氧化钙对含丙纶地聚物性能影响及微观研究.pdf
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1、第 52 卷第 8 期 辽 宁 化 工 Vol.52,No.8 2023 年 8 月 Liaoning Chemical Industry August,2023 收稿日期收稿日期:2022-12-22 作者简介作者简介:张鹏(2001-),男,硕士,四川省南充市人,在读硕士,研究方向:固体废弃物资源化利用。通信作者通信作者:尹春林(1981-),男,副高,硕士,研究方向:铬盐生产及工业废弃物资源化利用。张运菊(1981-),女,副研究员,博士,研究方向:材料设计方面量子计算及工业废弃物资源化利用。氧化钙对含丙纶地聚物性能影响及微观研究 张鹏1,2,尹春林2*,谢友才2,袁小超2,马露1,2,
2、张运菊1*(1.绵阳师范学院资源环境工程学院,四川 绵阳 621000;2.四川银河化学股份有限公司,四川 绵阳 622656)摘 要:探究了氧化钙对含丙纶-粉煤灰基地质聚合物性能的影响。实验结果表明氧化钙可以提升前期地聚物的抗折强度,同时会抑制前期的抗压强度,适量的氧化钙对后期的抗压强度有明显提升作用,7 d 抗压强度为 17.9 MPa,提升了 14.28%,SEM 显示生成了规则的稳定结构。焙烧后的粉煤灰可提升前期抗折强度为 5.9 MPa,提升了 51.28%。但会损失抗压强度,说明生成了更多加韧性的钙化物质,该物质过多,同时会降低样品的抗压强度。关 键 词:地聚物;氧化钙;粉煤灰;丙
3、纶;微观结构 中图分类号:TQ174.9 文献标识码:A 文章编号:1004-0935(2023)08-1136-03 地质聚合物是将富含硅、铝、氧等天然或工业废弃矿渣在碱激发剂作用下,发生溶解、扩散、缩聚、硬化四个过程后,形成三维网状分子结构的地质聚合物1-4。地质聚合物因其制备简单,不需像水泥一样高温焙烧,产生的二氧化碳为水泥的 30%,是替代部分水泥使用的理想材料,也被称为 21 世纪绿色胶凝材料5-6。粉煤灰、矿渣因含有大量的二氧化硅、氧化铝是制备地质聚合物的理想原料7-9。粉煤灰地质聚合物具有抗压强度高、抗折强度低、前期硬化强度低,后期强度大幅提升的特点10-11。已有相关论证粉煤灰
4、、矿渣提升水泥耐久性及性能的实验12-13。丙纶通常在混凝土中使用,以提升混凝土的韧性,Wei14、Aulia15、史贺16实验证明丙纶能显著提升劈裂抗拉强度。薛航17、徐德儒18认为硅粉也能提升其抗折性能。氧化钙具有提高粉煤灰活性从而改善微观结构的作用。综上所述,本研究向含丙纶地质聚合物中添加氧化钙,在标准养护下测试试样 3 d、7 d 下不同龄期的抗折、抗压强度,结合电镜(SEM),探究添加氧化钙对含丙纶地质聚合物的影响。为探究氧化钙对地质聚合物微观结构的影响,提供了技术参考。1 试验部分 1.1 原料和仪器设备 矿渣、粉煤灰、水玻璃、硅粉、Al2O3、氢氧化钠、氧化钙由四川某化工厂提供;
5、铬渣及粉煤灰含量如表 1。表 1 铬渣、粉煤灰的化学组成 Material Mass fraction/%Al2O3 SiO2 MgO Cr2O3 CaO Fe2O3 Chromium-Slag 22.66 1.4 14.05 7.3 1.28 32.63 Fly-ash 21.34 12.41 3.37 0 3.04 4.25 模具采用胶砂三联试模;搅拌器采用行星式水泥胶砂搅拌机;养护箱采用 SHBY-40B 型标准恒温恒湿养护箱;实震台采用 ZS-15 水泥胶砂震实台;抗折强度试验采用 DKZ-5000 型水泥电动抗折试验机;抗压强度试验采用 YAW-300B 型水泥抗压检测机;测 试 总
