矿渣-偏高岭土地聚合物早期凝结硬化性能研究(四)

（2）掺入水泥后，除G10组外，其它组试件的8h力学强度虽有很大提高，但3d力学强度总体来看比未掺水泥时要低，这是因为随着水泥的掺入，反应产物中地聚合物含量降低，而水泥的水化产物增多，水泥水化产物的力学强度要比三维网络状的地聚合物的力学强度要低。
（3）统筹各激固比和水泥掺量来看，选择G10即水泥掺量10%、激固比0.75时早期强度及强度的增长相对最好，可以看出，较未掺水泥，8h抗折强度可提高33%，由2.74MPa增长至3.65MPa，抗压强度可提高186%,由原来的10.5MPa增长至29.5MPa。且1d、3d强度仍保持增长。G10组各龄期抗折强度甚至优于未掺水泥时，这可能是由于此配合比下，碱含量和水泥掺量处于一个最佳值，能最大程度地促进地质聚合的反应进程，反应产物中地聚合物的强度得到了充分的发展，消除了水泥水化产物强度低带来的不良的影响。
 由于路面抢修材料对交通开放时间有较高要求，故本试验对激固比为0.75，水泥掺量分别为0%、10%、15%、20%时的砂浆凝结时间分别做了研究，研究结果如表5所示。
 表5.水泥掺量的变化对地聚合物凝结时间的影响
Tab.5 the influence of different dosage of cement to the setting time of geopolymer
水泥掺量 0% 10% 15% 20%
凝结时间/min 234 58 37 21
 
 试验结果表明在碱-矿渣-偏高岭土胶凝体系中内掺入普通硅酸盐水泥时，体系的凝结时间可大大缩短，且水泥掺量越大，凝结时间越短。考虑到强度等因素，水泥掺量以10%为宜，凝结时间可由未掺水泥的234min缩短为58min。
 美国公路战略研究计划（Strategic Highway Research Program）中混凝土研究项目的专题研究成果“水泥混凝土公路技术一实践与展望”中提出修补材料（圆柱试件和梁弯曲试件）的抗压强度在12.3～17.0 MPa时即达到通车标准。目前国内混凝土路面快速修补材料普遍以抗折强度作为开放交通控制强度,范围约在3.0～3.8 MPa之间[9]。本试验掺入10%水泥后8h抗折强度即可达到3.65MPa，可以满足路面快速修补的要求。
3.结论
 综合以上研究结果，利用偏高岭土、矿渣和碱作为主要的胶凝材料，掺入一定量的含Ca2+离子的外加剂或者普通硅酸盐水泥所制备的地聚合物材料可以满足用作交通抢修材料的凝结时间和强度要求，具体结论如下：
 1.在偏高岭土中内掺25%的矿渣，激发剂水玻璃的模数为1.4，激固比为0.6时所制备的地聚合物砂浆试件早期力学性能好，1d抗折强度和抗压强度分别为4.98MPa和35.5MPa，3d抗折强度和抗压强度分别为8.12MPa和65.0Mpa。
 2 .采用结论1的配合比，将CaCl2 和Ca(NO3)2掺入地聚合物中，对试件强度影响不大，但是能大大缩短地聚合物的凝结时间，掺量3%时，与未掺相比，凝结时间由265min分别缩短为和103min和25min。
 3. 矿渣掺量25%，内掺10%的普通硅酸盐水泥取代一部分偏高岭土，激固比采用0.75时，所制得的地聚合物砂浆试件8h抗折强度可达3.65MPa，抗压强度可达29.5MPa，且1d、3d强度继续增长，砂浆凝结时间亦由未掺水泥时的234min缩短为58min。
 参考文献
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 [2] Davidovits,J.Geopolymers: In organic polymeric new materials. Journal of thermal analysis [C].1997 ,37:1633-1656.
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 [5] 王峰,张耀君,宋强，徐德龙. NaOH碱激发矿渣地质聚合物的研究[J].非金属矿.2008,3:2.
 [6] 郑娟荣,周同和,刘丽娜.碱-偏高岭石-矿渣系胶凝材料的凝结硬化性能研究[J].硅酸盐通报.2007,12:12.
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[8] 钱觉时.建筑材料学[M].第1版.武汉:武汉理工大学出版社,2007,200.
 [9] 林娜.水泥混凝土路面薄层快速修补材料的研究[D].硕士学位范文.长沙:中南大学,2007.

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