【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，分析純，純度≥% 氯化鈉（NaCl）氯化鈉：重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司 化學(xué)試劑廠，無(wú)色晶體，分析純，純度≥%。 硅酸鈉（Na2SiO39H2O）硅酸鈉：重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司 化學(xué)試劑廠，白色結(jié)晶狀粉末，分析純，含水率58%。 水(H2O)本次實(shí)驗(yàn)使用的全部都是普通自來(lái)水。 試驗(yàn)方法 我國(guó)對(duì)于地聚合物的研究起步較晚，目前的國(guó)內(nèi)發(fā)表的基礎(chǔ)性研究論文和綜述，大多是針對(duì)地聚合物材料在水泥方面應(yīng)用的專門(mén)論述，關(guān)于地聚合物材料全面的、系統(tǒng)的進(jìn)行綜述的文章并不多，所以我國(guó)現(xiàn)在對(duì)于地聚合物的研究還處于理論研究和應(yīng)用探索階段。 針入度測(cè)量凝結(jié)時(shí)間本次實(shí)驗(yàn)采用重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院建材工藝實(shí)驗(yàn)室的凈漿攪拌機(jī)對(duì)地聚合物原材料進(jìn)行攪拌。，主要是因?yàn)槠邘X土基地聚合物粘度很高，如若使用維卡儀測(cè)量終凝時(shí)間，試驗(yàn)中拔出終凝用試針時(shí)會(huì)帶出高粘度的拌合物。試驗(yàn)方法參照GB/T13462011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)。 試件成型拌和結(jié)束后，立即將拌制好的偏高嶺土凈漿裝入已置于玻璃底板上的截錐圓模中，用小刀插搗，輕輕振動(dòng)數(shù)次，刮去多余的凈漿，抹平后將試模和底板移到維卡儀上，并將其中心定在試桿下，降低試桿直至與凈漿表面接觸，擰緊螺絲后，突然放松，使試桿垂直自由地沉入凈漿中，在試桿停止沉入或釋放試桿30S后讀數(shù)。拌合物倒入40mm40mm40mm模具中，并將裝有拌合物的模具放于振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)15～20s，抹平后，用保鮮膜將拌合物包裹，置于自然條件下養(yǎng)護(hù)一天后拆模，再進(jìn)行進(jìn)自然養(yǎng)護(hù)，達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后取出試件進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。 力學(xué)性能測(cè)試方法本次試驗(yàn)的地聚合物混凝土抗壓強(qiáng)度參照GB/T500812002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。 紅外光譜分析（FTIR）紅外光譜可以研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測(cè)定和分子對(duì)稱性等，利用紅外光譜方法可測(cè)定分子的鍵長(zhǎng)和鍵角，并由此推測(cè)分子的立體構(gòu)型。通過(guò)紅外分析，進(jìn)一步解釋水玻璃對(duì)地聚合物的凝結(jié)時(shí)間和力學(xué)性能以及產(chǎn)物的影響。儀器波長(zhǎng)為2500～10000nm或是波數(shù)為400～1000cm1。3 水玻璃對(duì)地聚合物凝結(jié)時(shí)間的影響參考國(guó)內(nèi)外研究資料，了解到水玻璃的關(guān)鍵參數(shù)為模數(shù)、摻量、固含量、波美度以及溫度、pH值。本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘綄にＡ?shù)、摻量以及改性水玻璃對(duì)地聚合物凝結(jié)時(shí)間和反應(yīng)產(chǎn)物力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)查閱文獻(xiàn)資料，～，故本次實(shí)驗(yàn)在此范圍進(jìn)行探索。 