地聚物混凝土副本

地聚物混凝土

小组组员：简思敏、曹亮、闫佳、肖永波、海啸指导老师：蔡健、左志亮地聚物混凝土副本第1页地聚物定义地聚物国内外研究现实状况地聚物混凝土性能地聚物混凝土副本第2页地聚物定义地聚合物材料是近年来国际上研究非常活跃材料之一。它是以粘土（偏高岭土）、

工业废渣或矿渣，碱激发剂为原料,

采取适当工艺处理,

在较低温度条件下(

50

~

180

℃),

经过化学反应得到含有与陶瓷性能相同一个新材料。地聚物混凝土副本第3页地聚物制备硅铝酸盐材料如：偏高领土、粉煤灰、矿渣如：硅酸钠、硅酸钾碱性溶液地聚物地聚物混凝土副本第4页一、地聚物混凝土发展历程与现实状况使用普通硅酸盐水泥建造当代混凝土建筑寿命普通在50年左右，然而许多古代建筑：如古罗马斗兽场，埃及金字塔等却能千年屹立不倒。

地聚物混凝土副本第5页J.Davidovits经过大量调查和研究发觉古埃及金字塔所用石材是人工合成，而这种人工合成材料正是所谓地聚物。接着经过X光(XR)、X光衍射(XRD)、核磁共振(NMR)、电子衍射等伎俩证实了这一观点。地聚物(Geopolymer)最早于1978年由法国科学家J.Davidovits提出，在对耐久性优异古埃及金字塔等研究中发觉了网状硅铝化合物，而该化合物结构与地壳中沸石类结构非常类似，所以被称为地聚物。发展历程地聚物混凝土副本第6页国外研究澳大利亚J.Temuujin,A.van

Riessen研究了火山灰初步煅烧对地聚物性能影响，印度尼西亚Sotya

Astutingsih

和HenkiWibowo

Ashadi等组成科研团体，研究了利用制备地聚物胶凝材料课题，新西兰Jona混凝土废料thanTaiby、Kennth

、J.D.MacKenzie对硅铝地聚物与波特兰水泥复合材料结构和物理性能、以及其内含物质进行了研究。地聚物混凝土副本第7页国内研究最有代表性是张云升博士和孙伟教授研究团体以及香港科学与技术大学李宗津教授，早在就开始了对地聚物形成机理、结构特征、配比设计、工艺体系、物理性能、耐久性及其在土木工程中应用进行了研究，另外，杨巧、杨晓鸿研究了利用偏高岭土制备地聚物胶凝材料工艺和特征；孙家瑛首次讨论了地聚物与粉煤灰复合灌浆材料物理力学性能，并对其制备工艺进行了研究。

地聚物混凝土副本第8页

关于地聚物形成机理主要有以下几个认识，以下表所表示：地聚物混凝土副本第9页J.Davidovits观点

当前，最为认可就是J.Davidovits提出解聚和缩聚理论，认为地聚物材料凝结硬化过程就是原材料中硅氧键和铝氧键在碱性催化剂作用下断裂后再重组反应过程。

以偏高岭土为原材料，NaOH和KOH为激活剂制备(

N

a，K

)—PSS为例对其反应机理进行说明：首先，摩尔比为1:2偏高岭土和无定型二氧化硅在强亲核试剂NaOH和K

OH以及水作用下，发生S

i—O和AI—O共价键断裂反应。能够这么说，在水溶液中生成了硅酸和氢氧化铝混合溶胶，溶胶颗粒之间部分脱水缩合生成正铝硅酸。其次正铝硅酸在碱性或干燥环境下不稳定，会深入脱水聚合形成聚铝硅氧缩聚大分子链。

地聚物混凝土副本第10页J.Davidovits观点地聚物结构地聚物缩聚大分子通式为：

Mx[–(Si–O)w–Al–O–]n•zH2O

其中，M代表碱金属元素，x代表碱离子个数，–表示化学键，w表示硅铝比，n表示缩聚度，z表示化学结合水数目(0≤w≤4)。地聚物混凝土副本第11页地聚物优点地聚合物含有以下优点

