于 惇

（重慶市沙坪壩區(qū)后勤工程學(xué)院, 重慶 01311）

無機(jī)聚合物混凝土高溫性能研究進(jìn)展

于 惇

（重慶市沙坪壩區(qū)后勤工程學(xué)院, 重慶 01311）

無機(jī)聚合物混凝土是通過堿激發(fā)將高爐礦渣或煤灰等基礎(chǔ)材料聚合而形成的一種新型硅鋁質(zhì)膠凝材料。在無機(jī)聚合物混凝土堿激發(fā)反應(yīng)中，基礎(chǔ)材料可分解出Si,Al，進(jìn)一步重新聚合形成-Si-O-Al-O-Si-或-Si-O-Si-的三維網(wǎng)狀材料[1]， 因此比較傳統(tǒng)的混凝土材料， 無機(jī)聚合物混凝土具有快硬、早強(qiáng)、環(huán)保、耐腐蝕、儲(chǔ)備方便不易變質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前材料學(xué)的一個(gè)研究重點(diǎn)方向。由于無機(jī)聚合物混凝土本身具備獨(dú)特三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，這種材料在耐火性能方面優(yōu)勢(shì)更突出。有研究表明，無機(jī)聚合物混凝土的工程性能不僅更加優(yōu)良，高溫性能劣化機(jī)理也與普通混凝土有本質(zhì)上的差異[2]。本文則主要對(duì)無機(jī)聚合物混凝土高溫性能劣化機(jī)制、靜動(dòng)力學(xué)性能變化、以及該材料的耐火性能方面作一綜述。

1 無機(jī)聚合物凝膠高溫性能研究

膠凝體高溫性能對(duì)無機(jī)聚合物混凝土高溫力學(xué)性能有著較為顯著的影響，不同配方體系的膠凝體的高溫性能將決定無極聚合物混凝土的高溫性能。Kong等[3]分析發(fā)現(xiàn)高溫時(shí)發(fā)生的聚合反應(yīng)是決定粉煤灰凝膠體強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。對(duì)于這個(gè)體系，粉煤灰和激發(fā)劑的添加比是其強(qiáng)度和高溫性能的最主要的決定因素。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，試件的大小不同，耐高溫性能也不相同。Pan等[4]指出激發(fā)劑中陽離子的種類和硅酸鹽的濃度、粉煤灰的構(gòu)成成分以及荷載對(duì)材料的軟化溫度都是影響粉煤灰膠凝體高溫性能的相關(guān)影響。

2 無機(jī)物聚合混凝土高溫強(qiáng)度損傷的機(jī)制

氫氧化鈣高溫下水解氧化鈣，氧化鈣冷卻后吸水生成氫氧化鈣，這一過程中材料體積的增大和原有結(jié)構(gòu)的破壞是普通混凝土強(qiáng)度受損的重要原因。而無機(jī)聚合物混凝土不含游離氫氧化鈣，其具備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[5]，因此二者的高溫強(qiáng)度破壞機(jī)制完全不同。無機(jī)物聚合混凝土內(nèi)部各組分在高溫下所發(fā)生物理化學(xué)變化是其耐高溫性能的主要決定因素[6]。一項(xiàng)對(duì)礦粉粉煤灰基無機(jī)聚合物混凝土溫度變化和抗壓強(qiáng)度改變的研究表明，200℃以下時(shí)礦粉粉煤灰基無機(jī)聚合物混凝土中未反應(yīng)的鋁硅酸鹽物質(zhì)同其中的自由水發(fā)生聚合或絡(luò)合后，整體材料的結(jié)構(gòu)會(huì)更加緊實(shí)，強(qiáng)度反而提高；當(dāng)溫度達(dá)200℃時(shí)，材料中的自由水蒸發(fā)，聚合反應(yīng)停止，且自由水的蒸發(fā)也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微小缺陷，此時(shí)強(qiáng)度同常溫基本一致。但當(dāng)溫度超過800℃時(shí)，材料試件內(nèi)部正常結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇分解，強(qiáng)度快速下降[7]。另有研究發(fā)現(xiàn)，無機(jī)聚合物混凝土的高溫強(qiáng)度降低同其內(nèi)部孔隙壓力和物理化學(xué)變化相關(guān)外，還與各組分溫度變形系數(shù)不同有關(guān)，高溫下其骨料出現(xiàn)明顯收縮，導(dǎo)致高溫形變不均一，加之本身毛細(xì)孔隙率較低，高溫下容易發(fā)生爆裂剝蝕，并導(dǎo)致強(qiáng)度下降[8,9]。

3 無機(jī)聚合物混凝土高溫靜力學(xué)性能

混凝土在經(jīng)歷高溫時(shí)及高溫后的抗壓強(qiáng)度和變形能力是衡量其工程應(yīng)用價(jià)值的重要參考指標(biāo)。對(duì)無機(jī)聚合物混凝土的靜力學(xué)性能是本領(lǐng)域一個(gè)研究熱點(diǎn)，尤其是高溫形變規(guī)律和高溫抗壓因素兩個(gè)方面。Junaid等[10]對(duì)粉煤灰基無機(jī)聚合物混凝土在不同恒溫時(shí)間下高溫強(qiáng)度變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)給予的恒溫時(shí)間越長(zhǎng)，試件高溫強(qiáng)度越趨于穩(wěn)定，適當(dāng)、恒定的高溫能促進(jìn)聚合反應(yīng)同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度損傷。Kong等[11]試驗(yàn)表明非恒溫高溫處理的無機(jī)聚合物混凝土殘余強(qiáng)度較恒溫高溫處理明顯下降，同時(shí)通過膨脹測(cè)試發(fā)現(xiàn)骨料和凝膠體的不協(xié)調(diào)形變是高溫強(qiáng)度損傷的原因之一。另一研究表明[12]，試件尺寸和骨料直徑也是粉煤灰基無機(jī)聚合物混凝土高溫后殘余強(qiáng)度的影響因素。

4 無機(jī)聚合物混凝土高溫動(dòng)力學(xué)性能

王志坤等[13]在高溫環(huán)境下通過SHPB試驗(yàn)對(duì)高溫-沖擊耦合作用下礦渣粉煤灰基無機(jī)聚合物混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了分析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在60-130/s應(yīng)變率內(nèi)無機(jī)聚合物混凝土呈現(xiàn)留芯、碎裂、粉碎破壞的變化步驟且200℃時(shí)其動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度較常溫條件下是有所增加的，以后隨著溫度升高而降低。高志剛等[14]發(fā)現(xiàn)動(dòng)力荷載下無機(jī)聚合物混凝土的抗壓能力與其本身強(qiáng)度特點(diǎn)和變形能力有關(guān)，且與沖擊壓縮強(qiáng)度呈線性相關(guān)。

5 展望

無機(jī)聚合物混凝土這種新型材料在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了較為深入的研究，尤其是其高溫性能的研究。但是作為一種新型的工程材料，目前的研究仍不足以完全闡述其高溫特性，相信在今后的研究中將進(jìn)一步的完善，為今后更廣泛合理的應(yīng)用打下牢固的理論基礎(chǔ)。

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姓名：于惇（1993-08）；性別：男，籍貫：山東省萊陽人，學(xué)歷：重慶市沙坪壩區(qū)后勤工程學(xué)院碩士研究生在讀，研究方向：結(jié)構(gòu)工程