矿渣-偏高岭土地聚合物早期凝结硬化性能研究
中冶建工有限公司 杨涛 于海荣
摘要：研究了水玻璃模数、激固比（碱性激发剂与胶凝材料固体组分的质量比）、含Ca2+的外加剂和普通硅酸盐水泥对矿渣-偏高岭土地聚合物凝结时间及早期强度的影响。研究结果表明：水玻璃模数M为1.4，激固比为0.6时所制备的地聚合物试件早期力学强度最佳，1d抗折强度和抗压强度分别达4.98 MPa和35.5 MPa，Ca2+的引入可极大缩短体系的凝结时间，其中CaCl2掺量为3%时可将凝结时间由未掺时的265min缩短为25min；在体系中内掺10%的普通硅酸盐水泥，激固比为0.75时，试件8小时抗压强度可提高186%，体系的凝结时间可由234min缩短为58min。
关键词：偏高岭土 地聚合物 早期强度 凝结时间
引言
地聚合物是一种利用矿渣、偏高岭土、粉煤灰等硅铝质原材料经过碱激发而形成的胶凝
材料，又称土聚水泥，在碱液的作用下，原料中的Si－O、Al－O键发生断裂，形成[SiO4]4-，[AlO4]5- 四面体，然后再通过缩聚形成一种O－Si－O－Al－O的网络状结构的无机聚合物。它具有凝结硬化快、早期强度高、耐高温、耐酸碱腐蚀等优点[1-2]，在交通抢修材料、高强材料、固核固废材料[3]、防火材料等领域显示出巨大的应用前景，它能有效利用工业废渣，且在生产过程中污染和能耗低，符合绿色建材及固体废弃物建材资源化的理念，因此对地聚合物的研究已经成为材料领域的研究热点之一。目前，相关文献对地聚合物早期力学性能特别是1d或更早龄期的力学性能和凝结时间报道较少，本文针对矿渣－偏高岭土地聚合物早期力学性能和凝结时间进行研究，探寻其在交通抢修材料方面实际应用的可能性。
1.原材料与试验方法
1.1原材料
偏高岭土：河南开封奇明耐火材料有限公司生产，化学成分见表1。矿渣：重庆腾安建材有限公司生产，化学成分见表1。碱性激发剂：市售水玻璃，模数（M）2.47，含水率50.4％，SiO2和Na2O含量分别为29.91％、12.52％，市售氢氧化钠，分析纯。Ca(NO3)2：成都市科龙化工试剂厂生产，含量≥99.0%。CaCl2：重庆川东化工有限公司化学试剂厂生产，含量≥96.0%。普通硅酸盐水泥：重庆拉法基水泥厂生产的42.5R普通硅酸盐水泥，化学成分见表1。
表1 原材料的化学成分
Tab.1 The chemical composition of raw materials w/%
成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
偏高岭土 52.78 41.96 2.50 0.30 0.10
矿渣 25.47 25.94 1.77 27.67 6.77
水泥 21.3 5.79 2.53 60.15 2.35
1.2 试验方法
由于国家尚未出台地聚合物混凝土相关试验方法，故本文中抗压强度、抗折强度试验均参照GB/T1346-2001《水泥胶砂强度检验方法》进行，凝结时间测定参照JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》进行，所有试件未特别注明的均为自然养护。
2.试验结果与讨论
2.1水玻璃模数和激固比对力学性能的影响
在地质聚合反应中，碱的存在是必不可少的条件，它们是地质聚合反应的催化剂，碱的种类和含量的不同对地质聚合反应的影响也是不同的。本文采用的是目前较常用的硅酸钠水玻璃作为碱性激发剂，用NaOH调节水玻璃的模数，为研究水玻璃的模数和用量对地质聚合反应的影响，试验选择了模数分别为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8的水玻璃，激固比分别为0.4、0.5、0.6、0.75，胶凝材料选择偏高岭土和矿渣（偏高岭土和矿渣质量比为3：1），采用中砂，水灰比为0.38，胶砂比为1：1，试验结果如表2。
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