掺加钢渣的地聚合物修补材料的粘结性和耐磨性外文翻译资料

 2022-02-10 09:02

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掺加钢渣的地聚合物修补材料的粘结性和耐磨性

胡曙光、王洪喜、张高瞻、丁庆军

武汉科技大学材料科学与工程学院，武汉430070

桂林理工大学有色金属材料与加工技术教育部重点实验室，桂林541004

摘要：准备了水泥基、地聚合物和掺加钢渣三种修补材料他们的力学性能如：抗压强度、粘结强度、和耐磨强度经实验测得。测试结果显示地聚合物修补材料比水泥基修复材料有更好的修复特性，添加钢渣能显著改善地聚合物修补材料的耐磨性。通过扫描电镜得出钢渣几乎完全被吸收参与碱激发反应被固定在无定型的铝硅酸盐地聚合物基质。

关键词：地聚合物、钢渣、修复材料

Abstract：Three repair materials were prepared using cement-based, geopolymeric, or geopolymeric containing steel slag binders. Their mechanical performances such as compressive strength, bond strength and abrasion resistance were examined experimentally. The test results showed that the geopolymeric materials had better repair characteristics than cement-based repair materials, and the addition of steel slag could improve significantly the abrasion resistance of geopolymeric repair. By means of scanning electron microscopy (SEM) it can also be concluded that the steel slag was almost fully absorbed to take part in the alkali-activated reaction and be immobilized into the amorphous aluminosilicate geopolymer matrix.

Keywords: Geopolymer; Steel slag; Repair material

引言

大卫杜夫在二十世纪七十年代开创了这一先河，地聚合物是一种硅铝氧化物聚合形成一种无定型三维骨架结构，地聚合物反应范围从高岭石偏高岭石到一系列富含氧化硅、氧化铝例如飞灰、钢渣建筑垃圾和天然矿物。正如我们所知硅氧化学键和铝氧化学键是自然界最稳定的化学键。另外地聚合物的缩聚程度远高于水泥基材料因此地聚合物有许多先进特性比如易于回收极好的抗压和胶结强度，长期耐久性更好的耐酸性。除此之外它还是一种绿色材料，因为更低的生产耗能和更低的气体排放，因为这些杰出的特性地聚合物被认为是一种有潜力的候选物去解决社会发展和环境污染之间的矛盾。然而几乎没有关于地聚合物修补材料的报道。

另一方面，钢渣是丛铁到钢的转变的副产品，这种转变在中国造成了巨大的环境污染。因为橄榄石、镁硅钙石、C2S、C3S、C4AF、C2F、RO相（CaO-FeO-Mn-MgO固溶体）和游离氧化钙在钢渣中是常见的矿物，C3S、C2S、C4AF、C2F的存在赋予了钢渣胶结性能。钢渣的反应特性非常小因为他的热过程，因此它普遍应用在混凝土和水泥中作为一种添加剂是几乎不可能的。然而笔者研究了水玻璃激发钢渣高炉矿渣得出了碱激发混合物拥有比42.5普通硅酸盐水泥更高强度。

好的粘结强度和耐磨度是成功的修补材料的两个重要要求。地聚合物拥有好的粘结强度和钢渣有有好的耐磨性是因为里面有铁相存在，在这篇文章我们致力于研究钢渣对地聚合物修补材料性能的影响。

实验

此研究中使用的偏高岭通过高岭土在750℃煅烧6小时，它被用于Si-AL胶凝材料反应。此实验中钢铁矿渣粉末来自武汉钢铁公司，在使用之前不同批次固体进行大批量混合，组成由西门子sicemens连续x射线荧光分光仪陈列在表1。他们的实际尺寸分布陈列在表2。

