《地質(zhì)聚合物混凝土》PPT課件

1、地質(zhì)聚合物混凝土目 錄基本概述Basic overview反應(yīng)機(jī)理應(yīng)用展望 ReactionApplicationExpectationCatalogue01地質(zhì)聚合物混凝土的相關(guān)概念、分類及特點(diǎn) 基本概述Basic overview地質(zhì)聚合物混凝土概述Summary地質(zhì)聚合物混凝土 以地質(zhì)聚合物為膠凝材料制備的一種具有優(yōu)異性能的新型混凝土類材料。此概念最早于1978年提出。 燒粘土（偏高嶺土）Si、Al、O為主要元素的硅鋁質(zhì)材料工藝處理較低溫度特殊的無(wú)機(jī)縮聚三維氧化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型無(wú)機(jī)聚合物材料地質(zhì)聚合物混凝土特點(diǎn)020301比高分子材料、陶瓷、水泥和金屬更好的性能原料來(lái)源廣泛、工藝簡(jiǎn)單、能

2、耗少、環(huán)境污染小。是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保材料應(yīng)用于汽車及航空工業(yè)、土木工程、交通工程等領(lǐng)域。地質(zhì)聚合物混凝土特點(diǎn)分類地質(zhì)聚合物混凝土根據(jù)地質(zhì)聚合反應(yīng)中所使用激發(fā)劑種類的不同酸激發(fā)地質(zhì)聚合物材料堿激發(fā)地質(zhì)聚合物材料鹽激發(fā)地質(zhì)聚合物材料工業(yè)水玻璃、氫氧化鈉、氫氧化鋰或它們之間的混合物磷酸等硫酸鹽、氟化物、硅酸鹽與鋁酸鹽等激發(fā)劑地質(zhì)聚合物在10001200之間不氧化、不分解，在高溫條件下很穩(wěn)定，可以保持60 %以上的原始強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)地質(zhì)聚合物混凝土12357耐腐蝕性、耐久性好早強(qiáng)快硬,力學(xué)性能好早期強(qiáng)度高，凝結(jié)時(shí)間快。隨著溫度升高,凝結(jié)時(shí)間有縮短的趨勢(shì)。在一定工藝條件下，強(qiáng)度可達(dá)300MPa 以上。

3、良好界面結(jié)合能力滲透率低耐凍融循環(huán)形成致密的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，抗?jié)B性能優(yōu)良；孔洞溶液中電解質(zhì)濃度較高4固定有毒金屬離子能力強(qiáng)對(duì)Hg、As、Fe、Mn、A r、Co、Pb的固定率大于或等于90 %；“牢籠型”的網(wǎng)絡(luò)骨架穩(wěn)定。耐高溫隔熱效果好68環(huán)境友好型綠色建筑材料良好耐久性缺點(diǎn)地質(zhì)聚合物混凝土由于地質(zhì)聚合物的脆性較大，地質(zhì)聚合物混凝土表現(xiàn)出脆性較大的缺點(diǎn)。針對(duì)其缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用摻入高性能纖維等手段通過(guò)多種方式來(lái)增加韌性，進(jìn)行改性研究。但由于大多是借鑒水泥、陶瓷的改性手段，沒(méi)有結(jié)合地質(zhì)聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，且增韌機(jī)理不夠明確，所以具有一定的局限性。有學(xué)者提出，引入有機(jī)聚合物與地質(zhì)聚合物中的活性物質(zhì)反

4、應(yīng)來(lái)增強(qiáng)和增韌，初步試驗(yàn)結(jié)果表明這種方法可行，值得進(jìn)一步研究。02反應(yīng)機(jī)理 Reaction反應(yīng)機(jī)理Reaction1234以法國(guó)科學(xué)家Joseph Davidovits為代表的研究者提出的利用氫氧化鈉/氫氧化鉀激發(fā)偏高嶺土制備地質(zhì)聚合物的機(jī)理模型曹德光等研究提出利用低模數(shù)硅酸鈉溶液激發(fā)偏高嶺土制備地質(zhì)聚合物的反應(yīng)機(jī)理馬鴻文等研究提出利用堿硅酸鹽混合溶液(氫氧化鈉和水玻璃)激發(fā)粉煤灰和煅燒高嶺石制備地質(zhì)聚合物的反應(yīng)機(jī)理李化建等研究提出利用改性硅酸鈉溶液作為成巖劑研制煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料的水化機(jī)理地質(zhì)聚合物混凝土 目前針對(duì)不同體系具有代表性的地質(zhì)聚合物反應(yīng)機(jī)理模型有以下幾個(gè)：反應(yīng)機(jī)理React

