地聚物混凝土的性能特点及应用研究进展.docx

地聚物混凝土的性能特点及应用争论进展王书锐【摘 要】通过大量国内外文献，对地聚物混凝土的主要特点、制备方法、应用进展、应用意义进展了总结，通过比较地聚物混凝土与一般硅酸盐混凝土的特点，说明白其在世纪、要求下应运而生的缘由，认为经过进一步的争论在当今社会将会有很好的进展前景。%Based on large amount of literature at home and abroad,the article summarizes major geopolymeric concrete characteristics,fabrication methods,application development and application meaning. Through comparing geopolymeric concrete to common silicate concrete,it demon-strates the occurring causes of geopolymeric concrete in new era and new demands,which will have great application prospect for further study.【期刊名称】山西建筑【年(卷),期】2023(000)017【总页数】3 页(P88-89,90)【关键词】地聚物;混凝土;聚合机理;力学性能【作 者】王书锐【作者单位】宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021【正文语种】中 文【中图分类】TU528.41地质聚合物(Geopolymer，简称地聚物)是一种型环保无机胶凝材料。地聚物最早由法国科学家 Davidovits1，2于 1978 年提出，Davidovits 指出在碱性环境下能够用硅铝与地质原材料或者是副产品(如粉煤灰)来生产粘合剂。由于生产过程中所发生的化学反响是一种聚合反响，因此 Davidovits 将这种粘合剂称为地质聚合物。地聚物是无机聚合物中的一种，由于其二氧化碳排放量小且可消耗肯定量的工业固体废弃物，所以被认为是 21 世纪最具进展潜力的一种水泥替代品3。1.1 主要特点地聚物不存在硅酸钙的水化反响，其最终产物为类沸石相4，而沸石是一种具有骨架构造的材料。沸石材料可以用于核工业中来吸附和固存有毒有害的化学气体等， 而一般的硅酸盐混凝土并不具备上述的特点，这也是地聚物混凝土区分于一般混凝 土的一大优点。总之，地聚物兼有有机高聚物、陶瓷、水泥的特点4，地聚物混凝土也有独特的材料及力学性能。1.2 理化性能1) 物理性能。由于地聚物的类沸石相，使得其具有很好的强度和耐久性，同时也有很好的耐高温的性能。2) 化学性能。地聚物的聚合度很高，同时具有很强的固定金属离子的性能。3) 其他性能。争论指出，地聚物在一些恶劣的环境中(如用硫酸处理后及大火中)是很耐用的5，同时，地聚物混凝土可以不损失强度以及用少量的质量损失来抵抗海水的侵蚀6，其他争论也说明：高温养护后的地聚物混凝土能够有效地防范氯化物的侵蚀。这使得地聚物混凝土能够应用于海水地区7。2.1 制备地聚物材料的原料制备地聚物的两大主要成分是原材料和碱性激发剂。地聚物的原材料应为富含硅铝的物质，这些物质可以是自然矿物，如高岭石，混凝土等。粉煤灰、硅粉、矿渣、红泥等也可以用作原材料。制备地聚物时原材料的选取要依靠可利用程度、价格、应用形式以及使用者的需求来确定。碱性激发剂通常是来自于可溶性碱金属(如钠、钾)的溶液。应用于地聚物生产过程中最常见的碱性激发剂是 NaOH 与硅酸钠或者是 KOH 与硅酸钾的混合溶液。2.2 地聚物聚合机理陶文宏等8通过对地聚物进展分析后得出地聚物的聚合分为旧键的断裂、与 Na+ 的结合、在肯定 pH 条件下发生聚合反响等过程。文献9指出，地聚物聚合可以分为原材料在碱性溶液中的溶解、溶解物的集中、聚合反响的发生以及固结硬化成为聚合物块体。总的来说，以上地聚物的聚合机理大致一样，可以归纳为：在碱性溶液的环境下， 原材料旧键的断裂，通过聚合反响而形成键从而得到地聚物。2.3 地聚物混凝土的制备方法因地聚物制备的主要原材料偏高岭土、粉煤灰等的理化性能并不一样，其制备方式也均有差异。井巍等10以偏高领土和粉煤灰为原材料，通过煅烧高岭土、配制碱性激发剂、混合搅拌、压制成型等主要工序制备了地聚物混凝土。龙涛等11利用 F 类低钙粉煤灰和 NaOH 溶液及 Na2SiO3 溶液配置了粉煤灰基地聚物混凝土，通过 80 养护的方式得到了早龄期抗压强度较高的试验结果。简家成等12也对地聚物混凝土的制备流程进展了总结：首先对高岭土及煤矸石等原料进展预处理，而后配置碱性激发剂并与其他材料进展拌合，经振捣、脱模养护后即制作成型。总体来看，地聚物混凝土的制备方法可以归纳为：偏高岭土、粉煤灰等原材料通过煅烧后与碱性溶液混合搅拌后经脱模养护后即可成型。2.4 不同原料的用量对地聚物制备和性能的影响王国东等13争论了偏高岭土、粉煤灰及水玻璃这三种硅铝源对地聚物的影响，结果说明粉煤灰和偏高岭土的不同掺比对材料的早期强度影响很大，最正确粉煤灰掺量为 65%，水玻璃主要影响材料的 28 d 强度以及分散时间，最正确模数为 1.4。