表1、熔合和XRF分析确定高岭石的组成

氧化物

高岭石

钢渣

水泥

SiO2

53.1

15.0

22.2

AL2O3

30.9

6.7

4.8

CaO

0.1

44.2

62.4

Fe2O3

1.6

15.4

6.2

MgO

0.3

10.9

1.5

TiO

2.0

3.1

Na2O

0.3

0.2

0.3

K2O

0.1

0.1

SO3

0

0.7

1.1

f-CaO

1.7

Fe

1.0

Other miner oxids

0.3

0.4

Loss on ignition

11.3

0.6

1.4

Total

100.00

100.00

100.00

表2、原料粒度分布

直径（mu;m）

0.5

1

3

5

10

15

20

30

40

高岭石

2.85

20.3

65.7

89.9

97.3

99.3

99.6

99.8

100

钢渣

0

0.67

15.9

40.1

72.9

89.6

92.1

94.6

100

用作控制样本的水泥是42.5的普通硅酸盐水泥，UEA(U型膨胀剂)的主要成分是硫铝酸钙分析纯NaoH和SIO3与Na2O的摩尔比为3.19的NaSiO3溶液分别被用做试剂，蒸馏水被从头至尾使用。

实验方法

混合比例

此研究准备了3种修补材料：修补材料的抗压强度混合比例的详尽喝酒基质都列在表3。

表3、修复材料的配比

混合物编号

水：水泥：UEA

偏高岭土

钢渣

水玻璃

水泥基修复材料（CR）

0.4:0.95:0.05

地聚合物修复材料(GR)

1

0.56

掺钢渣的地聚合物修复材料(GRS)

0.8

0.2

0.56

NaoH和硅酸钠溶液和水首先在在烧杯中混合形成碱激发溶液SiO2/Na2O的模数为1.14质量分数为38%冷却到室温偏高岭粉末和钢渣混合两分钟后加入到冷却的碱激发溶液中再混合三分钟。

抗压性能测试

掺加钢渣和水泥和未掺加钢渣和水泥的新鲜地聚合物迅速倒入40*40*40mm的钢模中样本在20plusmn;0.5℃相对湿度95%环境养护24H后脱模然后在养护8H、1d、3d、7d、28d是进行抗压强度试验。

粘结强度实验

测定新的修补材料和旧混凝土基质样品的粘结强度，如FIG1中所展示的进行准备，旧基质以水：胶：砂0.4:1:3的比例浇筑成然后再相对湿度95%，温度20℃养护28D像FIG1中显示为粘接强度测试新进行准备修补层（5mm厚）被粘结到旧基质中间。当水泥修补材料被粘结到样品夹层的结合被命名为Cb当地聚合物被胶结到样品夹层的结合被命名为Gb掺加钢渣的地聚合物被胶结到样品夹层被命名为GSb

耐磨性

耐磨性试验与中国建筑行业出版GB16925-1997相一致，进行实验展示在FIG2中。径长2:1直径100mm的圆筒被固定在研磨机器施加154plusmn;2.5N的荷载，比为研磨机器以每分钟1000转的速度运行，。每个样本进行5min的刮擦在第五分钟时测样品表面刮痕的深度耐磨性等级结果以下列公式进行计算

Ia是耐磨等级

R研磨机在每分钟1000转的转数P是以mm为单位的磨痕深度

Fig1、夹层试样中基质修复材料粘结强度的试验设置

Fig2、耐磨性实验装置示意图

微观结构分析

扫描电子显微镜被用来研究掺加钢渣的地聚合物修补材料的图像，进行抗拉强度的夹心型样品已经破坏后对断裂面抛光然后进行扫描电子显微镜显微照相。

结果和讨论

抗压强度

不同修补材料的8H、1d、3d、7d、28d抗压强度概括在表4。

表4、修复材料在不同龄期的抗压强度

混合物编号

8h抗压强度（Mpa）

1d抗压强度（Mpa）

3d抗压强度（Mpa）

7d抗压强度（Mpa）

28d抗压强度（Mpa）

水泥基修复材料（CR）

-

8.7

23.2

33.1

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