5、ion地質(zhì)聚合物混凝土反應(yīng)機(jī)理1 根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物中硅鋁比(Si/Al)之間的比例關(guān)系，可將地質(zhì)聚合物分為3 種類型：PS 型(-Si-O-Al-)、PSS型(-Si-O-Al-O-Si-)、PSDS 型（-Si-O-Al-O-Si-O-Si-）。基于此將地質(zhì)聚合物的分子式表為：Mn-(SiO2 )z-AlO2-n mH2O式中z為1、2 或3；M為堿金屬離子(Na+、K +等)，n為聚合度，m為結(jié)合水量。偏高嶺土等活性材料低聚鋁氧四面體低聚硅氧四面體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)高聚物高堿性溶液裂解高堿聚合反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應(yīng)機(jī)理2低聚合度硅氧四面體基團(tuán)起到一種“膠聯(lián)”的鍵合作用

6、，將偏高嶺土顆粒“粘聯(lián)”在一起。硅酸鈉溶液低聚合狀態(tài)的硅氧四面體基團(tuán)偏高嶺石中的活性鋁氧層 化合反應(yīng)“鍵合反應(yīng)”網(wǎng)絡(luò)狀的三維空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)物張?jiān)粕葢?yīng)用環(huán)境掃描電鏡原位定量追蹤K-PS 型和K-PSDS 型地質(zhì)聚合物水泥在相對(duì)濕度80 %條件下水化產(chǎn)物生成-發(fā)展-演化的全過(guò)程。結(jié)果表明：在水化早期,偏高嶺土顆粒松散地堆積在一起，存在許多大空隙;隨著齡期的延長(zhǎng),生成的大量海綿狀膠體積淀在顆粒表層，并向外擴(kuò)充;到了后期，顆粒被膠體厚厚包裹，空隙被填滿，基體變得非常致密。反應(yīng)機(jī)理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應(yīng)機(jī)理2段瑜芳等也對(duì)低模數(shù)硅酸鈉溶液激發(fā)偏高嶺土膠凝材料進(jìn)行了研究，并提出堿激發(fā)偏高嶺土膠凝

7、材料的水化同樣可以分為初始期、誘導(dǎo)期、加速期、減速期以及穩(wěn)定期。但是，各水化階段的反應(yīng)機(jī)理與傳統(tǒng)的水泥基材料完全不同。初始期主要是偏高嶺土對(duì)溶液組分的表面吸附；誘導(dǎo)期主要表現(xiàn)為活性硅鋁氧化物的溶解；加速期表現(xiàn)為四面體基團(tuán)的聚合；減速期水化速度降低的主要原因是擴(kuò)散阻力增大，同時(shí)偏高嶺土反應(yīng)面積減小，液相中的堿含量降低也是重要原因。反應(yīng)機(jī)理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應(yīng)機(jī)理2粉煤灰中的鋁硅酸鹽玻璃相在強(qiáng)堿的作用下首先發(fā)生溶解，其中部分Si-O、Al-O鍵發(fā)生斷裂;斷裂之后的Si、A l組分在堿金屬離子N a+、OH -等作用下形成Si、A l低聚體（-Si-O-Na、-Si-O-Ca-OH、

8、A l (OH )4-、A l (OH )52 -、A l-(OH)63 -），而后隨著溶液組成和各種離子濃度的變化，這些低聚體又形成凝膠狀的類沸石前驅(qū)體；最后前驅(qū)體脫水得到非晶相物質(zhì)。反應(yīng)機(jī)理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應(yīng)機(jī)理3反應(yīng)機(jī)理Reaction地質(zhì)聚合物混凝土反應(yīng)機(jī)理4李化建等研究提出利用改性硅酸鈉溶液作為成巖劑，研制煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料的水化機(jī)理：焊接原理(鋁硅酸鹽之間的縮聚)和包裹原理(硅凝膠、C-S-H凝膠以及鋁硅酸鹽之間的交織)的綜合。煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料的硬化成巖分為3個(gè)階段，即成巖劑的水解、遷移，原位鍵合以及包裹膠結(jié)。03應(yīng)用Application應(yīng)用工程上可用

