乳胶粉改性地聚合物砂浆的弯曲行为

发布日期:2015-03-04 11:40:28

乳胶粉改性地聚合物砂浆的弯曲行为和地聚合物砂浆

乳胶粉改性地聚合物砂浆的弯曲行为,采用4种乳胶粉掺量、4种地聚合物基体配制乳胶粉改性地聚合物砂浆•研究了乳胶粉掺量 和基体组成对乳肢粉改性地聚合物砂浆抗弯强度和抗弯軔性的影响.结果表明(质量分数,下 同),6%和10%乳胶粉掺量使粉煤灰-偏高岭土地聚合物砂浆的抗弯强度分别提高了 1.8,1.9和 2.9倍;抗弯軔性分别增加了 1.6,2.5和3.2倍.当乳胶粉掺量为6%时,基体组成对地聚合物砂浆 抗穹强度的影响达到最小,此时粉煤灰-偏高岭土地聚合物砂浆的抗弯强度最低,约为4. 55 MPa, 煤矸石地聚合物砂浆的抗弯强度达到了8. 31 MPa;粉煤灰地聚合物砂浆与粉煤灰-偏高岭土地聚 合物砂浆的抗弯韧性几乎相同,煤矸石地聚合物砂浆的抗弯初性最大,约是前两者的1.4倍,粉煤 灰-矿粉地聚合物砂浆的抗弯軔性最低.

地聚合物是用碱激发硅铝质原料、在常温下通 过化学反应得到的一类新型无机胶凝材料.与硅酸 盐水泥混凝土相比,它具有生产能耗低、快硬、早强, 乳胶粉改性地聚合物砂浆的弯曲行为,且长期强度高、低收缩、低渗透性、耐高温、隔热效果 好等优点;同时其耐酸腐蚀性能也十分优良.然而, 地聚合物是一种高脆性的无机胶凝材料.为提高其 韧性,通常在其中掺人短纤维[13],如钢纤维、化学纤 维和天然纤维等.但这些纤维在施工中存在因自重 而引起的分散不均等问题,从而严重影响了工程 质量.
可再分散聚合物乳胶粉(以下简称为乳胶粉)是 一种加水后能重新分散在水中、生成稳定的分散液 并保持原有乳液性能的聚合物.根据用途,可将其分 为重新分散后在常温下不可成膜和可以成膜两类. 前者主要用于水泥或水泥砂桨的改性,目的是改善 最终制品的弹性,减少其开裂倾向;后者则为再分散 干粉涂料等.与成品纤维相比,乳胶粉具有贮存稳定 性好,包装简单、体积小、质量轻而使其运输成本较 低,使用方便等优点>5].已有众多学者证实M,乳 胶粉可改善水泥砂浆的抗拉强度、弹性、柔性和封闭 性等.
本文尝试采用水可分散性乳胶粉来改善地聚合 物材料的韧性,并研究了乳胶粉掺量和基体组成的 变化对地聚合物砂浆弯曲行为的影响.
1原材料及试验方法
1.1原材料
需水量为i〇〇%u的n级粉煤灰(FA)和比表面 积为455 m2/kg的磨细矿粉(GGBS)均由上海宝田 新型建筑材料有限公司提供;偏髙岭土(MK)由中 国髙岭土公司提供,其45筛筛余量小于2% r河
北产煤矸石(CG),经粉磨一煅烧一筛分工序后使 用,煅烧制度为600X:下烧2 h,待其冷却后筛去大 颗粒.粉煤灰、偏高岭土、煤矸石和磨细矿粉的化学 成分如表1所示. 
表1原材料化学成分
Table 1 Chemical composition (by mass) of raw materials%
Materia!Si02AI2O3Feg 〇3CaOMgOSO3Ti02K2OIL
FA48. 7027.408. 465.880. 890. 501.030.945.27
MK52.0045,500, 440.17(X 071. 290.160.31
CG52.0034. 305.720. 700. 360. 840.160.0349.00
GGBS33.5014. 900. 8239.507.930. 840.540. 231.74
 