NaOH調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)對(duì)地聚合物針入度影響地聚合物是一種新型的膠凝材料，目前沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本次試驗(yàn)參照GB/T13462011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)。確定在本次實(shí)驗(yàn)中的w/c=，環(huán)境溫度T=20℃。具體配合比見(jiàn)表 31。表31 水玻璃模數(shù)對(duì)地聚合物凝結(jié)時(shí)間影響的配合比表31MMK（g）WG（g）NaOH（g）W（g）溶液固含量（%）500125500125500125500125500125500125500125500125500125（注：M——水玻璃模數(shù)；MK——偏高嶺土；WG——水玻璃；W——水；）（注：WG固含量= 100%）根據(jù)表31所示的配合比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到不同模數(shù)水玻璃激發(fā)偏高嶺土的針入度值，： 水玻璃模數(shù)和地聚合物針入度關(guān)系圖：隨著水玻璃模數(shù)增大，地聚合物拌和物凝結(jié)時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，拌和物開(kāi)始一直保持很好的流動(dòng)性和粘度，但從拌合物發(fā)生初凝開(kāi)始針入度值在短時(shí)間內(nèi)急劇減小，可見(jiàn)拌合物初凝和終凝間隔很短；，凝結(jié)硬化時(shí)間較長(zhǎng)。用模數(shù)M=、其凝結(jié)硬化化快；當(dāng)M==，拌和物出現(xiàn)速凝現(xiàn)象，故未繪制此情況的凝結(jié)時(shí)間趨勢(shì)圖。當(dāng)M=，環(huán)境溫度T=20℃，在10min時(shí)拌和物已經(jīng)完全凝結(jié)硬化；堿激發(fā)偏高嶺土凝結(jié)硬化是偏高嶺土的吸水，在經(jīng)過(guò)攪拌后又放出水分的過(guò)程，表現(xiàn)在吸水和放水速度，即水玻璃和偏高嶺土混合很快就可以達(dá)到預(yù)想的流動(dòng)度，一般在4min開(kāi)始喪失流動(dòng)度，10min就完全硬化。環(huán)境溫度t=24℃ ，M=，偏高嶺土并未完全攪拌均勻，相同溫度下的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果相同。在查閱文獻(xiàn)中就有說(shuō)明，地聚合物的凝結(jié)時(shí)間受溫度影響很大，溫度升高，凝結(jié)時(shí)間縮短。水玻璃M=，地聚合物凝結(jié)硬化時(shí)間很不穩(wěn)定，第一次實(shí)驗(yàn)：t=27℃實(shí)驗(yàn)結(jié)果均在80min之間，重復(fù)性實(shí)驗(yàn)1：t=24℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均在10min發(fā)生凝結(jié)硬化，重復(fù)性3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與第二組的相同。但實(shí)驗(yàn)1和重復(fù)性試驗(yàn)使用的并非是同一袋偏高嶺土，現(xiàn)在猜想其原因肯能是所使用的偏高嶺土受潮所致。M=～，凝結(jié)時(shí)間為180min～250min，將偏高嶺土緩慢加入調(diào)整好模數(shù)的水玻璃到中相互拌合，凈漿攪拌機(jī)調(diào)節(jié)為自動(dòng)，在慢速攪拌120s結(jié)束，由于偏高嶺土在水玻璃激發(fā)下粘度很高，所以幾乎所有的拌合物就黏在攪拌葉片上，將拌合物從葉片上刮下，可以發(fā)現(xiàn)拌合物已經(jīng)具有很好的流動(dòng)性。從凝結(jié)時(shí)間上來(lái)看， M=～。