地聚物混凝土副本

地聚物混凝土

小組組員：簡(jiǎn)思敏、曹亮、閆佳、肖永波、海嘯指導(dǎo)老師：蔡健、左志亮地聚物混凝土副本第1頁(yè)地聚物定義地聚物國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)實(shí)狀況地聚物混凝土性能地聚物混凝土副本第2頁(yè)地聚物定義地聚合物材料是近年來國(guó)際上研究非?；钴S材料之一。它是以粘土（偏高嶺土）、

工業(yè)廢渣或礦渣，堿激發(fā)劑為原料,

采取適當(dāng)工藝處理,

在較低溫度條件下(

50

~

180

℃),

經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)得到含有與陶瓷性能相同一個(gè)新材料。地聚物混凝土副本第3頁(yè)地聚物制備硅鋁酸鹽材料如：偏高領(lǐng)土、粉煤灰、礦渣如：硅酸鈉、硅酸鉀堿性溶液地聚物地聚物混凝土副本第4頁(yè)一、地聚物混凝土發(fā)展歷程與現(xiàn)實(shí)狀況使用普通硅酸鹽水泥建造當(dāng)代混凝土建筑壽命普通在50年左右，然而許多古代建筑：如古羅馬斗獸場(chǎng)，埃及金字塔等卻能千年屹立不倒。

地聚物混凝土副本第5頁(yè)J.Davidovits經(jīng)過大量調(diào)查和研究發(fā)覺古埃及金字塔所用石材是人工合成，而這種人工合成材料正是所謂地聚物。接著經(jīng)過X光(XR)、X光衍射(XRD)、核磁共振(NMR)、電子衍射等伎倆證實(shí)了這一觀點(diǎn)。地聚物(Geopolymer)最早于1978年由法國(guó)科學(xué)家J.Davidovits提出，在對(duì)耐久性優(yōu)異古埃及金字塔等研究中發(fā)覺了網(wǎng)狀硅鋁化合物，而該化合物結(jié)構(gòu)與地殼中沸石類結(jié)構(gòu)非常類似，所以被稱為地聚物。發(fā)展歷程地聚物混凝土副本第6頁(yè)國(guó)外研究澳大利亞J.Temuujin,A.van

Riessen研究了火山灰初步煅燒對(duì)地聚物性能影響，印度尼西亞Sotya

Astutingsih

和HenkiWibowo

Ashadi等組成科研團(tuán)體，研究了利用制備地聚物膠凝材料課題，新西蘭Jona混凝土廢料thanTaiby、Kennth

、J.D.MacKenzie對(duì)硅鋁地聚物與波特蘭水泥復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和物理性能、以及其內(nèi)含物質(zhì)進(jìn)行了研究。地聚物混凝土副本第7頁(yè)國(guó)內(nèi)研究最有代表性是張?jiān)粕┦亢蛯O偉教授研究團(tuán)體以及香港科學(xué)與技術(shù)大學(xué)李宗津教授，早在就開始了對(duì)地聚物形成機(jī)理、結(jié)構(gòu)特征、配比設(shè)計(jì)、工藝體系、物理性能、耐久性及其在土木工程中應(yīng)用進(jìn)行了研究，另外，楊巧、楊曉鴻研究了利用偏高嶺土制備地聚物膠凝材料工藝和特征；孫家瑛首次討論了地聚物與粉煤灰復(fù)合灌漿材料物理力學(xué)性能，并對(duì)其制備工藝進(jìn)行了研究。

地聚物混凝土副本第8頁(yè)

關(guān)于地聚物形成機(jī)理主要有以下幾個(gè)認(rèn)識(shí)，以下表所表示：地聚物混凝土副本第9頁(yè)J.Davidovits觀點(diǎn)

當(dāng)前，最為認(rèn)可就是J.Davidovits提出解聚和縮聚理論，認(rèn)為地聚物材料凝結(jié)硬化過程就是原材料中硅氧鍵和鋁氧鍵在堿性催化劑作用下斷裂后再重組反應(yīng)過程。

以偏高嶺土為原材料，NaOH和KOH為激活劑制備(

N

a，K

)—PSS為例對(duì)其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行說明：首先，摩爾比為1:2偏高嶺土和無定型二氧化硅在強(qiáng)親核試劑NaOH和K

OH以及水作用下，發(fā)生S

i—O和AI—O共價(jià)鍵斷裂反應(yīng)。能夠這么說，在水溶液中生成了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。其次正鋁硅酸在堿性或干燥環(huán)境下不穩(wěn)定，會(huì)深入脫水聚合形成聚鋁硅氧縮聚大分子鏈。

地聚物混凝土副本第10頁(yè)J.Davidovits觀點(diǎn)地聚物結(jié)構(gòu)地聚物縮聚大分子通式為：

Mx[–(Si–O)w–Al–O–]n?zH2O

其中，M代表堿金屬元素，x代表堿離子個(gè)數(shù)，–表示化學(xué)鍵，w表示硅鋁比，n表示縮聚度，z表示化學(xué)結(jié)合水?dāng)?shù)目(0≤w≤4)。地聚物混凝土副本第11頁(yè)地聚物優(yōu)點(diǎn)地聚合物含有以下優(yōu)點(diǎn)

