熊仕義 張偉倫 于美玲 喬仲月

無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿

熊仕義 張偉倫 于美玲 喬仲月

本文目的，探究影響無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的主要因素及其變化規(guī)律。探究方法，以礦碴和粉煤灰為主要原材料，加入纖維和減水劑作為輔助材料，在堿性激發(fā)劑作用下，常溫下制備無機(jī)礦物聚合物砂漿和凈漿。探究結(jié)果，水玻璃模數(shù)在0.76～0.93范圍內(nèi)，水玻璃摻量為0.34%，膠凝材料摻量為4時(shí)，無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿可以兼顧早強(qiáng)和快硬；試件可在10～20min內(nèi)凝結(jié)硬化，3d抗壓強(qiáng)度達(dá)到33.9MPa；是一種早強(qiáng)快硬的新型修補(bǔ)材料。

無機(jī)礦物聚合物；快速修補(bǔ)砂漿；抗壓強(qiáng)度；凝結(jié)時(shí)間

無機(jī)礦物聚合物是一種以無機(jī)[SiO4][AlO4]四面體為主要組成，具有空間三維網(wǎng)絡(luò)狀鍵接結(jié)構(gòu)的新型無機(jī)硅鋁質(zhì)膠凝材料。本文以礦渣與粉煤灰為主要原材料，水玻璃為主要激發(fā)劑制備成無機(jī)礦物聚合物砂漿，以抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間為考核指標(biāo)，研究了影響無機(jī)礦物聚合物快速修補(bǔ)砂漿抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的主要因素及其變化規(guī)律，希望為應(yīng)用和推廣這種新型修補(bǔ)材料提供理論依據(jù)。

一、試驗(yàn)材料與方法

1、試驗(yàn)材料

（1）試驗(yàn)用粉煤灰是沈海熱電廠二級(jí)原狀灰，其化學(xué)成分見表1。

表1 粉煤灰的主要化學(xué)成分W%

（2）試驗(yàn)用礦渣是鞍山鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)的?；郀t礦渣，其化學(xué)成分見表2。

表2 礦渣的主要化學(xué)成分W%

（3）激發(fā)劑由水玻璃和氫氧化鈉制成。市售硅酸鈉水玻璃模數(shù)（Na2O與SiO2的摩爾比）為3.2，Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。通過加入分析純固體NaOH調(diào)整水玻璃模數(shù)，將加入固體NaOH的水玻璃稱為鈉水玻璃。

（4）纖維選用石棉纖維。

（5）減水劑為聚羧酸系減水劑。

2、試驗(yàn)方法

將一定量的礦渣、粉煤灰和砂子加入攪拌鍋中混合，加入水玻璃激發(fā)劑溶液，攪拌均勻。將均勻的砂漿裝入40mm×40mm×120mm模具中，振動(dòng)成型，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24h后脫模，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)3天，得到固體樣品。測定樣品抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。將一定量的礦渣、粉煤灰加入攪拌鍋中混合，加入水玻璃減水劑溶液，攪拌均勻，將均勻的凈漿裝入維卡儀中，測定凈漿凝結(jié)時(shí)間。

二、試驗(yàn)結(jié)果及討論

1、水玻璃模數(shù)的影響

水玻璃模數(shù)對(duì)無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿試塊凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的影響如圖1所示。從圖1(a)中可以看出：在礦渣/粉煤灰為4,液固比為0.4的前提下,當(dāng)水玻璃模數(shù)小于0.96時(shí)，樣品的凝結(jié)時(shí)間很低，如水玻璃摻量為0.63%，水玻璃模數(shù)為0.76時(shí)樣品的初凝時(shí)間為12min，終凝時(shí)間為14min；隨著水玻璃模數(shù)的增大，樣品的凝結(jié)時(shí)間顯著延長，當(dāng)水玻璃模數(shù)達(dá)到1.17時(shí)，樣品的凝結(jié)時(shí)間最長，如水玻璃摻量為0.63，水玻璃模數(shù)為1.17時(shí)樣品的凝結(jié)時(shí)間達(dá)到36min；當(dāng)水玻璃模數(shù)大于1.17時(shí)，樣品的凝結(jié)時(shí)間呈下降趨勢。

圖1水玻璃模數(shù)對(duì)凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的影響

圖1 (b)為水玻璃模數(shù)對(duì)樣品抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響。由圖中可以看出：隨著模數(shù)的降低，其中低聚合度硅氧四面體的含量增加，促進(jìn)了粉煤灰中鋁硅玻璃相的解聚，促進(jìn)膠體沉淀相的形成，提高無機(jī)礦物聚合物的強(qiáng)度。因此，在強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間兩者兼顧的條件下,水玻璃模數(shù)在0.76～0.93范圍內(nèi)較為理想。