选用德国Wacker公司生产的RE5010 EVA乳 胶粉,乳胶粉改性地聚合物砂浆的弯曲行为,其最低成膜温度为4 "C,中等硬度;水玻璃模 数为3.1〜3.4;标准砂;自来水.
将计量好的水玻璃、NaOH、自来水混合并搅拌 均匀,配制成碱性激发剂溶液,再密封并静置至溶液 冷却至室温;称取粉煤灰、偏高岭土、标准砂、乳胶粉 等原材料放人由同济大学附属工厂生产的JJ-5型 水泥胶砂搅拌机中干拌20 s,然后缓慢加人碱性激 发剂溶液并搅拌均勻.待试样成型后,放在2(TC,相 对湿度为50%的养护室内养护14 d,拆模并测试其 性能•
1.2试验方法
试件尺寸为40 mmX40 mmX 160 mm.抗弯籾 性采用三点弯曲法,跨距100 mm.试验设备为CS; 4402020kN电子万能试验机,加载速度为0. 2 mm/ min,由计算机自动采集试验数据,得到试件的弯曲 荷载-挠度曲线.采用跳桌法测试砂浆的流动性.
2试验结果与讨论
2.1乳胶粉改性地聚合物砂浆配合比
影响材料黏结性能的重要因素是材料组成和结 构.为研究乳胶粉掺量及基体组成对地聚合物砂浆 抗弯韧性和黏结性能的影响,本文设计了 7组地聚 合物砂浆配合比(G1〜G7),其中的乳胶粉掺量(乳 胶粉质量占基体质量之和的百分数)分别为〇,3%, 6%,10%;碱性激发剂溶液的配比中,水玻璃质量、 固体NaOH质量与拌和水质量这三者之比为6 : 1 :3;胶凝材料质量与碱性激发剂质量之比为1. 7 > 1,详见表2.由表2可见,随着乳胶粉掺量的增加, G1〜G4这4组砂浆的流动度逐渐降低,这与乳胶 粉在搅拌过程中因不断乳化所需水量有关;它们的 初凝时间均超过了 6 h,终凝时间则随乳胶粉掺量 的增加有所减少,6%〜10%的乳胶粉掺量对其终凝 时间的影响并不大.
当乳胶粉掺量保持6%不变时,地聚合物砂浆 胶凝材料组成对凝结时间影响显著.G3组(粉煤灰 -偏高岭土地聚合物)砂浆的凝结时间最长,而G7 组(粉煤灰-矿粉地聚合物)砂浆的凝结时间最短. 2.2地聚合物砂浆抗弯强度
三点弯曲强度的计算公式为/f = P_!V(Wi2), 其中为最大弯曲荷载,L为跨距,分别为试 件横截面的宽度和髙度.图1为7组地聚合物砂浆 的抗弯强度.由图1可见,随乳胶粉掺量增加,各组 砂浆的抗弯强度逐渐增大.与不掺乳胶粉的G1组 砂浆相比,G2,G3,G4组砂浆的抗弯强度分别提高 了 1.8,1. 9和2. 9倍,可见,乳胶粉掺量的变化对地 聚合物砂浆抗弯强度的影响非常明显•以上结果的 产生主要是由于可再分散乳胶粉分布在搅拌均勻的 地聚合物砂浆中,它们会重新分散到新拌浆体内而 再次乳化[9],随着地聚合物分解一重构一缩聚过程 的进行、表面蒸发或基层的吸收造成其内部孔隙自 由水分不断消耗,并形成不溶于水的连续膜.可再分 散乳胶粉形成的膜层具有较强的抵抗变形能力,从 而使得地聚合物砂浆抗弯强度得以提高. 
表2乳胶粉改性地聚合物砂浆配合比
Table 2 Mix proportions of modified geopolymer mortar
Mix proportion /g
Setting time /(h*m)
Compressive
No.MKFACGGGBSPolymer
powderSandAlkaline
activatorInitialFinalriuiaity
/mmstrength at 28 d /MPa
G130030001 400353> 6;0023:3918023.52
G2300300181 400353>6:0022:0017624. 00
G3300300361 400353> 6:00<20,0017324.62
G4300300601 400353> 6:00<20:0016925. 92
G5600361 4003750,572:0716830.58
G6600361 4004132:564,4617547.70
G754060361 4003750:200:4916845.33
G6
(8.31)
 
