地质聚合物混凝土特性及应用

地质聚合物混凝土特性及应用

张贺

山东宝山科技有限公司 山东淄博255100

摘要：随着城市化进程的发展，对于水泥的需求量不断的增加。但是，由于石灰石的储量有限，水泥的生产技术进步的不足，目前供需矛盾增加。同时，在可持续发展的背景下，水泥的生产和制作也提出了更高的要求。地质聚合物混凝土作为一种替代水泥的建筑材料，具有固化的时间短、抗压能力强，耐火性高的特点。基于此，本文根据地质聚合物混凝土的发展，阐述了固化兴趣、粘结强度等内容，对地质聚合物混凝土展开了研究和讨论，丰富了相关理论。

关键词：混凝土；地质聚合物；耐火性

近年来，地质聚合物由于凝固期短、抗压强度高、渗透性低、阻燃性强，已成为普通抛光水泥的优良替代品，并用于建筑材料、阻燃涂料、纤维复合材料，以及处理各类化学和工业生产产生的废物。地质聚合物的处理原理是基于碱性溶液中份子反应以此来激活和聚合铝硅酸盐，因此，聚合物混凝土的生产效率在很大程度上取决于硅酸铝的基型和资源。与普通硅酸盐水泥（OPC）或石灰水泥不同，地质聚合物采用高碱性冷凝法获得抗压强度。

1.地质聚合物的硬化性能

首先，地质聚合物的抗压强度非常好，弹性等力学的性能相比活化剂强度、固化时间等等都会对其强度产生一定的影响。目前的研究表明了地质聚合物的抗压强度在30-80帕之间，粘结强度为100--250mm。

其次，如果是在900度左右的高温背景下，液体的固化时间在0.18h左右。此时的地质聚合物混凝的强度就会有所降低，保温的温度在24小时左右。针对地质聚合物的混凝土而言，抗压的强度是能够根据寿命的使用情况来进行判定的。综合各类的强度目标，一般都是在80mpa以内。

再次，粉煤聚合物的断裂强度高于OPS水泥，因为聚合物填料和泥形成紧密界面，弹性模量随地质聚合物抗压强度的提高而增大。

2.地质聚合物界面过渡带

一般来说，在地质聚合物混凝土中，填料与基质之间的过渡带最小，在荷载作用下通常会出现微裂缝，因此有必要对过渡区进行检查。地质聚合物的显微结构与固化污泥不同.普通混凝土边界过渡区的高孔隙度有利于氯化物、氧、硫酸盐等物质渗入其结构。同时，在活性溶液中加入0.5m可溶性硅酸盐，可加速硅溶入高岭土或钠长石的过程，刺激富含铝硅酸盐的表面形成。粉煤灰是一种高山土壤溶液，氢氧化钠溶液被激活，在整个硅铝的表面就会形成硅铝与聚合物的实际界面比值，如果在没有进入可溶性的硅酸盐的情况下就会形成沉积的界面，高浓度的碱性金属就会形成二氧化硅与地质聚合物混凝土形成的固态状态，以此其效果就显得不佳，无法有效的提高整个性能。

3.地质聚合物与钢筋的粘结力

钢筋混凝土结构的承载能力取决于混凝土与钢筋的连接，强制作用机理影响钢筋深度，进而影响结构构件承载力、孔径和裂缝距离。因此，在结构设计中，混凝土与钢筋界面的比应力很重要。钢筋与混凝土的粘结强度取决于混凝土的强度、厚度、形状。由于骨料与地聚体混凝土之间的抗拉强度高，且边界跨越密度大，因此聚合物混凝土在地面的粘结强度高于普通混凝土的OPS。此外，由于聚合物填料与水泥浆之间的抗拉强度和界面过渡密度较高，聚合物的粘结强度高于OPS混凝土。

4.地质聚合物耐火性

普通的OPS混凝土通常具有良好的耐火性能，但在800--1000℃时，由于内部结晶水合物脱水，填料类型和渗透率、残余强度一般大于20%-30%。地质聚合物在高温的状态下还能够保持良好的阻燃性能，其原理在于结构当中的高分散纳米，能够运用物理及化学的方法将水汽的蒸发结合，但是不会破坏内部的硅酸盐铝。与此同时，在于偏高岭土以及钠激发剂相比，偏高岭土以及钾激发剂的制备下的地质聚合物混凝土具有更强的耐高温性能。因为随着硅铝比（＞1.5）的增加，集料的抗折减量减小，当集料粒径大于10mm时，集料具有良好的耐环境温度和耐高温性能（800℃）。在850℃的抗压强度为40--100兆帕的情况下，不会剥离基于粉尘的地质聚合物表面。但在相同的抗压强度和温度下，由于粉煤浆、地质聚合物的孔隙度增大，其阻燃裂缝性能高于混凝土的OPC。

5.地质聚合物混凝土耐久性

5.1地质聚合物混凝土碳化

二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙和水硅酸钙凝胶发生反应，形成碳酸钙等物质，使混凝土坚硬易碎，降低了混凝土的pH值。如果炭化深度过大，钢筋表面的钝化膜会在混凝土内部分解，钢筋会上升。地质聚合物制成的碳化混凝土的机理与传统混凝土不同.