(1)强度高,主要力学性能指标优于玻璃与水泥。

(2)含有较强耐腐蚀性与很好耐久性,大大优于传统水泥材料。

(3)含有很好快硬固化性。

(4)材料耐高温,隔热效果好。

(5)原料价格低廉,储量丰富,其主要组成元素硅、铝、氧在地壳中储量分别为27%,8%,47%。

(6)生产能耗低,其能耗只有陶瓷1/20,钢1/70,塑料1/150。

(7)增韧、增强外添加剂选择范围广。地聚物混凝土副本第12页地聚物混凝土

地聚物胶凝材料是一个高性能碱激活水泥,不一样于普通硅酸盐水泥。地聚物混凝土研究发觉,地聚合物含有许多硅酸盐系列水泥难以到达优异性能,在土木工程、固核固废、高强、密封及高温材料等方面均显示出很好开发应用前景。因为偏高岭土价格较高,近年来采取各种工业废渣,如粉煤灰、矿渣、炉渣、尾矿等铝硅酸盐材料部分或全部取代偏高岭土，制备碱激发复合胶凝材料再次成为国内外研究热点。地聚物混凝土副本第13页混凝土拌合物和易性

研究发觉,对硅酸盐水泥含有良好减水作用减水剂对碱激发胶凝材料效果往往很差。另外，随NaOH和水玻璃浓度增加,碱激发粉煤灰砂浆流动度下降。地聚物混凝土副本第14页碱激发胶凝材料-集料界面特征在硅酸盐系列水泥混凝土中,通常集料与水泥石间存在界面过渡区,对强度和耐久性影响较大,但碱激发胶凝材料与集料间不存在类似界面过渡区。原因：石灰石砂与胶凝材料间存在化学作用,石英砂和花岗岩砂中铝硅成份则在碱激发作用下,也参加聚合反应,从而在碱激发胶凝材料与集料之间不存在界面过渡区。地聚物混凝土副本第15页抗化学侵蚀性研究表明,即使矿渣含钙量较高,但与硅酸盐系列水泥相比,碱矿渣水泥仍含有良好抗化学侵蚀性能且其抗化学侵蚀性能似乎优于碱激发粉煤灰材料,其原因可能与碱激发材料孔结构相关,水玻璃激发粉煤灰试样平均孔径约6.28nm

,水玻璃激发矿渣试样大部分孔均为10nm以下凝胶孔,所以,水玻璃激发矿渣混凝土抗化学侵蚀性优于水玻璃激发粉煤灰混凝土。地聚物混凝土副本第16页对钢筋保护作用1）粉煤灰混凝土

研究发觉。抗压强度相当初,与普通硅酸盐水泥相比,碱激发粉煤灰混凝土对钢筋含有更加好保护作用,强度越高,钢筋防锈能力越强。NaOH和水玻璃激发粉煤灰混凝土与普通水泥混凝土类似,可快速在钢筋表面形成钝化保护层,因而对钢筋含有良好保护作用,但碱激发粉煤灰混凝土中含有2%Cl-时,其锈蚀速率将增大100倍。地聚物混凝土副本第17页对钢筋保护作用2）碱矿渣混凝土碱矿渣砂浆抗氯离子渗透能力优于硅酸盐水泥砂浆,水玻璃激发矿渣砂浆28d，氯离子渗透电通量仅约为硅酸盐水泥砂浆1/3

,Na2CO3和激发矿渣砂浆抗氯离子渗透能力更强。可见,碱激发胶凝材料混凝土含有良好抗氯离子渗透能力,尤其适合海工钢筋混凝土结构。地聚物混凝土副本第18页混凝土变形性能1）化学变形普通认为,碱激发偏高岭土和粉煤灰材料化学减缩变形较小,但相关研究极少。廖佳庆研究发觉,激发碱矿渣水泥化学减缩与硅酸盐水泥相当,水玻璃激发试样化学减缩略小于硅酸盐水泥。2）干缩变形

碱激发偏高岭土材料和碱激发粉煤灰材料干缩变形都小于硅酸盐水泥，而碱矿渣水泥干缩较大，其干缩与激发剂种类和用量相关,水玻璃和NaOH激发试样干缩分别达地聚物混凝土副本第19页混凝土变形能力硅酸盐水泥干缩6倍和3倍,且随激发剂用量增加而增大,而碳酸钠激发试样干缩比硅酸盐水泥略低或相当,加入减缩剂可有效减小水玻璃激发矿渣砂浆干缩,但相对湿度较低时,干缩仍远高于硅酸盐水泥砂浆。3）弹性模量与Poisson比碱激发粉煤灰材料配制成混凝土后,其弹性模量大大提升。不过与硅酸盐水泥混凝土相比,碱激发粉煤灰和矿渣混凝土弹性模量较小,但当前相关研究还不多,其原因有待深入研究。地聚物混凝土副本第20页混凝土变形性能碱激发粉煤灰混