o-°-°o 8-6-4-2-
adw / H^CSS—BJnxuE
G2
(4.31)
G3
(4.55)
G4 G5
(5.94) (5.94)
G7
(6.68)
到破坏或失效时吸收能量的能力,是表征材料抵抗 变形性能的重要指标•可以用能量法,即应力-应变 曲线或荷载-烧度曲线下的面积来表征[UM1].通过 计算试件弯曲荷载-挠度曲线下的面积,可以得到 G1〜G7组地聚合物砂浆的抗弯韧性,如图3所示.
G1
•(1.55)
03610666
vv(polymer powder) / %
图1乳胶粉掺量和基体组成对地聚合物砂浆抗弯强度 的影响
Fig. 1 Effects of polymer powder addition and matrix on flexural strength of geopolymer mortar
另外,由图1还可见,在保持6%乳胶粉掺量不 变的4组砂浆中,乳胶粉改性地聚合物砂浆的弯曲行为,G3组砂浆的抗弯强度最低,G6组 (煤矸石地聚合物)砂浆的抗弯强度最大,约是前者 的1.8倍.由此可见,在3%,6% ,10%这几种乳胶 粉掺量中,基体组成对地聚合物砂浆抗弯强度的影 响在6%掺量时达到最小,其原因有待进一步研究. 2.3地聚合物砂浆抗弯韧性
图2为G1〜G4组地聚合物砂浆的荷载-挠度 曲线.韧性一般定义为材料或结构在荷载作用下达
由图3可见,乳胶粉掺量为3%,6%和10%时, G2〜G4组砂浆的抗弯韧性分别增加了 0.6,1.5和 2.2倍,表明地聚合物砂浆抵抗变形的能力随乳胶 粉掺量的增加而快速增加;在乳胶粉掺量保持6% 不变的4组砂浆中,G5组(粉煤灰地聚合物)砂浆与 G3组砂浆的抗弯韧性几乎相同,G6组砂浆的抗弯
 
4 3 2 1
°-°-°-a
{ul-z) / SSSM^O-Iunsl11-
G3
(0.25)
G4
(0.32)
G6
(0.34)
G1
1(0.10)
G2
(0.16)
额性最大,约是前两者的1. 4倍,G7组砂浆的抗弯 靭性最低.因此,在本文所选的地聚合物砂浆原材料 中,经过处理的煤矸石最适合作为地聚合物砂浆的 原材料•
03610666
H^polymer powder) / %
图3乳胶粉掺量和基体组成对地聚合物砂浆抗弯韧性 的影响
Fig. 3 Effects of polymer powder addition and matrix on flexural toughness of geopolymer mortar
3结论
1.乳胶粉掺量的变化对地聚合物砂浆抗弯强度 的影响非常明显.3%,6%和10%乳胶粉掺量使粉 煤灰-偏高岭土地聚合物砂浆的抗弯强度分别提高 了1.8,1.9和2.9倍.
2.基体组成的变化对地聚合物砂浆的抗弯强度 影响显著.粉煤灰-偏高岭土地聚合物砂浆的抗弯 强度最低,煤矸石地聚合物砂浆的抗弯强度最大,约 是前者的1. 8倍;乳胶粉改性地聚合物砂浆的弯曲行为,当乳胶粉掺量为6%时,基体组成 对地聚合物砂浆抗弯强度的影响最小.
3.粉煤灰-偏高岭土地聚合物砂浆抵抗变形的 能力随乳胶粉掺量的增加而增加.乳胶粉掺量为 3%,6%和10%时,粉煤灰-偏高岭土地聚合物的抗 弯韧性分别增加了 〇. 6,1. 5和2. 2倍.
4.基体组成的变化对乳胶粉改性地聚合物砂浆 抗弯韧性的影响明显.在乳胶粉掺量保持6%不变 时,粉煤灰地聚合物砂浆与粉煤灰-偏高岭土地聚 合物砂浆的抗弯韧性几乎相同,煤矸石地聚合物砂 楽的抗弯韧性最大,约是前两者的1.4倍;粉煤灰- 磨细矿粉地聚合物砂浆的抗弯韧性最低.
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