3.1 地聚物的力学性能的比较张海燕等14承受钾水玻璃激发偏高岭土和粉煤灰的方法配制地聚物，并进展了地 聚物和水泥的净浆、砂浆混凝土的常温及高温后抗折和抗压强度试验，得到以下结 论；配制出的地聚物净浆高温后抗折强度明显高于矿渣硅酸盐水泥净浆的抗折强度， 而地聚物砂浆和混凝土的抗折强度与水泥砂浆和混凝土的抗折强度差异不大；地聚 物净浆、砂浆和混凝土的高温抗压强度分别高于相应的水泥净浆、砂浆和混凝土的 抗压强度。与此同时，争论还说明含钙量较低的粉煤灰地聚物混凝土有着很好的抗 压强度并且很适合应用于构造中，混凝土强度等级为 30 的地聚物混凝土的抗压强度比同强度的一般混凝土的高 17.04%，比混凝土强度等级为 60 的一般混凝土强度还要高 5.1%7。由此可见，由地聚物混凝土代替水泥混凝土是完全可行的。3.2 应用于核废料的固封由于地聚物混凝土特有的类沸石相，且地聚物不含石灰石，在碱金属或硫酸溶液中 不易发生化学反响。目前，虽然有诸如沥青法、玻璃法、水泥法、陶瓷法等核废料 固封方式，但很多核电站仍旧存在可能发生核废料泄露的状况。如能将地聚物混凝 土类沸石相这一特点用于封存核废料，则能到达工艺简洁、稳定安全的效果。目前， 国外已有相关争论，而在我国尚属空白4。3.3 应用于骨料与纤维的结合一般硅酸盐混凝土水泥往往会在水泥与骨料的结合面上消灭薄弱的结合面，这些薄弱的结合面会在混凝土的使用过程中对构造整体的承载力产生较大的影响，而使用了较高强度的地聚物的水泥则不会消灭上述状况，地聚物水泥与骨料结合后反而会有较高的结合强度，在抗拉、抗弯强度上均有了较大程度的提高，这再一次说明白地聚物混凝土与一般硅酸盐混凝土的区分以及其独特性。环保和可再生资源利用问题是我们国家目前面临的一个比较重大的问题之一，它影响着人类安康、生态平衡以及国家的进展建设。由于一般硅酸盐混凝土的高能耗、高污染及高排放，对环境的污染尤其是温室效应的产生有着不行无视的影响。据统计，我国每年水泥工业的二氧化碳排放量约占全国二氧化碳排放总量的 10%8， 仅从环保角度考虑，地聚物混凝土的生产过程不仅耗能少，而且利于保护有限的不行再生资源及环境。我国拥有丰富的高岭土资源，此外还储存有大量的炉渣和粉煤灰，这些都是制备地聚物的根本原材料，充分开发利用这些原材料不仅节约了大量的资源，而且还会产生巨大的环境效益。对于地聚物混凝土的争论与开发，国外已经开展了广泛的争论并且有的国家已经应用于现实生活中，我国对地聚物混凝土的争论还不够深入，假设能对地聚物混凝土的粘结机理、生产工艺、变形性能以及与钢筋结合在一起的工作效应等进展更加深入的争论，信任势必对我国的土木工程与建筑材料行业以及国家的经济建设产生不行估量的效益。【相关文献】1 J.Davidovits.GeopolymersJ.Journal of Thermal Analysis,1991,37(8):1633-1656.2 J.Davidovits.Geopolymers and geopolymeric materialsJ.Journal of Thermal Analysis,1989,35(2):429- 441.3 郭 伟,李旭东,杨南如.胶凝材料在我国的争论进展A.第一届化学碱激发胶凝材料研讨会议文集C.南京:东南大学出版社,2023:75-80.4 郑娟荣,覃维祖.地聚物材料的争论进展J.建筑石膏与胶凝材料,2023(4):11-12.5 Bakharev T.Durability of geopolymer materials in sodium and magnesium sulfate solutionsJ.Cement and Concrete Research,2023,35(6):1233-1246.6 Fernandez-Jimenez A.,Garcia-Lodeiro I., Palomo A.Durability of alkali-activated fly ash cementitious materialsJ.Journal of Materials Science ，2023,42(9):3055-3065.7 Bharathi Murugan.R,Sujatha.T,Kannapiran.K,et al.Geopolymer concrete-a green concreteJ.International Journal of Earth Sciences and Engineering,2023,6(1):1738-1744.8 陶文宏,付华,孙凤金,等.地聚物胶凝材料性能与聚合机理的争论J.硅酸盐通报,2023,27(4):730-735，739.9 吴 静.型地聚合物基建筑材料的争论D.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2023.10 井 巍,刘剑虹,林 枫.粉煤灰地质聚合物的制备争论J.高师理科学刊,2023(4):40- 42.11 龙 涛，石宵爽，王清远，等.粉煤灰基地聚物再生混凝土的力学性能和微观构造J.四川大学学报(工程科学版)，2023，6(45)：43- 47.12 简家成,刘 铮,杨宏斌,等.地聚物胶凝材料制备及应用争论现状J.矿产综合利用,2023(3):18-22.13 王国东,樊志国,卢都友.硅铝原料对地聚物制备和性能的影响J.硅酸盐通报,2023,28(2):239- 244.14 张海燕,祁术亮,曹 亮.地聚物净浆、砂浆和混凝土高温后力学性能比较J.防灾减灾工程学报， 2023,35(1):11-16.