2、水玻璃摻量的影響

水玻璃摻量（水玻璃與液體總量的比值）變化對(duì)無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿試塊抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的影響如圖2所示。

圖2 水玻璃摻量對(duì)凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的影響

從圖2(a)中可以看出，隨著水玻璃摻量的增加，漿體的凝結(jié)時(shí)間延長，當(dāng)水玻璃摻量達(dá)到0.63%時(shí),凝結(jié)時(shí)間達(dá)到最大,如水玻璃模數(shù)為1.6,摻量為0.63時(shí)漿體的凝結(jié)時(shí)間為22min；當(dāng)摻量大于0.63%時(shí)，初凝時(shí)間開始縮短。

圖2(b)為水玻璃摻量對(duì)樣品抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，水玻璃摻量對(duì)無機(jī)礦物聚合物強(qiáng)度有很大影響[1]。試驗(yàn)證明，水玻璃摻量0.34%為一個(gè)較適合的值。

3、膠凝材料摻量的影響

在水玻璃模數(shù)為0.96，水玻璃摻量為0.5%，液固比為0.4不變的前提下，單一改變礦渣/粉煤灰質(zhì)量比為1、1.5、2.3、4 和 9，隨著礦渣 /粉煤灰質(zhì)量比的變化，無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿的凝結(jié)時(shí)間的變化如圖3所示。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，膠凝材料摻量對(duì)于無機(jī)礦物聚合物凝結(jié)時(shí)間有很大的影響。從圖3中可以看出，隨著礦渣/粉煤灰質(zhì)量比增大，樣品的凝結(jié)時(shí)間顯著降低，當(dāng)?shù)V渣/粉煤灰質(zhì)量比達(dá)到4時(shí)，樣品的凝結(jié)時(shí)間達(dá)到最低，初凝時(shí)間和終凝時(shí)間分別為35.5min和56.5min；當(dāng)?shù)V渣/粉煤灰質(zhì)量比大于4時(shí)，樣品的凝結(jié)時(shí)間卻呈上升趨勢。因此，配制無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿時(shí)，礦渣/粉煤灰質(zhì)量比應(yīng)在4左右。

4、纖維和減水劑摻量的影響

圖3 礦渣/粉煤灰對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響

表3 纖維和減水劑對(duì)強(qiáng)度的影響

纖維和減水劑的摻量對(duì)無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿強(qiáng)度的影響見表3。由表可見，纖維和減水劑對(duì)無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿強(qiáng)度的影響很大。纖維摻入量為0g時(shí)，在常溫下養(yǎng)護(hù)3d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度為7MPa和33MPa，纖維摻量增加到3.6g，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度無明顯變化，當(dāng)摻入量為7.2g時(shí)抗壓強(qiáng)度降低到18.5MPa，纖維摻入量的提高使得無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度降低。減水劑摻入量為0g是時(shí)，在常溫下養(yǎng)護(hù)3d的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度為8MPa和64.8MPa，摻量為3.6g時(shí)，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度下降至7MPa和33MPa，減水劑的加入，使得無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度降低。

三、結(jié)論

1、無機(jī)礦物聚合物基修補(bǔ)材料試件隨著水玻璃模數(shù)的增大凝結(jié)時(shí)間呈現(xiàn)先延長后縮短的趨勢，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢；隨著水玻璃摻量的增加凝結(jié)時(shí)間呈現(xiàn)先延長后縮短的趨勢，抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢；隨著膠凝材料摻量的變化，凝結(jié)時(shí)間呈現(xiàn)先縮短后延長的趨勢。

2、當(dāng)水玻璃模數(shù)在0.76～0.93范圍內(nèi)，水玻璃摻量為0.34%，膠凝材料摻量為4時(shí)，無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿具有較大的抗壓強(qiáng)度和較快的凝結(jié)間，分別為抗壓強(qiáng)度達(dá)到33.9MPa，10～20min內(nèi)可凝結(jié)硬化。

3、纖維和減水劑的加入不能提高無機(jī)礦物聚合物基快速修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度。

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TQl72.6+88

B

1007-3922（2017）04-0029-04

熊仕義（1995-），男，貴州麻江縣人，苗族，沈陽建筑大學(xué)材料學(xué)院，研究方向：無機(jī)非金屬材料。張偉倫（1996-），男，遼寧省撫順市人，漢族，沈陽建筑大學(xué)材料學(xué)院，研究方向：無機(jī)非金屬材料。于美玲（1995-），女，遼寧省盤錦市人，漢族，沈陽建筑大學(xué)材料學(xué)院，研究方向：無機(jī)非金屬材料。喬仲月（1997-），女，甘肅省白銀市人，漢族，沈陽建筑大學(xué)材料學(xué)院，研究方向：無機(jī)非金屬材料。

（責(zé)任編輯：于飛）