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2015年10月工程学院2015年秋季科技论文报告会2015页面设置：2.5cm(奇偶页)?粉煤灰地聚合物修补材料拉伸与粘接性能研究(?)作者：四号楷体加粗，居中摘要:在土木行业的维修加固阶段,修补材料的质量优劣十分重要.粉煤灰基地聚合物是一种性能优异的新型修补材料.采用五因素四水平正交试验,通过对所得大量实验数据的直观分析和因素指标分析的方法,研究水胶比,碱激发剂掺量,矿粉取代率和水玻璃模数等因素对粉煤灰基地聚合物修补材料的拉伸强度和粘接拉伸强度的影响大小,并找出相应粉煤灰基地聚合物的优化配合比.结果表明,对拉伸及粘接拉伸强度矿粉取代率影响最大,碱激发剂掺量影响最小,当水胶比约为0.26,碱激发剂掺量约为0.17,矿粉取代率约为0.2,水玻璃模数为1.4左右,粉煤灰基地聚合物试件的3d,7d拉伸和粘接拉伸强度效果最好.关键词：修补材料,地聚合物,粉煤灰,拉伸强度,粘接拉伸强度Studyonpropertiesoftensileandbondstrengthofflyashgroundpolymerusingasrepairmaterials(?)Author英文摘要和题名要准确规范，作者拼音和作者单位英译名要规范统一。（小5,行距14磅）Abstract:Inthemaintenanceandconsolidationphaseofthecivilindustry,thequalityoftherepairmaterialsisveryimportant.Flyashbasedgeopolymerisanewtypeofmaterialswithexcellentperformance.Byusingfivefactorsandfourlevelsorthogonaltestmethod,thevisualanalysisandindexanalysisoffactorsoftheobtainedexperimentaldata,theeffectofwaterbinderratio,alkaliactivatordosage,slagreplacementratioandmodulusofwaterglassandotherfactorsonthetensilestrengthandbondstrengthoftheflyashbasedgeopolymerrepairmaterials.Optimizationofflyashbasedgeopolymerwasfoundoutaccordingly.Withcomprehensiveanalysis,onthewholetheresultshowsthemaximumeffectofslagreplacementratioonthe3d,7dtensileandbondstrengthandtheminimumeffectofalkaliactivatorcontentonthe3d,7dtensileandbondstrength.Whenthewatercementratioisaround0.26,alkaliactivatorcontentisabout0.17,slagreplacementratioisabout0.2,themodulusofwaterglassisabout1.4,flyashbasedgeopolymerspecimengetthefinesteffectonthe3d,7dtensileandbondstrength.Keywords:repairmaterials,geopolymer,flyash,tensilestrength,bondstrength1引言我国经济大发展之后的建筑行业发展必然由大兴土木阶段逐步转入维修加固阶段[1],那么,混凝土修补材料的质量优劣显得尤为重要,而修补材料本身的力学性能、与基材界面过渡区的粘接及与基材的体积相容性直接决定其使用和服役年限[2].无机类快速修补材料主要有快硬硅酸盐水泥混凝土、硫铝酸盐水泥混凝土、磷镁水泥混凝土、硅灰水泥混凝土和聚合物改性水泥砂浆及混凝土,这一类修补材料的主要问题是修补后开放交通时间偏长、粘接性和耐久性较差.所以水泥路面快速修补材料的发展应该从耐久性好和绿色高性能［3］的角度出发.地聚合物(Geopolymer)是一种由碱激发硅铝质材料而形成的新型绿色胶凝材料,其制备是以高硅高铝质的天然矿物或固体废弃物（如粉煤灰、煤矸石以及矿渣等）为原料,在化学激发剂的作用下,通过玻璃体结构中的—Ｏ—Ｓｉ—Ｏ—Ａｌ—Ｏ—链的解聚生成［ＳｉＯ４］４－四面体和［ＡｌＯ４］５－四面体,进而发生缩聚反应生成新的—Ｏ—Ｓｉ—Ｏ—Ａｌ—Ｏ—无机聚合物三维网络结构胶凝材料［4］.地质聚合物具有传统水泥所不具备的优异性能[5-6]：如早强快硬、体积稳定性好、耐化学腐蚀、界面结合力强、抗渗性好、耐高温性好、耐久性好、可自调温调湿等,同时具有原材料丰富、价格低廉、工艺简单、节约能源等优点,在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料和耐高温材料等方面显示出广阔的应用前景,已成为世界各国关注的热点.如工程学院2015年秋季科技论文报告会2015年二十世纪九十年代后期,VanDeventer等致力于研究由粉煤灰等工业固体废料制备矿物聚合物,并研究其应用,如用来固化有毒金属及化合物等[7-12].目前,国内外学者对地质聚合物的研究比较关注,但所研究的地聚合物力学性能大都以抗折和抗压强度为主,对矿渣—粉煤灰地聚合物抗拉强度和粘接能力的研究较少.本文在查阅相关文献[13-19]及课题组前期试验的基础上,以矿渣和粉煤灰为主要原料,低模数水玻璃为激发剂制备地聚合物,首先采用正交试验研究配体中水胶比、碱激发剂掺量、矿粉掺量和水玻璃模数对地质聚合物抗拉强度和粘接强度的影响,找到抗拉强度最好的配合比,为后续研究工作提供借鉴.2试验原料与试验方案2.1试验原料使用的原材料中,粉煤灰是I级低钙粉煤灰,细度为0.045mm筛筛余量10.7%.