1、第4 8卷 第3期2 0 2 3年6月 广西大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fG u a n g x iU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)V o l.4 8N o.3J u n.2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 6-2 4;修订日期:2 0 2 3-0 4-2 5 基金资助:山西省基础研究计划项目(2 0 2 1 0 3 0 2 1 2 3 0 8 2);中国博士后科学基金项目(2 0 2 0M 6 7 0 6 9 8);山西省高等学校科技创新项目(2 0 1 9 L 0 2
2、 9 5);山西交通控股集团项目(2 0 J KK J 1 7,1 8 J KK J 0 5);桥梁结构健康与安全国家重点实验室开放研究基金项目(B H S K L 2 0 0 2 G F)通讯作者:王永宝(1 9 8 9),男,山东潍坊人,太原理工大学副教授,博士;E-m a i l:y o n b a o w a n g 1 6 3.c o m。引文格式:王永宝,兰雪江,史晨曦,等.高温养护对地聚物砂浆强度和收缩的影响J.广西大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 8(3):5 5 0-5 5 7.D O I:1 0.1 3 6 2 4/j.c n k i.i s s n.1 0 0
3、1-7 4 4 5.2 0 2 3.0 5 5 0高温养护对地聚物砂浆强度和收缩的影响王永宝*,兰雪江,史晨曦,张翛(太原理工大学 土木工程学院,山西 太原0 3 0 0 2 4)摘要:为了研究高温养护对地聚物砂浆的强度和收缩等性能的影响,制作了矿渣、粉煤灰和赤泥3种胶凝材料组成的不同配合比的地聚物砂浆试件,测试了其温度在8 0时不同养护时间下的强度、自收缩和干燥收缩性能,并研究了其收缩变形规律。试验结果表明:赤泥和粉煤灰基地聚物的矿物活性较低,常温养护的强度较低,收缩变形较大,高温养护能使地聚物砂浆的抗压强度提高2.53.0倍;此外,高温养护对抗折强度的提高优于抗压强度,且高温养护能使其收缩
4、变形显著减小约5 0%;对于活性较大的矿渣地聚物,其常温下就具有较高的抗压强度,养护温度对其强度的提高作用有限;针对不同胶凝材料制作的地聚物试件,需根据矿物材料活性选择合适的养护条件,在提高强度的同时减小收缩变形。关键词:地聚物;养护;自收缩;干燥收缩;力学强度中图分类号:TU 5 2 6 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 4 5(2 0 2 3)0 3-0 5 5 0-0 8E f f e c t o fh i g h-t e m p e r a t u r ec u r i n go ns t r e n g t ha n ds h r i n k a g eo f g e
5、 o p o l y m e rm o r t a rWAN GY o n g b a o*,L ANX u e j i a n g,S H IC h e n g x i,Z HAN GX i a o(C o l l e g eo fC i v i lE n g i n e e r i n g,T a i y u a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,T a i y u a n0 3 0 0 2 4,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e rt os t u d yt h ei n f l u e n c
6、eo fh i g h-t e m p e r a t u r ec u r i n g o ns t r e n g t h a n ds h r i n k a g ep e r f o r m a n c e o f g e o p o l y m e r m o r t a r,s e v e r a lg e o p o l y m e r m o r t a rt e s t b l o c k sc o m p o s e do f t h r e ek i n d so f c e m e n t i t i o u sm a t e r i a l s,s l a g,f l
7、 ya s ha n dr e dm u d,w e r ec a r r i e do u t.T h e nt h es t r e n g t h,a u t o g e n o u ss h r i n k a g ea n dd r y i n gs h r i n k a g ep r o p e r t i e sw e r et e s t e d.T h e t e s t r e s u l t ss h o wt h a t t h em i n e r a l a c t i v i t yo f r e d-m u d-b a s e da n df l y-a s
8、h-b a s e dp o l y m e r si s l o w,s ow i t ht h en o r m a lt e m p e r a t u r ec u r i n g,t h es t r e n g t hi sl o wa n dt h es h r i n k a g ei sl a r g e.H i g ht e m p e r a t u r e c u r i n gc a n i n c r e a s e t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t hb y2.5 t o3.0 t i m e s;i na d d