9、地質(zhì)聚合物混凝土來(lái)代替部分硅酸鹽水泥混凝土，將礦渣、粉煤灰等廢棄物資源化，加以利用工程安全與防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)跑道、通訊設(shè)施、道路橋梁、軍事設(shè)施的快速建造與修復(fù)，工業(yè)與民用工程的搶修、搶險(xiǎn)和搶建，以及重要工程如核電站、耐火結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。地質(zhì)聚合物混凝土Application地質(zhì)聚合物混凝土具有良好的耐久性和力學(xué)性能，快凝早強(qiáng)，結(jié)構(gòu)致密，耐高溫等優(yōu)異性能是其工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。04展望 Expectation展望研究時(shí)間相對(duì)較短，尚缺少包括體積穩(wěn)定性在內(nèi)的長(zhǎng)期耐久性數(shù)據(jù)，且脆性較大。針對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用的需要，建議進(jìn)一步研究地質(zhì)聚合物的復(fù)合、增強(qiáng)、增韌等改性措施，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。雖然強(qiáng)度高、耐酸堿腐蝕，但

10、是其粘聚性較強(qiáng)，對(duì)于施工還存在一定的困難，因此如何制備出高強(qiáng)度自流動(dòng)性的地聚物混凝土成為今后研究的方向。132地質(zhì)聚合物混凝土Expectation 缺少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)產(chǎn)品的組成配比、技術(shù)指標(biāo)、施工方法及應(yīng)用范圍等沒(méi)有詳 細(xì)的說(shuō)明規(guī)定。建議進(jìn)一步對(duì)其組成配比、技術(shù)指標(biāo)、施工方法等研究，提供并制定規(guī)范和指導(dǎo)生產(chǎn)的準(zhǔn)確 技術(shù)參數(shù)，建立一套有別于傳統(tǒng)水泥應(yīng)用領(lǐng)域的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。3 NaOH 和Na2SiO3 等堿性激發(fā)劑資源有限、價(jià)格較貴，其生產(chǎn)與應(yīng)用給環(huán)境帶來(lái)的負(fù)面 影響，也影響了這種材料的推廣應(yīng)用。激發(fā)劑方面需要考慮替代品或采用復(fù)合激發(fā)的方式，降低成本,減少生產(chǎn)、應(yīng)用對(duì)環(huán)境的污染。4展望地質(zhì)聚

11、合物混凝土Expectation地質(zhì)聚合物混凝土參考文獻(xiàn)1Davidovits J. The ancient egyptian pyramids-concrete or rockJ. Concrint, 1987, 9(12):282Davidovits J. Geopolymers and geopolymeric new materialsJ. J Thermal Analysis, 1989, 35(2):4293Davidovits J .Geopolymers:Inorg anic polymer new materials J .J Thermal Analysis, 1991 ,

12、 37:16334孫道勝,王愛(ài)國(guó),胡普華. 地質(zhì)聚合物的研究與應(yīng)用發(fā)展前景J. 材料導(dǎo)報(bào),2009,(07):61-65.5范飛林. 地質(zhì)聚合物混凝土的制備及工程應(yīng)用前景A. 中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)工程安全與防護(hù)分會(huì).第一屆全國(guó)工程安全與防護(hù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集C.中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)工程安全與防護(hù)分會(huì):,2008:5.6韋旭朋,孫健婕,趙雙權(quán),張圓圓. 粉煤灰地質(zhì)聚合物的制備及研究現(xiàn)狀綜述J. 四川水泥,2017,(01):13.7李圣.有機(jī)樹(shù)脂強(qiáng)化增韌偏高嶺土礦渣基地質(zhì)聚合物的性能研究D.西安建筑科技大學(xué)碩士論文，材料學(xué)，2014：1-2.8鞏思宇.養(yǎng)護(hù)溫度和時(shí)間對(duì)堿基發(fā)偏高齡土基地質(zhì)聚合物反

13、應(yīng)過(guò)程及性能的影響D.廣西大學(xué)碩士論文，材料化工，2012：1-2.地質(zhì)聚合物混凝土參考文獻(xiàn)9朱國(guó)振.粉煤灰/偏高嶺土地質(zhì)聚合物材料的制備及其性能研究D.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院碩士論文，材料物理與化學(xué)，2014:34.10黃鳳會(huì). 廢棄物基地質(zhì)聚合物材料的制備及性能研究D.濟(jì)南大學(xué),2014.11龍伏梅. 粉煤灰地聚合物材料及性能研究D.南昌大學(xué),2006.12趙海軍.嚴(yán)云.胡志華等.粉煤灰生產(chǎn)地聚水泥的研究現(xiàn)狀及效益展望J.水泥工程，2007,3:23.13沙建芳，孫偉，張?jiān)粕?地聚合物一粉煤灰復(fù)合材料的制備及力學(xué)性能.粉煤灰科學(xué)研究M，200414范飛林,許金余,李為民,陳勇,李慶. 地質(zhì)聚合物混凝土的制備及工程應(yīng)用前景A. 中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)工程安全與防護(hù)分會(huì).第一屆全國(guó)工程安全與防護(hù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集C.中國(guó)巖石力學(xué)與