M=，在測(cè)量時(shí)間到520min還沒(méi)有凝結(jié)，但據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察，M=，4h的時(shí)候針插入截錐圓模中間漿體中測(cè)量針入度，截錐圓模中間出現(xiàn)凹痕，初步分析是由于截錐圓模周?chē)牡鼐酆衔锵乳_(kāi)始發(fā)生硬化，而中間的還處于漿體狀態(tài)，針插入時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力不均而產(chǎn)生的。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，水玻璃模數(shù)M=、地聚合物凝結(jié)時(shí)間表現(xiàn)的很不穩(wěn)定。但由于其凝結(jié)時(shí)間不穩(wěn)定相似，故這里就只將水玻璃M=，： 水玻璃M=，地聚合物針入度圖：，偏高嶺土的量是500g，地聚合物針入度圖像。曲線1～4所使用的原材料是同一桶水玻璃和同一批但不是同一袋偏高嶺土。同一天所做的圖線2和3實(shí)驗(yàn)，使用相同的原材料。圖1和圖3以及圖4分別為3袋偏高嶺土，實(shí)驗(yàn)中圖3所使用的偏高嶺土從開(kāi)袋使用到我做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間相隔一年，可能已經(jīng)嚴(yán)重受潮,加水玻璃到偏高嶺土中，沒(méi)有明顯的吸水現(xiàn)象，攪拌均勻的拌合物流動(dòng)性良好，粘度很高，但針入度時(shí)間圖線2為 40min，圖線3是110min，中間相差70min，有可能是在實(shí)驗(yàn)中使用的水玻璃的溫度差異差生的，下面內(nèi)容中會(huì)繼續(xù)探討。圖線1和圖線4雖然不是同一袋偏高嶺土，但是在攪拌的時(shí)候現(xiàn)象相同，都具有很明顯的先吸水后放水的現(xiàn)象，只是圖線1的表現(xiàn)的更為明顯，實(shí)驗(yàn)中使用的是凈漿攪拌機(jī)設(shè)置為自動(dòng)，可是在攪拌圖線1中的原材料時(shí)，偏高嶺土吸水并將水分包裹，所以在攪拌30s鐘之后，逐漸變成松散的顆粒狀，攪拌機(jī)自動(dòng)攪拌255s結(jié)束，偏高嶺土沒(méi)有放水跡象，還是呈松散顆粒狀，然后手動(dòng)快速攪拌150s之后，偏高嶺土才出現(xiàn)少許放水，再繼續(xù)攪拌100s拌合物才具有良好的流動(dòng)性。圖線4拌合物雖然和圖線1的拌合物出現(xiàn)相似的想象，但是圖線4的凝結(jié)硬化時(shí)間相比圖線1的凝結(jié)硬化延遲了125min，圖四中所使用的偏高嶺土是新開(kāi)袋的，所以不可能是偏高領(lǐng)土受潮所致，相隔一周，再次使用這袋偏高嶺土取其中間部分做實(shí)驗(yàn)，再次測(cè)量的凝結(jié)時(shí)間為140min，猜想為偏高嶺土效果顯著，而放水過(guò)程進(jìn)行的比較緩慢，所以水玻璃模數(shù)M≤，才會(huì)對(duì)其影響比較顯著，所以整個(gè)地聚合化過(guò)程進(jìn)行的也比較緩慢。總結(jié)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)于試驗(yàn)中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象初步判斷是由以下因素影響的：用于實(shí)驗(yàn)中水玻璃不穩(wěn)定性；實(shí)驗(yàn)原材料偏高嶺土受潮。，其內(nèi)部組成組織結(jié)構(gòu)的變化。 水玻璃分子濃度隨 mSiO2/mNa2O升高的變化圖[21] NaOH對(duì)水玻璃作用機(jī)理圖[22]不同模數(shù)的硅酸鈉溶液中加入NaOH和水而得到模數(shù)和SiO2濃度相同的溶液，它們與鉬酸鹽的反應(yīng)的曲線幾乎相同的，這表明這些溶液中的硅酸根離子的聚合度幾乎相同，這也是使用NaOH調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)的依據(jù)[21]。，將導(dǎo)致Na+和OH的增加，并在OH極化作用下形成各種小分子的硅酸鹽。OH作用使得偏高嶺土中SiOSi鍵的斷裂，可促進(jìn)與水玻璃中各種小分子硅酸鹽的縮聚[22]，形成地聚合物。