偏高岭土基地质聚合物微观及性能研究

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地聚合物是由富含硅铝源前驱物材料在高碱性环境条件作用下,通过解聚缩聚反应而生成的一种以离子键和共价键为主,范德华键为辅,共用氧原子交替键合[Al O4]5-和[Si O4]4-四面体组成的聚合铝-氧-硅酸盐无定型三维网状结构的无机非金属胶凝材料。地聚物既是兼有波特兰水泥、陶瓷、高分子材料的特性,又是具有独特性能的新型绿色环保建筑材料,近年来引起国内外学者的广泛关注与研究。本文针对地聚合物反应机理概述了目前国内外研究现状,从地聚合物的宏观性能和微观角度展开研究,阐述了地聚合物的反应机理及影响性能因素,同时也将偏高岭土应用于改性水泥基材料。地聚合物被称为绿色节能环保材料,具体极大的替代水泥基材料的可能性,目前国外内学者都对其展开了一系列的研究工作。本课题组立足于国家重点需求项目,围绕地聚合物相关的性能开始相关研究,仅为之后的研究人员及地聚合物实际应用提供一些借鉴意义。在本实验中,主要研究了偏高岭土基地聚合物,主要的工作及研究内容如下:(1)研究了Na/Al、Si/Al比对偏高岭基地聚合物微观结构及力学性能影响,试验中以硅酸钠溶液和氢氧化钠为碱性活化剂,硅粉为调节剂,偏高岭土为硅铝源前驱体材料。通过分别固定Na/Al和Si/Al摩尔比,用单一因素来控制变量,并用SEM、EDS等宏观表征方法解释了不同Si/Al和Na/Al对试样力学性能的影响。实验发现当控制Na/Al不变的情况下,随着硅铝比的增加,偏高岭土基地聚合物抗压强度出现增加,当硅铝比达到1.95时,呈现出轻微下降。而抗弯性能则出现先增加后减少的现象。而对于硅铝比不变的情况,钠铝比随着其比值增加,地聚合物性能均出现先上升后下降的情况。(2)探讨了水玻璃模数、碱当量地聚合物性能的影响,除从元素角度出发分析地聚合物性能外,剩余主流探究地聚合物性能的研究方法即从模数和碱当量出发。实验从控制模数、碱当量作为两个自变量和因变量,探讨了不同模数和碱当量对地聚合物力学性能的影响。(3)研究水对偏高岭基地聚合物微观结构及力学性能影响,试验监测了地聚合物反应过程中结合水先后的含量变化情况。研究发现地聚合物仅在早期阶段水分蒸发较大,不管反应物中初始含水量多少,养护10天后,试样中的剩余含水量几乎相同,完成聚合反应后的产物中的残余水含量最终保持在15%左右。(4)对于应用试验,拓展研究了在普通硅酸盐水泥(OPC)中添加低温煅烧的偏高岭土材料(MK)对硬化OPC-MK浆料水化特性和微观结构的影响,同时对照了SL和FA组。OPC-MK混合物是用MK(3%、5%、9%和14%的质量分数)部分替代水泥基材料来制备的。研究发现掺入偏高岭土材料确实有利于水泥基材料的水化反应,增加力学性能强度。
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