在含钙地质聚合物中，由于地质聚合物混凝土是由于碱性水泥中的凝胶反应而来的，在大多数的碱性矿渣水泥中需要采用聚合产物的方法来进行生产。而对于低钙的地址聚合物混凝土而言，需要将页岩与碳酸盐离子进行有机的结合，并能够进行缓慢的步入。在整个过程中，碳化物的变化是空隙溶液转化为高浓度的碳酸氢钠，对于微观而言，变化并不大。

碱性活性渣的抗碳化能力取决于活化剂的类型，如果使用NaSO3作为碱性活化剂，碳化后样品的强度会明显降低。如果使用NaOH作为碱性活化剂，由于活性渣后S-SH水合产物结构不同，目前的加速碳化物试验不能正确评价地质聚合物的碳化物强度，因此有必要发展一种准确、快速的地质聚合物碳性能评价方法。

5.2地质聚合物混凝土抗冻性

混凝土结构位于变正、变负温度环境中，混凝土内部含水量高，易受霜冻影响。由于我国的地理经纬度跨度比较大，各个地区的温差较大。因此，在混凝土的施工过程中，主要是防范整个冷冻性，特别是在北方、东北地区，为了能够保证混凝土的安全稳定需要，需要进行耐寒性的测试，以此来能够为混凝土的未来使用打下基础。目前，国内外对地聚体混凝土的抗冻性能进行了研究，取得了一些成果。经过研究表面，地质聚合物混凝土与普通的水泥相比而言，由于聚合物的多孔结构不同，其溶液能够在沉积物当中混满有序的进行凝结。这时，由于地质聚合物的孔较多，而普通的硅酸盐水泥的空隙率较大，在循环多次以后，对于粉煤渣的影响较大。因此，在学者总结以后，能够看到弹性的模量是低于12%的，质量损失小于6%。这主要是由于C-S-H结构对称致密，钙硅比低，无钙硅酸铝和沸石含量低，使混凝土难以渗水。其质量损失小，表面完整，但循环后抗压强度略低于标准28天试样，具有良好的抗冻性。

5.3地质聚合物混凝土碱-集料反应

碱性骨料反应是水泥、添加剂等混凝土组分在潮湿环境中缓慢膨胀导致混凝土破坏破坏的反应。碱性骨料反应是影响硅酸盐水泥耐久性的主要问题之一，导致混凝土结构明显的膨胀和裂缝形成。地质聚合物混凝土作为硅酸盐水泥替代的耐用水泥材料，引起了众多科学家的关注，地聚合物混凝土的加料系统对碱骨料反应有重要影响。实际上，早期反应产生的粉煤灰磨细聚合物混凝土骨料在骨料附近形成致密的粘结结构，防止骨料发生碱性反应。地质聚合物混凝土的膨胀率仅为0.10%，远远低于标准。高硅酸盐、高硅酸盐骨料、足够的碱（钠或钾）和足够的水是碱性骨料反应的必要条件。然而，对于地聚合物混凝土而言，一方面，由于地聚合物混凝土中的钙含量低，催化碱性骨料反应和低性能，低钙硅比和富铝有效结合碱性物质，防止碱性骨料反应。另一方面，聚合前后地聚合物的含水量基本相同，仅对硅铝相的溶解、硅铝化合物的离子转移和水解起中间作用。因此，粉煤灰底聚合物混凝土的碱矿渣具有良好的耐碱性。

6.结束语

综上，地质聚合物混凝土在建筑材料未来的应用中具有巨大的潜力。因此，在具体的设计和研究中需要考虑固化的反应性的问题、结构的耐久性、稳定性以及引发的安全性问题。如何能够加强材料以及地质聚合物混凝土的防腐蚀问题，改善整体结构都是需要研究的重点内容之一。目前来看，地质聚合物混凝土的应用还存在一定的时间，需要进一步的改善，以此来实现资源能源的可持续性使用。

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