修補(bǔ)用堿礦渣膠凝材料的性能研究

王 戈

(重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400000)

修補(bǔ)用堿礦渣膠凝材料的性能研究

王 戈

(重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400000)

根據(jù)快速修補(bǔ)材料的技術(shù)指標(biāo)，對比分析了堿礦渣膠凝材料的優(yōu)缺點(diǎn)，對堿礦渣膠凝材料應(yīng)用于快速修補(bǔ)材料提出分析。根據(jù)歷年來各個專家學(xué)者的研究成果針對堿礦渣膠凝材料的激發(fā)劑、緩凝劑及干縮性能進(jìn)行研究，使得堿礦渣膠凝材料的性能得到了改善，但這些外加劑對其強(qiáng)度仍然存在一定的影響，因此，要想把堿礦渣膠凝材料在快速修補(bǔ)材料上進(jìn)行廣泛的運(yùn)用，還需要做進(jìn)一步的研究。

修補(bǔ)；堿礦渣膠凝；性能研究

引言

隨著隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來道路上交通量也在迅速增長,車速也在不斷提高，這些都對現(xiàn)今的道路橋梁建筑材料提出了更高的要求，而我國許多省市修建了大量的水泥混凝土路面和大跨徑橋梁，以適應(yīng)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。但是隨著水泥混凝土材料使用量的逐年增加,問題也隨之出現(xiàn)。這就對修補(bǔ)材料提出了高要求，而路面和橋梁修補(bǔ)材料需具備快硬高早強(qiáng)、收縮小、耐久性好、施工和易性好、具有一定粘性等要求。

堿激發(fā)膠凝材料是指，具有火山灰活性或潛在水硬性的材料與堿性激發(fā)劑反應(yīng)而生成的水硬性材料，與普通水泥混凝土相比，具有水化熱低、強(qiáng)度高、耐久性能優(yōu)異等優(yōu)勢。20世紀(jì)80年代，國內(nèi)開始對堿激發(fā)膠凝材料的研究，主要研究的是堿礦渣水泥，并且已經(jīng)成功的制備出了堿礦渣、堿—礦渣—赤泥等膠凝材料[1]。

一、堿礦渣膠凝材料的優(yōu)缺點(diǎn)

堿礦渣膠凝材料具有十分優(yōu)異的物理力學(xué)性能和耐久性能。

(一)高強(qiáng)度

該材料28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)120MPa，而普通硅酸鹽水泥很難達(dá)到。

(二)硬化快，早期強(qiáng)度高

堿礦渣膠凝材料根據(jù)激發(fā)劑的不同，1天的抗壓強(qiáng)度可達(dá)20～50MPa，因此堿礦渣膠凝材料硬化速度較快和早期強(qiáng)度較高[2]。

(三)低水膠比

堿礦渣膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比普通硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量要低8%左右[3]。而較低的水膠比能夠大大提高材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密度，從而增強(qiáng)混凝土材料的抗?jié)B性能，保護(hù)材料的整體性。

這些特點(diǎn)和路面及橋梁修補(bǔ)材料的要求是相符合的。但通過大量的研究發(fā)現(xiàn)堿礦渣膠凝材料還存在凝結(jié)時間過快干縮較大等問題[4]，而這些缺陷使得堿礦渣膠凝材料在快速修補(bǔ)材料上的應(yīng)用受到了限制。針對這些問題，國內(nèi)外的專家學(xué)者也展開了一系列的研究。

二、堿礦渣膠凝材料激發(fā)劑的研究

夏婧[5]通過對比NaOH，Na2CO3，水玻璃三種堿對于堿礦渣膠凝材料激發(fā)效果的影響，水玻璃作堿激發(fā)劑時堿礦渣膠凝材料的強(qiáng)度最高，其次是氫氧化鈉，而碳酸鈉的強(qiáng)度最低。由于OH-離子數(shù)量的會在一定程度上影響到堿礦渣水泥水化反應(yīng)的速度，而不同激發(fā)劑水解產(chǎn)生的OH-離子數(shù)量不同，所以說在堿礦渣水泥中，激發(fā)劑溶液pH值的提高會有助于提高礦渣的水化速度；但是在水玻璃作激發(fā)劑時，會有大量(SiO4)4-的引入，而這些離子能夠迅速參與堿礦渣的水化反應(yīng)，這樣便能增加C-S-H凝膠的數(shù)量和聚合度。因此，激發(fā)劑為水玻璃的各齡期的堿礦渣水泥強(qiáng)度要高于堿組分為NaOH的。

姜奉華[6]通過研究對固體堿激發(fā)劑做了研究，他選用Na2CO3和長石粉混合制成玻璃態(tài)物質(zhì)作為堿激發(fā)劑，但是通過實驗發(fā)現(xiàn)它的早期強(qiáng)度偏低。

