无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透性的研究

冉 坤

(贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 550000)

无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透性的研究

冉 坤

(贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 550000)

研究了CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)对无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透性的影响，通过SEM图对试样进行了微观结构形貌观察，试验结果表明：无机矿物混凝土氯离子渗透性能受CaO含量和n(SiO2)/n(Al2O3)变化影响明显，其氯离子电通量值随着CaO含量增加而减小，随着n(SiO2)/n(Al2O3)增大呈现先减小后增大走向。

无机矿物聚合物混凝土，CaO含量，n(SiO2)/n(Al2O3)，氯离子电通量

0 引言

无机矿物聚合物是以工业固体废弃物为主要原料，偏高岭土和适量碱硅酸盐溶液充分混合后成型硬化形成的一种新型生态节能材料。研究认为，矿物掺合料的使用可以增强氯离子结合能力[1]，无机矿物聚合物复合水泥混凝土水溶性氯离子有效扩散系数只有普通混凝土的17%[2]。无机矿物聚合物混凝土中可溶性硅酸盐浓度较高时，颗粒表面玻璃体发生明显结构改变[3]，因此无机矿物聚合物混凝土中CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)对其氯离子渗透性的影响是结合生态节能型材料与提高材料耐久性两个方面进行研究，在提高工业固体废料使用的同时，增加建筑材料的使用寿命。

笔者探讨了原材料中矿渣、粉煤灰和偏高岭土含量不同导致不同CaO含量对无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透性的影响。

1 试验

1.1 原材料

矿渣：粒化矿渣粉，矿渣主要化学成分见表1。

表1 粒化矿渣粉的主要化学组成 %

偏高岭土：主要化学成分见表2。

表2 偏高岭土的主要化学成分 %

粉煤灰：主要化学成分见表3。

表3 粉煤灰的化学成分 %

水玻璃：模数为3.2～3.5，Na2O含量不少于8.3%，SiO2含量不少于27%，使用前对其模数进行调整。

细集料：石英玻璃砂。

粗集料：碎石，粒径在5 mm～31.5 mm之间，连续级配。

1.2 无机矿物聚合物混凝土配合比

无机矿物聚合物混凝土配合比：水胶比为0.5，单位用水量为180 kg/m3，砂率为35%，水玻璃模数为1.4。

1.3 试验方法

无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透试验。试验制作φ100 mm×50 mm圆柱体试块，将试块在标准条件下养护14 d，对表面进行物理干燥及防水密封处理。在真空压力锅中浸水1 h后，恢复常压浸泡18 h±2 h。将试件两端各安置紫铜板后装入试验装置中，一端浸入0.3 mol的NaOH溶液，连接为正极，另一端浸入3%的NaCl溶液，连接为负极。施以60 V电压与正负电极端，其氯离子渗透性根据通电6 h通过的电量总和评价。

本试验中无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透性根据ASTMC 1202电通量法测定。

2 试验结果及分析

2.1 CaO含量及n(SiO2)/n(Al2O3)对无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透的影响

1)CaO含量对无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透的影响。图1为无机矿物聚合物混凝土在CaO含量分别为10%，15%和20%时的6 h电通量值。

相同养护条件的不同CaO含量无机矿物聚合物混凝土电通量平均值均较大，随着CaO含量增加，混凝土电通量呈现持续减小趋势。当CaO含量达到20%时，混凝土在标准条件下养护至14 d后电通量平均值达到最小3 402 C，根据电通量对混凝土渗透性的评价为“中”。

2)n(SiO2)/n(Al2O3)对无机矿物聚合物混凝土氯离子渗透的影响。图2为n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～4.0的范围内变化，无机矿物聚合物混凝土在CaO含量分别为10%，15%和20%时，其6 h电通量值。

由图2可知，CaO含量为10%，n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～3.2范围内变化时，随着n(SiO2)/n(Al2O3)的增大，无机矿物聚合物混凝土6 h电通量值先减小后增大，电通量值在n(SiO2)/n(Al2O3)=3.1时出现最小值，4 919 C。且电通量值在n(SiO2)/n(Al2O3)在2.9～3.2范围内变化较大，在n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～2.9范围内变化较小。

