非常致密。反應機理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應機理2段瑜芳等也對低模數(shù)硅酸鈉溶液激發(fā)偏高嶺土膠凝材料進行了研究，并提出堿激發(fā)偏高嶺土膠凝

7、材料的水化同樣可以分為初始期、誘導期、加速期、減速期以及穩(wěn)定期。但是，各水化階段的反應機理與傳統(tǒng)的水泥基材料完全不同。初始期主要是偏高嶺土對溶液組分的表面吸附；誘導期主要表現(xiàn)為活性硅鋁氧化物的溶解；加速期表現(xiàn)為四面體基團的聚合；減速期水化速度降低的主要原因是擴散阻力增大，同時偏高嶺土反應面積減小，液相中的堿含量降低也是重要原因。反應機理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應機理2粉煤灰中的鋁硅酸鹽玻璃相在強堿的作用下首先發(fā)生溶解，其中部分Si-O、Al-O鍵發(fā)生斷裂;斷裂之后的Si、A l組分在堿金屬離子N a+、OH -等作用下形成Si、A l低聚體（-Si-O-Na、-Si-O-Ca-OH、

8、A l (OH )4-、A l (OH )52 -、A l-(OH)63 -），而后隨著溶液組成和各種離子濃度的變化，這些低聚體又形成凝膠狀的類沸石前驅(qū)體；最后前驅(qū)體脫水得到非晶相物質(zhì)。反應機理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應機理3反應機理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應機理4李化建等研究提出利用改性硅酸鈉溶液作為成巖劑，研制煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料的水化機理：焊接原理(鋁硅酸鹽之間的縮聚)和包裹原理(硅凝膠、C-S-H凝膠以及鋁硅酸鹽之間的交織)的綜合。煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料的硬化成巖分為3個階段，即成巖劑的水解、遷移，原位鍵合以及包裹膠結(jié)。03應用Application應用工程上可用

9、地質(zhì)聚合物混凝土來代替部分硅酸鹽水泥混凝土，將礦渣、粉煤灰等廢棄物資源化，加以利用工程安全與防護領域應用于機場跑道、通訊設施、道路橋梁、軍事設施的快速建造與修復，工業(yè)與民用工程的搶修、搶險和搶建，以及重要工程如核電站、耐火結(jié)構(gòu)等領域。地質(zhì)聚合物混凝土Application地質(zhì)聚合物混凝土具有良好的耐久性和力學性能，快凝早強，結(jié)構(gòu)致密，耐高溫等優(yōu)異性能是其工程應用的基礎。04展望 Expectation展望研究時間相對較短，尚缺少包括體積穩(wěn)定性在內(nèi)的長期耐久性數(shù)據(jù)，且脆性較大。針對實際工程應用的需要，建議進一步研究地質(zhì)聚合物的復合、增強、增韌等改性措施，拓寬其應用領域。雖然強度高、耐酸堿腐蝕，但

10、是其粘聚性較強，對于施工還存在一定的困難，因此如何制備出高強度自流動性的地聚物混凝土成為今后研究的方向。132地質(zhì)聚合物混凝土Expectation 缺少相應的標準和規(guī)范，對產(chǎn)品的組成配比、技術(shù)指標、施工方法及應用范圍等沒有詳 細的說明規(guī)定。建議進一步對其組成配比、技術(shù)指標、施工方法等研究，提供并制定規(guī)范和指導生產(chǎn)的準確 技術(shù)參數(shù)，建立一套有別于傳統(tǒng)水泥應用領域的評價標準。3 NaOH 和Na2SiO3 等堿性激發(fā)劑資源有限、價格較貴，其生產(chǎn)與應用給環(huán)境帶來的負面 影響，也影響了這種材料的推廣應用。激發(fā)劑方面需要考慮替代品或采用復合激發(fā)的方式，降低成本,減少生產(chǎn)、應用對環(huán)境的污染。4展望地質(zhì)聚

11、合物混凝土Expectation地質(zhì)聚合物混凝土參考文獻1Davidovits J. The ancient egyptian pyramids-concrete or rockJ. Concrint, 1987, 9(12):282Davidovits J. Geopolymers and geopolymeric new materialsJ. J Thermal Analysis, 1989, 35(2):4293Davidovits J .Geopolymers:Inorg anic polymer new materials J .J Thermal Analysis, 1991 ,

12、 37:16334孫道勝,王愛國,胡普華. 地質(zhì)聚合物的研究與應用發(fā)展前景J. 材料導報,2009,(07):61-65.5范飛林. 地質(zhì)聚合物混凝土的制備及工程應用前景A. 中國巖石力學與工程學會工程安全與防護分會.第一屆全國工程安全與防護學術(shù)會議論文集C.中國巖石力學與工程學會工程安全與防護分會:,2008:5.6韋旭朋,孫健婕,趙雙權(quán),張圓圓. 粉煤灰地質(zhì)聚合物的制備及研究現(xiàn)狀綜述J. 四川水泥,2017,(01):13.7李圣.有機樹脂強化增韌偏高嶺土礦渣基地質(zhì)聚合物的性能研究D.西安建筑科技大學碩士論文，材料學，2014：1-2.8鞏思宇.養(yǎng)護溫度和時間對堿基發(fā)偏高齡土基地質(zhì)聚合物反

13、應過程及性能的影響D.廣西大學碩士論文，材料化工，2012：1-2.地質(zhì)聚合物混凝土參考文獻9朱國振.粉煤灰/偏高嶺土地質(zhì)聚合物材料的制備及其性能研究D.景德鎮(zhèn)陶瓷學院碩士論文，材料物理與化學，2014:34.10黃鳳會. 廢棄物基地質(zhì)聚合物材料的制備及性能研究D.濟南大學,2014.11龍伏梅. 粉煤灰地聚合物材料及性能研究D.南昌大學,2006.12趙海軍.嚴云.胡志華等.粉煤灰生產(chǎn)地聚水泥的研究現(xiàn)狀及效益展望J.水泥工程，2007,3:23.13沙建芳，孫偉，張云升.地聚合物一粉煤灰復合材料的制備及力學性能.粉煤灰科學研究M，200414范飛林,許金余,李為民,陳勇,李慶. 地質(zhì)聚合物混凝土的制備及工程應用前景A. 中國巖石力學與工程學會工程安全與防護分會.第一屆全國工程安全與防護學術(shù)會議論文集C.中國巖石力學與