6、 铬 含 量 仪 器 紫 外 分 光 光 度 计TU-1810SPC,SEM 测试 ZEISS Sigma300。1.2 粉煤灰 SEM 将粉煤灰放置于 800 烧结 4 h 得到烧结粉煤灰,烧结与未烧结粉煤灰粒径为 130 m,其微观形态呈现出大小不一、形状无规则。这是由于燃煤过程中经高温后产生的细小粉煤灰,在高温下为液相,因表面张力的作用显现出球形,有的因其粘结形成了较大颗粒,其内部仍是液相,在冷却时,流出而呈现出多孔状态。未烧结粉煤灰大颗粒较多,烧结将粉煤灰中剩余炭渣再次进行燃烧,得到了更多细小颗粒。如图 1 所示。1.3 配合比与试样制备 将碱激发剂配置成模数为 1.6 的水玻璃,静置
7、24 h 后,按表 2 配比进行配置原料 5 组,并均匀搅拌 2 min,后加入水玻璃和水灰比未 0.19 的水量,搅拌 4 min,搅拌完成后,把浆料倒入三联模第52卷第8期 张鹏,等:氧化钙对含丙纶地聚物性能影响及微观研究 1137 具中,并放入实震台震平,刮去多余浆料。再将其放入湿度为904%温度为23 的恒温箱中养护24 h 后脱模,再将试块放置于温度为 20 的水浴池中养护 2 d,后取出自然干燥,对试块 3 d、7 d的强度进行测试。a-未烧结粉煤灰(2.0k)b-烧结后粉煤灰(2.0k)图 1 粉煤灰 SEM 图 参照 GB/T 176711999 水泥胶砂力学性能测试规范对 5
8、 组试件进行力学性能测试,采集 3 d、7 d 试块强度,并对样品进行 SEM 测试。表 2 配合比 编号 Si/Al Si-Al/%模数 纤维含 量/%粉煤 灰/g 铬渣/g CaO/g A0 2 31.4 1.6 1.2 200 100 0 A1 2 31.4 1.6 1.2 200 100 50 A2 2 31.4 1.6 1.2 200 100 100 A3 2 31.4 1.6 1.2 200 100 150 S4 2 31.4 1.6 1.2 200 100 100 2 结果与讨论 2.1 抗折强度 随着氧化钙含量的增加,样品的 3 d 抗折强度呈现出逐渐上升后平稳趋势,对照组 A
9、0 抗折强度为3.1 MPa 相比,实验组 A1、A2、A3 抗折强度分别提升了 12.9%、38.7%、41.9%,对照组 A0 的 7 d 抗折强度为 3.9 MPa,相较实验组 A1、A2、A3 抗折强度提升了 7%、19.2%、22%。焙烧粉煤灰 S1 组与A2 组相较,抗折强度提升了 27.9%、34%,在抗折任然表现出最佳性能,说明焙烧后粉煤灰能更好的溶出硅铝元素,极大的提升聚合物抗折性能,呈现正面影响。37 d 抗折强度 A0 提升了 25.8%,其他组抗折强度提升了 2%7%,说明添加氧化钙后可提高聚合物初始抗折强度,说明前期生成了某种含钙短链抗折性的物质,加快抗折性能达到最高
10、值。图 2 抗折强度对比 2.2 抗压强度 添加氧化钙后,实验组 A1、A2、A3、S1 的 3 d抗压强度呈现出下降趋势,抗压强度在 9.311.3 MPa,与对照组 3 d 抗压强度相比都不同程度的降低了 20.4%34.5%,说明添加氧化钙后,对聚合物的整体抗压强度有明显的抑制作用。7 d 后,对照组A0 抗压强度提升了 8%,添加氧化钙组别后期抗压强度都不同程度的得到了大幅度提升,与对照组差距变小。尤其是添加氧化钙 50 g 的 A1 组别,提升了 92%,比对照组还高了 2.5 MPa。说明氧化钙对前期聚合物的聚合作用抑制明显减小,少量的氧化钙能促进后期聚合物的聚合过程,过量氧化钙任
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