，在模數(shù)降低時(shí)，單體硅酸鹽增加，大環(huán)狀的硅酸鹽減少，鏈狀和三聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)變化不大；低分子量的硅酸鹽，單體硅酸鹽等影響水玻璃的穩(wěn)定性，并有促進(jìn)拌和物凝結(jié)時(shí)間的縮短的趨勢(shì)。水玻璃是單硅酸與各種聚硅酸的分散體系，水玻璃過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的放置出現(xiàn)水玻璃的老化，這是因?yàn)樗Ａ喂?、二硅、三硅等聚硅物種的混合物，在放置過(guò)程中，硅酸要發(fā)生聚合，其聚合方式有:①單硅一單硅。②單硅一低聚硅。③低聚硅一低聚硅等；因此水玻璃老化后，單硅及低聚硅的含量降低，其粘度強(qiáng)度降低，應(yīng)用效果變差[20]。因此，當(dāng)水玻璃模數(shù)低時(shí)，單硅含量升高，水玻璃活性增加，對(duì)偏高嶺土的激發(fā)性能性也隨之升高。 固體硅酸鈉對(duì)地聚合物針入度的影響使用固體硅酸鈉激發(fā)偏高嶺土基地聚合物，測(cè)量其凝結(jié)硬化時(shí)間是為了和前面的經(jīng)過(guò)熬制的水玻璃進(jìn)行對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。由于偏高嶺土的凝結(jié)時(shí)間很不穩(wěn)定，故作此實(shí)驗(yàn)探尋水玻璃在激發(fā)偏高嶺土基地聚合物實(shí)驗(yàn)中的穩(wěn)定性。首先，等量計(jì)算。，由于市場(chǎng)上所賣(mài)的硅酸鈉都是Na2SiO39H2O，偏高嶺土量不變500g,需水量為140g，,那么換算成Na2SiO3，,顯然外加39 9H2O，故通過(guò)調(diào)節(jié)外加水，9H2O能夠完全溶解。其次，溶解固體Na2SiO39H2O。由于Na2SiO39H2O的溶解是吸熱反應(yīng)，通過(guò)持續(xù)水浴加熱提供其溶解過(guò)程中所需的熱量，最后外加63g的水，并將其放入t=60℃的水中加熱4h固體Na2SiO39H2O才完全溶解形成膠狀物質(zhì)。再次，拌合，測(cè)量針入度值。稱量偏高嶺土500g，加入到第二部制作的溶液中（由于溶液的溫度降低到40℃以下，就會(huì)有晶體析出，故在實(shí)驗(yàn)中保持在45℃）進(jìn)行混合攪拌，攪拌機(jī)設(shè)置為自動(dòng)，將攪拌好的地聚合物裝入截錐圓模中，測(cè)量其針入度值。最后，制作基準(zhǔn)。稱量偏高嶺土500 g，水玻璃125g和NaOH g，， ，倒入水玻璃之中，此次實(shí)驗(yàn)要與上面實(shí)驗(yàn)組的保持相同溫度，故調(diào)整好模數(shù)的水玻璃將溫到45℃即可，倒入偏高嶺土中進(jìn)行攪拌，攪拌機(jī)同樣設(shè)置為自動(dòng)。 硅酸鈉溶液和水玻璃地聚合物針入度對(duì)比圖針入度變化如圖所示，從圖中可以看出，水玻璃激發(fā)的偏高嶺土基地聚合物的凝結(jié)硬化所需的時(shí)間比硅酸鈉溶液激發(fā)的凝結(jié)時(shí)間延遲50min。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：硅酸鈉溶液激發(fā)的偏高嶺土攪拌過(guò)程中，偏高嶺土首先是吸水并將其包裹，攪拌120s左右，依舊為松散的顆粒狀，255s攪拌結(jié)束，此時(shí)拌合物有一定的流動(dòng)性，但是沒(méi)有粘度。而由水玻璃激發(fā)偏高嶺土，拌合物具有一定的流動(dòng)性和粘度。 ，由于偏高嶺土是同一批，如若排除偏高嶺土對(duì)凝結(jié)時(shí)間不穩(wěn)定的影響，另一個(gè)影響因素為水玻璃。通過(guò)研究固體硅酸鈉發(fā)現(xiàn)，相同水膠比、相同的溫度下，理論上使用硅酸鈉溶液激發(fā)的偏高嶺土基地聚合物與水玻璃激發(fā)的地聚合物的凝結(jié)時(shí)間應(yīng)該相差無(wú)幾，但是試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)他們的凝結(jié)硬化時(shí)間相差很大，故關(guān)于低模數(shù)的水玻璃（M≤）對(duì)偏高嶺土基地聚合物凝結(jié)時(shí)間的影響因素還有待于進(jìn)一步研究。