矿粉是S95粒化高炉矿渣粉,比表面积为424m2/kG.水玻璃的波美度为39.5,模数为3.23.水泥采用P.O32.5规格.氢氧化钠纯度级别是分析纯,其含量=96%.砂符合GB/T17671-1999中国ISO标准砂质量要求,每袋1350g.水是普通自来水.2.2试验方案依据检索的相关文献[20-22]以及课题组的前期试配结果,本试验采用五因素四水平正交试验,并利用直观分析和因素指标分析研究粉煤灰基地聚合物的强度性能.地聚合物的制备及成型按照标准GB/T17671-1999,按照试验方案配制原料,将矿粉和粉煤灰混合物混合搅拌均匀,在搅拌锅中先放入碱激发剂和水,再放入矿粉和粉煤灰的混合物,用搅拌机进行机械搅拌.将拌好的混合物装入规格22.5mm*22.2mm*78mm的八字模,用振实台成型养护条件按照标准(DL/T5126-2001),是在试件脱模后放在温度（20±3）℃,相对湿度99%RH的湿养护箱中养护2d(从加拌和水开始计算龄期),再在（20±3）℃水中养护5d,到规定龄期取出试件,擦净表面,立即测试.两种试件都分别作两组保存3天和7天.地聚合物拉伸强度及粘接拉伸强度的测试过程按照标准(DL/T5126-2001)拉伸试验,采用“8”字型砂浆试模每组试验3个试件,到规定龄期把试件从养护箱中取出用布擦去表面粘附的颗粒称其质量精确至0.1g,测量试件中间部位的宽度和厚度精确至0.1mm,把试件放置在试验机上下两圆环夹具之间,不得受力.试件表面与夹具表面保持平行不得存在扭力.以5mm/s的速度均匀加荷到试件破坏,记录破坏荷载,观察“8”字型试件的破坏情况,如破坏面在试件长度的2/3以外则属无效.粘结拉伸强度试验中,地聚物的原材料用量和拉伸强度测试的组合一一对应,粘接试件是八字模中装入保存了28天的空白件和刚拌好的试验地聚合物各半.3.结果与分析3.1试验结果为研究水胶比,矿粉取代率,碱激发剂掺量和水玻璃模数等对粉煤灰地聚合物的粘接拉伸强度的影响,设计了五因素四水平正交实验方案,采用水胶比为0.26,0.28,0.30,0.32,碱激发剂掺量为0.08,0.11,0.14,0.17,矿粉取代率为0.1,0.2,0.3,0.4,水玻璃模数为1.2,1.4,1.6,1.8.空白件按照标准砂浆配方配制,水灰比为0.5,灰砂比为1:3.试验方案及试验结果见表1,图3为粘接拉伸实图,图4为试件试验图3.2结果分析3.2.1拉伸分析(1)直观分析由表2均值分析,对因素A,对3d拉伸强度水平2最好,水平3最差,且水平2与水平3对结果影响相差较大,对7d强度水平1最好,水平4最差,且水胶比越大,7d抗拉强度越小.对因素B,水平1最好,对3d强度水平4最差,但水平1与水平4对结果的影响差别不大,对7d强度,水平3最差.对因素C,水平1最差,对3d强度水平4最好,且水平4与水平1对试验结果的影响差别很大,说明矿粉取代率对早期强度影响很大,对7d强度水平3最好.对因素D,水平1最差,对3d强度水平2最好,对7d强度水平4最好.使3d强度达到最大的组合是A2B1C4D2,使7d强度达到最大的组合是A1B1C3D4.综合3d和7d强度数据,并结合修补工程对修补材料早期拉伸强度的需要,最好的配合比是A2B1C4D2.由极差分析,对3d抗拉强度的影响,矿粉取代率水胶比水玻璃模数碱激发剂掺量,对7d强度的影响,水胶比矿粉取代率水玻璃模数碱激发剂掺量.(2)因素指标分析为进一步分析各因素对修补材料粉煤灰地聚合物粘接拉伸强度影响,对表2的4因2015年10月工程学院2015年秋季科技论文报告会2015表1试验方案及试验结果以质量为单位,A水胶比:总用水量比总胶凝材料量(胶凝材料:粉煤灰,矿粉和激发剂固态量)B碱激发剂掺量:碱激发剂固态量比胶凝材料C矿粉取代率:粉煤灰用量比粉煤灰用量和矿粉用量之和D水玻璃模数:碱激发剂中SiO2与Na2O的摩尔比E空白列表2拉伸强度的极差分析3d拉伸强度/MPa7d拉伸强度/MPaABCDABCD均值11.4251.4500.7501.2501.8251.7501.4251.425均值21.5251.3501.5251.5001.7501.5501.5001.675均值31.1751.3501.4251.3751.6501.5001.8501.550均值41.3501.3251.7751.3501.2251.6501.6751.800极差0.3500.1251.0250.2500.6000.2500.4250.375表3粘接强度的极差分析3d粘接强度/MPa7d粘接强度/MPaABCDABCD均值11.1750.7000.6001.0251.5501.0251.0251.450均值21.1000.9501.2501.3001.3001.0751.3501.575均值30.9251.0751.2000.9501.1751.4251.4751.125均值40.8251.3000.9750.7501.0001.5001.1750.875极差0.3500.6000.6500.5500.5500.4750.4500.700序号掺和料强度/MPaABCDE拉伸粘接水平3d7d3d7d1111110.61.60.51.12122221.81.81.81.93133331.51.91.12.14144441.821.31.15212241.81.61.10.86221130.91.70.10.87234421.91.61.31.78243311.52.11.91.99313321.42.30.70.910324411.41.60.80.611331140.71.311.212342231.21.41.22134144321.50.51.314423341.31.11.1115432211.31.20.90.716441120.81.10.81工程学院2015年秋季科技论文报告会201