9、 i t i o n,t h e i n c r e a s e i nf l e x u r a ls t r e n g t ho fh i g ht e m p e r a t u r ec u r i n gi sb e t t e rt h a nt h a to fc o m p r e s s i v es t r e n g t h,a n dc a ns i g n i f i c a n t l yr e d u c es h r i n k a g ed e f o r m a t i o nb ya b o u t5 0%.第3期王永宝,等:高温养护对地聚物砂浆强度和收
10、缩的影响H o w e v e r,t h eg e o p o l y m e rm i x e dw i t hm o r ea c t i v es l a gh a sh i g h e rc o m p r e s s i v es t r e n g t ha tr o o m t e m p e r a t u r e,a n d t h es t r e n g t hi m p r o v e m e n ti sl i m i t e d b y c h a n g i n g t h e c u r i n gt e m p e r a t u r e.F o rg e
11、o p o l y m e rt e s tb l o c k s m a d eo fd i f f e r e n tc e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s,a p p r o p r i a t ec u r i n gc o n d i t i o n ss h o u l db e s e l e c t e da c c o r d i n g t o t h e a c t i v i t yo fm i n e r a lm a t e r i a l s,w h i c hc a ni m p r o v es t r e n g
12、t ha n dr e d u c es h r i n k a g ed e f o r m a t i o n.K e y w o r d s:g e o p o l y m e r;c u r i n g m e t h o d;a u t o g e n o u s s h r i n k a g e;d r y i n g s h r i n k a g e;m e c h a n i c a l s t r e n g t h0 引言为了减少温室气体排放,实现“碳达峰”、“碳中和”的目的,相关学者开展了地质聚合物胶凝材料的研发工作。地质聚合物(地聚物)是由粉煤灰、矿渣和赤泥等硅铝质
13、工业废渣和碱激发剂发生化学反应生成的胶凝材料。与传统水泥基材料相比,地聚物具有抗压强度高、耐久性好等优点,但其存在收缩大1、易开裂等问题,严重限制了其推广应用。为了减少地聚物的收缩开裂,相关学者开展了大量研究,李兆恒等2、K h e r a d m a n d等3和R a t h等4发现M g O、纤维和橡胶颗粒的掺入均可减小地聚物砂浆的收缩性能,然而外掺物的加入一方面打破了原混凝土的固有体系,对其力学性能产生复杂的影响,另一方面也增加了成本。研究发现,改进养护方式可以提高硅铝质原材料活性,减小地聚物收缩5。提高地聚物砂浆的养护温度可使其强度提高23倍6-7,且自收缩和干燥收缩均显著减小8-9
14、,这归因于高温养护能促进非结合水的化学反应,减小地聚物平均孔隙1。养护温度为6 08 0 时,地聚物能达到较高的抗压强度值1 0-1 1。李爽1 2研究发现6 0高温养护2 4h时,地聚物混凝土的干燥收缩显著减小,而与2 4h养护时间相比,养护7 2h试件干燥收缩变化不大,主要原因是养护2 4h水化反应基本完全,水化产物凝聚在未反应颗粒表面,阻碍其进一步水化,因此高温养护时间的进一步延长对收缩的影响很小。目前大多数学者仅对粉煤灰、矿渣和赤泥等胶凝材料的单掺或双掺展开研究,且主要集中在力学性能方面6,1 3-1 4,收缩效应的研究较少,结论不统一。虽然有不同养护条件下的收缩试验,但不同胶凝材料地
15、聚物对高温养护的敏感性不同,对赤泥基地聚物收缩试验研究较为欠缺。粉煤灰或赤泥基地聚物材料的活性较小,需要通过高温养护提高其有效矿物成分。本文开展了赤泥、粉煤灰和矿渣胶凝材料在不同养护条件下的强度和收缩试验,分析了高温养护不同时间对地聚物强度和收缩性能的影响,研究成果对于丰富地聚物收缩试验数据,指导结构设计和施工具有重要意义。1 实验1.1 原材料试验采用的固体废弃物材料为粉煤灰、矿渣和赤泥,材料主要化学成分见表1。粉煤灰为级,比表面积为4 3 0m2/k g,密度为2.4 2g/c m3;矿渣为S 9 5级,比表面积为5 2 0m2/k g,密度为2.9 1g/c m3;采用拜耳法赤泥,取自山
16、西河津氧化铝生产厂,比表面积为10 0 7m2/k g,密度为2.7 4g/c m3,烘干粉碎后过孔径为0.3mm的方孔筛备用。试验采用的碱激发剂为钠水玻璃(硅酸钠溶液),其中S i O2和N a2O的质量分数分别为4 0%、1 3.7 5%1 4.0 0%,初始模数为2.8 5,通过与N a OH溶液以3.51的比例混合,调节其模数为1.9 2。N a OH为9 5%分析纯,片状,加入水制成浓度为1 0m o l/L的溶液。细集料采用最大粒径为2.3 6mm、155广西大学学报(自然科学版)第4 8卷细度模数为2.6的河砂。试验用水为自来水。表1 材料主要化学成分(质量分数)T a b.1 M a i nc h e m i c a l c o m p o s i t i o no fm a t e r i a l s(m a s s f r a c t i o n)%材料A l2O3S i O2C a OM g OF e2O3烧失量矿渣 1 6.3 23 6.1 03 5.5 81 1.3 200.6 8粉煤灰2 9.0 95 3.3 62.2 70.8 13.8 72.4 8赤泥