三、堿礦渣膠凝材料緩凝劑的研究

楊南如[7]等的實驗結(jié)果表明氯化鋇和硝酸鋇作為堿-礦渣水泥緩凝物質(zhì)時有很好的緩凝作用，且隨著摻量的增加緩凝作用愈加明顯。但氯化鋇、硝酸鋇作堿礦渣水泥緩凝物質(zhì)對堿礦渣水泥的早期強(qiáng)度產(chǎn)生了一定的副作用。

焦寶祥[8]研究了磷酸鹽、含鈣材料對水玻璃激發(fā)礦渣水泥的凝結(jié)時間的影響。試驗結(jié)果表明，在常規(guī)水玻璃摻量時，磷酸鹽不產(chǎn)生緩凝作用，其原因是磷酸鹽陰離子易與硅酸根離子產(chǎn)生氫鍵締合作用，從而產(chǎn)生凝聚；而含鈣材料與水玻璃快速反應(yīng)生成的凝膠在礦渣表面形成一層凝膠體保護(hù)膜，阻止了系統(tǒng)中 OH-對礦渣活性的進(jìn)一步激發(fā)，從而延緩了水化產(chǎn)物的大量產(chǎn)生，使系統(tǒng)的初凝時間延長。

Chang[7]的研究說明，磷酸的摻入對水玻璃激發(fā)的礦渣體系有好的緩凝作用。磷酸和 Ca2+ 反應(yīng)生成低溶解性的 Ca3(PO4)2，降低了溶液中 Ca2+ 的濃度，則生成 C-S-H 凝膠的速度減慢。

四、堿礦渣膠凝材料干縮性能的研究

姜奉華[6]認(rèn)為堿礦渣膠凝材料化學(xué)收縮要比硅酸鹽水泥大，這是因為堿礦渣膠凝材料與水反應(yīng)后，產(chǎn)物主要是C-S-H凝膠和沸石類，沒有鈣礬石和Ca(OH)2。

梅琳[8]發(fā)現(xiàn)以堿礦渣及硅酸鹽水泥作為膠凝材料時，堿礦渣混凝土各齡期干縮值是硅酸鹽混凝土的1.5～1.8倍。他們分別對ZY膨脹劑、明礬石和偏高嶺土改善堿礦渣膠凝材料的干縮性能進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三種材料加入堿礦渣膠凝材料后均對其干縮性能有明顯的改善，其中明礬石改善效果較為理想，偏高嶺土次之，ZY膨脹劑效果最差。

五、有待進(jìn)一步研究的問題

雖然之前的專家學(xué)者對堿礦渣膠凝材料做了一系列研究，但要想將其應(yīng)用于混凝土修補(bǔ)材料方面，還有一些問題尚待解決。

(1)對于堿激發(fā)劑的研究大都只停留在液體激發(fā)劑的研究，對于固體激發(fā)劑來還需做進(jìn)一步研究。因為使用固體激發(fā)劑，可將固體激發(fā)劑和礦渣共同粉磨，避免液體激發(fā)劑只能在施工現(xiàn)場調(diào)制，強(qiáng)堿對混凝土施工人員與設(shè)備有強(qiáng)烈的侵蝕作用等缺點(diǎn)[20]。

(2)對于堿礦渣膠凝材料緩凝的問題，目前的緩凝劑都對其強(qiáng)度發(fā)展存在影響。

(3)對于堿礦渣膠凝材料干縮的研究，目前的外加劑基本都能很好的改善其干縮性能，但大都存在對其強(qiáng)度發(fā)展產(chǎn)生不利影響的問題，因此對于堿礦渣膠凝材料膨脹劑成分的改善還需做進(jìn)一步研究。

[1]蒲心成.堿礦渣水泥與混凝土[M]科學(xué)出版社,2010.

[2]吳其勝.堿礦渣水泥的研究與發(fā)展[J].中國建材科技,1999(l):1-4

[3]陳友治.堿礦渣水泥的理論基礎(chǔ)[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報,2000(5):10-12

[4]蒲心誠.高強(qiáng)混凝土與高強(qiáng)堿礦渣混凝土[J].粉煤灰.1994(06).

[5]夏婧.堿礦渣混凝土配合比設(shè)計研究[D].重慶大學(xué).2013.5.

[6]姜奉華，堿激發(fā)礦渣微粉膠凝材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能的研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

[7]楊南如.堿膠凝材料形成的物理化學(xué)基礎(chǔ)[J].硅酸鹽學(xué)報,1996,24(2):209-215.

[8]焦寶祥.水玻璃-礦渣水泥的緩凝物質(zhì)研究[J].化學(xué)建材,2002,(11):12-15.

[9]Chang J J.Effects of gypsum and phosphoric acid on the properties of sodium silicate-based alkali-activated slag pastes[J].Cement and Concrete Composites,2005,27(1):85-91.

[10]梅琳.堿礦渣混凝土干縮性能及改善措施研究[D].重慶大學(xué),2010.4.9.

[11]李健康.新型堿礦渣水泥的研制[J].大連理工大學(xué)學(xué)報,2000,31(3):261-262.

王戈(1989.08-)，男，漢族，四川宜賓人，在讀碩士就讀于重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，研究方向：結(jié)構(gòu)工程材料。