(1)強(qiáng)度高,主要力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)于玻璃與水泥。

(2)含有較強(qiáng)耐腐蝕性與很好耐久性,大大優(yōu)于傳統(tǒng)水泥材料。

(3)含有很好快硬固化性。

(4)材料耐高溫,隔熱效果好。

(5)原料價(jià)格低廉,儲(chǔ)量豐富,其主要組成元素硅、鋁、氧在地殼中儲(chǔ)量分別為27%,8%,47%。

(6)生產(chǎn)能耗低,其能耗只有陶瓷1/20,鋼1/70,塑料1/150。

(7)增韌、增強(qiáng)外添加劑選擇范圍廣。地聚物混凝土副本第12頁(yè)地聚物混凝土

地聚物膠凝材料是一個(gè)高性能堿激活水泥,不一樣于普通硅酸鹽水泥。地聚物混凝土研究發(fā)覺,地聚合物含有許多硅酸鹽系列水泥難以到達(dá)優(yōu)異性能,在土木工程、固核固廢、高強(qiáng)、密封及高溫材料等方面均顯示出很好開發(fā)應(yīng)用前景。因?yàn)槠邘X土價(jià)格較高,近年來采取各種工業(yè)廢渣,如粉煤灰、礦渣、爐渣、尾礦等鋁硅酸鹽材料部分或全部取代偏高嶺土，制備堿激發(fā)復(fù)合膠凝材料再次成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。地聚物混凝土副本第13頁(yè)混凝土拌合物和易性

研究發(fā)覺,對(duì)硅酸鹽水泥含有良好減水作用減水劑對(duì)堿激發(fā)膠凝材料效果往往很差。另外，隨NaOH和水玻璃濃度增加,堿激發(fā)粉煤灰砂漿流動(dòng)度下降。地聚物混凝土副本第14頁(yè)堿激發(fā)膠凝材料-集料界面特征在硅酸鹽系列水泥混凝土中,通常集料與水泥石間存在界面過渡區(qū),對(duì)強(qiáng)度和耐久性影響較大,但堿激發(fā)膠凝材料與集料間不存在類似界面過渡區(qū)。原因：石灰石砂與膠凝材料間存在化學(xué)作用,石英砂和花崗巖砂中鋁硅成份則在堿激發(fā)作用下,也參加聚合反應(yīng),從而在堿激發(fā)膠凝材料與集料之間不存在界面過渡區(qū)。地聚物混凝土副本第15頁(yè)抗化學(xué)侵蝕性研究表明,即使礦渣含鈣量較高,但與硅酸鹽系列水泥相比,堿礦渣水泥仍含有良好抗化學(xué)侵蝕性能且其抗化學(xué)侵蝕性能似乎優(yōu)于堿激發(fā)粉煤灰材料,其原因可能與堿激發(fā)材料孔結(jié)構(gòu)相關(guān),水玻璃激發(fā)粉煤灰試樣平均孔徑約6.28nm

,水玻璃激發(fā)礦渣試樣大部分孔均為10nm以下凝膠孔,所以,水玻璃激發(fā)礦渣混凝土抗化學(xué)侵蝕性優(yōu)于水玻璃激發(fā)粉煤灰混凝土。地聚物混凝土副本第16頁(yè)對(duì)鋼筋保護(hù)作用1）粉煤灰混凝土

研究發(fā)覺?？箟簭?qiáng)度相當(dāng)初,與普通硅酸鹽水泥相比,堿激發(fā)粉煤灰混凝土對(duì)鋼筋含有更加好保護(hù)作用,強(qiáng)度越高,鋼筋防銹能力越強(qiáng)。NaOH和水玻璃激發(fā)粉煤灰混凝土與普通水泥混凝土類似,可快速在鋼筋表面形成鈍化保護(hù)層,因而對(duì)鋼筋含有良好保護(hù)作用,但堿激發(fā)粉煤灰混凝土中含有2%Cl-時(shí),其銹蝕速率將增大100倍。地聚物混凝土副本第17頁(yè)對(duì)鋼筋保護(hù)作用2）堿礦渣混凝土堿礦渣砂漿抗氯離子滲透能力優(yōu)于硅酸鹽水泥砂漿,水玻璃激發(fā)礦渣砂漿28d，氯離子滲透電通量?jī)H約為硅酸鹽水泥砂漿1/3

,Na2CO3和激發(fā)礦渣砂漿抗氯離子滲透能力更強(qiáng)?？梢?堿激發(fā)膠凝材料混凝土含有良好抗氯離子滲透能力,尤其適合海工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。地聚物混凝土副本第18頁(yè)混凝土變形性能1）化學(xué)變形普通認(rèn)為,堿激發(fā)偏高嶺土和粉煤灰材料化學(xué)減縮變形較小,但相關(guān)研究極少。廖佳慶研究發(fā)覺,激發(fā)堿礦渣水泥化學(xué)減縮與硅酸鹽水泥相當(dāng),水玻璃激發(fā)試樣化學(xué)減縮略小于硅酸鹽水泥。2）干縮變形

堿激發(fā)偏高嶺土材料和堿激發(fā)粉煤灰材料干縮變形都小于硅酸鹽水泥，而堿礦渣水泥干縮較大，其干縮與激發(fā)劑種類和用量相關(guān),水玻璃和NaOH激發(fā)試樣干縮分別達(dá)地聚物混凝土副本第19頁(yè)混凝土變形能力硅酸鹽水泥干縮6倍和3倍,且隨激發(fā)劑用量增加而增大,而碳酸鈉激發(fā)試樣干縮比硅酸鹽水泥略低或相當(dāng),加入減縮劑可有效減小水玻璃激發(fā)礦渣砂漿干縮,但相對(duì)濕度較低時(shí),干縮仍遠(yuǎn)高于硅酸鹽水泥砂漿。3）彈性模量與Poisson比堿激發(fā)粉煤灰材料配制成混凝土后,其彈性模量大大提升。不過與硅酸鹽水泥混凝土相比,堿激發(fā)粉煤灰和礦渣混凝土彈性模量較小,但當(dāng)前相關(guān)研究還不多,其原因有待深入研究。地聚物混凝土副本第20頁(yè)混凝土變形性能堿激發(fā)粉煤灰混