CaO含量为15%时，无机矿物聚合物混凝土6 h电通量在n(SiO2)/n(Al2O3)=3.6时出现拐点，即6 h电通量先减小后增大。

CaO含量为20%，n(SiO2)/n(Al2O3)在3.2～4.0范围内时，无机矿物聚合物混凝土电通量暂未出现拐点，即6 h电通量持续减小。

2.2 结果分析

标准条件下养护14 d后无机矿物聚合物混凝土氯离子电通量随着CaO含量的增加持续减小，CaO含量低于15%时减小幅度较小，而CaO含量高于15%时减小幅度显著增加。经分析，笔者认为，CaO含量的增加，使其与碱性激发剂反应生成的产物Ca(OH)2增多，进一步激发了矿渣、粉煤灰和偏高岭土作为活性矿物材料的潜在火山灰质效应，使水化反应程度完全，无机矿物聚合物混凝土氯离子固化能力提高。随着Ca(OH)2数量的减少，弱化了其在界面的富集程度与定向排列，优化了界面性能，从而提高了抗氯离子渗透性能。同时，CaO含量增加，无机矿物聚合反应程度完全，生成Ca(OH)2增加，其填充在无机矿物聚合物混凝土内部的层状结构间的孔隙中，混凝土内部孔隙尺寸减小，连通孔逐渐中断，骨架结构趋于致密稳定，氯离子迁移速率减缓，使得无机矿物聚合物混凝土氯离子电通量值减小。

在碱性激发剂作用下，矿渣、偏高岭土和粉煤灰发生了Si—O,Al—O之间断键与重新键合的反应，生成物为高聚度三维铝硅酸盐凝胶体，其中生成的[SiO4]和[AlO4]构成了凝胶体的基本骨架，n(SiO2)/n(Al2O3)增大，有利于铝硅酸盐聚合反应的进行，大分子链结构增加，使凝胶体结构相对致密，内部孔隙减少，从而减小了无机矿物聚合物的氯离子电通量值。

CaO含量为10%和15%时，氯离子电通量在n(SiO2)/n(Al2O3)分别为3.1和3.6时分别出现了拐点，呈现增大趋势，可能是因为n(SiO2)/n(Al2O3)过高不利于提高[AlO4]含量，同时也阻碍了与[SiO4]缩聚成大分子链，使凝胶体结构密实度发展受到抑制，内部孔结构相对增多，从而增大了电通量。相比于CaO含量为10%时，无机矿物聚合物混凝土CaO含量为15%时电通量拐点有所延后，因为CaO含量增加，聚合反应程度加深，弱化了凝胶体结构密实度的抑制作用，所以当CaO含量为20%时暂时未出现拐点。

3 结语

1)CaO含量在10%～20%的范围内变化时，无机矿物聚合物混凝土氯离子电通量逐渐减小，当CaO为20%时，此时电通量平均值最小为3 402 C，氯离子渗透性达到“中”。

2)随n(SiO2)/n(Al2O3)在2.8～4.0范围增大，无机矿物聚合物混凝土氯离子电通量值先减小后增大。当CaO含量为10%，15%时，电通量值分别在n(SiO2)/n(Al2O3)为3.1和3.6时出现拐点，而当CaO含量为20%时，拐点暂未出现。

[1] 吴相豪,周金岩,李怀垣.环境因素影响粉煤灰混凝土固化氯离子能力的试验研究[J].粉煤灰,2011(4):80-83.

[2] 李克亮,国 泓,徐 辉,等.土壤聚合物和水泥砂浆的碱—硅反应[J].混凝土与水泥制品,2005，10(5):5-6.

[3] Van Jaarsveld J.G.S, Van Denter J.S.J, Lorenzen.L. The potential use of geopolumeric materials of immobilize toxic metals[J].Minerals Engineering,1997,10(7):659-669.

Study on chloride penetration of geopolymer

Ran Kun

(MaterialsandArchitectureCollege,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550000,China)

Effect of CaO content andn(SiO2)/n(Al2O3) upon the chloride penetration of geopolymer, and the characteristic of geopolymer is analyzed by SEM. The test results show that both CaO content andn(SiO2)/n(Al2O3) have a significant impact on the chloride penetration of geopolymer. With the increasing of CaO content, electric flux of chloride is sustained decrease. With the increasing ofn(SiO2)/n(Al2O3), the electric flux of chloride ion is decrease at first before development.

geopolymer, CaO content,n(SiO2)/n(Al2O3), electric flux of chloride

2015-06-03

冉 坤(1988- )，女，硕士，助教

1009-6825(2015)23-0107-02

TU528

A