摘""""" 要：探究了氧化鈣對含丙綸-粉煤灰基地質聚合物性能的影響。實驗結果表明氧化鈣可以提升前期地聚物的抗折強度，同時會抑制前期的抗壓強度，適量的氧化鈣對后期的抗壓強度有明顯提升作用，7 d抗壓強度為17.9 MPa，提升了14.28%，SEM顯示生成了規(guī)則的穩(wěn)定結構。焙燒后的粉煤灰可提升前期抗折強度為5.9 MPa，提升了51.28%。但會損失抗壓強度，說明生成了更多加韌性的鈣化物質，該物質過多，同時會降低樣品的抗壓強度。

關" 鍵" 詞：地聚物；氧化鈣；粉煤灰；丙綸；微觀結構

中圖分類號：TQ174.9 """"文獻標識碼： A"""" 文章編號： 1004-0935（2023）08-1136-03

地質聚合物是將富含硅、鋁、氧等天然或工業(yè)廢棄礦渣在堿激發(fā)劑作用下，發(fā)生溶解、擴散、縮聚、硬化四個過程后，形成三維網(wǎng)狀分子結構的地質聚合物^[1-4]。地質聚合物因其制備簡單，不需像水泥一樣高溫焙燒，產(chǎn)生的二氧化碳為水泥的30%，是替代部分水泥使用的理想材料，也被稱為21世紀綠色膠凝材料^[5-6]。粉煤灰、礦渣因含有大量的二氧化硅、氧化鋁是制備地質聚合物的理想原料^[7-9]。粉煤灰地質聚合物具有抗壓強度高、抗折強度低、前期硬化強度低，后期強度大幅提升的特點^[10-11]。已有相關論證粉煤灰、礦渣提升水泥耐久性及性能的實驗^[12-13]。丙綸通常在混凝土中使用，以提升混凝土的韌性，Wei^[14]、Aulia^[15]、史賀^[16]實驗證明丙綸能顯著提升劈裂抗拉強度。薛航^[17]、徐德儒^[18]認為硅粉也能提升其抗折性能。氧化鈣具有提高粉煤灰活性從而改善微觀結構的作用。

綜上所述，本研究向含丙綸地質聚合物中添加氧化鈣，在標準養(yǎng)護下測試試樣3 d、7 d下不同齡期的抗折、抗壓強度，結合電鏡（SEM），探究添加氧化鈣對含丙綸地質聚合物的影響。為探究氧化鈣對地質聚合物微觀結構的影響，提供了技術參考。

1" 試驗部分

1.1 "原料和儀器設備

礦渣、粉煤灰、水玻璃、硅粉、Al₂O₃、氫氧化鈉、氧化鈣由四川某化工廠提供；鉻渣及粉煤灰含量如表1。

模具采用膠砂三聯(lián)試模；攪拌器采用行星式水泥膠砂攪拌機；養(yǎng)護箱采用SHBY-40B型標準恒溫恒濕養(yǎng)護箱；實震臺采用ZS-15水泥膠砂震實臺；抗折強度試驗采用DKZ-5000型水泥電動抗折試驗機；抗壓強度試驗采用YAW-300B型水泥抗壓檢測機；測試總鉻含量儀器紫外分光光度計TU-1810SPC，SEM測試ZEISS Sigma300。

1.2 "粉煤灰SEM

將粉煤灰放置于800 ℃燒結4 h得到燒結粉煤灰，燒結與未燒結粉煤灰粒徑為1～30 μm，其微觀形態(tài)呈現(xiàn)出大小不一、形狀無規(guī)則。這是由于燃煤過程中經(jīng)高溫后產(chǎn)生的細小粉煤灰，在高溫下為液相，因表面張力的作用顯現(xiàn)出球形，有的因其粘結形成了較大顆粒，其內(nèi)部仍是液相，在冷卻時，流出而呈現(xiàn)出多孔狀態(tài)。未燒結粉煤灰大顆粒較多，燒結將粉煤灰中剩余炭渣再次進行燃燒，得到了更多細小顆粒。如圖1所示。

1.3" 配合比與試樣制備

將堿激發(fā)劑配置成模數(shù)為1.6的水玻璃，靜置24 h后，按表2配比進行配置原料5組，并均勻攪拌2 min，后加入水玻璃和水灰比未0.19的水量，攪拌4 min，攪拌完成后，把漿料倒入三聯(lián)模具中，并放入實震臺震平，刮去多余漿料。再將其放入濕度為90±4%溫度為23 ℃的恒溫箱中養(yǎng)護24 h后脫模，再將試塊放置于溫度為20 ℃的水浴池中養(yǎng)護2 d，后取出自然干燥，對試塊3 d、7 d的強度進行測試。

2" 結果與討論

2.1" 抗折強度

隨著氧化鈣含量的增加，樣品的3 d抗折強度呈現(xiàn)出逐漸上升后平穩(wěn)趨勢，對照組A0抗折強度為3.1 MPa相比，實驗組A1、A2、A3抗折強度分別提升了12.9%、38.7%、41.9%，對照組A0的7 d抗折強度為3.9 MPa，相較實驗組A1、A2、A3抗折強度提升了7%、19.2%、22%。焙燒粉煤灰S1組與A2組相較，抗折強度提升了27.9%、34%，在抗折任然表現(xiàn)出最佳性能，說明焙燒后粉煤灰能更好的溶出硅鋁元素，極大的提升聚合物抗折性能，呈現(xiàn)正面影響。3～7 d抗折強度A0提升了25.8%，其他組抗折強度提升了2%～7%，說明添加氧化鈣后可提高聚合物初始抗折強度，說明前期生成了某種含鈣短鏈抗折性的物質，加快抗折性能達到最高值。

2.2" 抗壓強度

添加氧化鈣后，實驗組A1、A2、A3、S1的3 d抗壓強度呈現(xiàn)出下降趨勢，抗壓強度在9.3～11.3 MPa，與對照組3 d抗壓強度相比都不同程度的降低了20.4%～34.5%，說明添加氧化鈣后，對聚合物的整體抗壓強度有明顯的抑制作用。7 d后，對照組A0抗壓強度提升了8%，添加氧化鈣組別后期抗壓強度都不同程度的得到了大幅度提升，與對照組差距變小。尤其是添加氧化鈣50 g的A1組別，提升了92%，比對照組還高了2.5 MPa。說明氧化鈣對前期聚合物的聚合作用抑制明顯減小，少量的氧化鈣能促進后期聚合物的聚合過程，過量氧化鈣任然會抑制聚合過程。焙燒粉煤灰S1組與A2組相較，說明焙燒后對聚合物的抗壓強度呈負向影響。

2.3" SEM測試結果

分別對A0、A1、A2、A3、S1樣品進行微觀分析，從圖4中可以看出，a組中正在不斷溶解硅、鋁物質；b、c、d、e組中添加CaO后，使Si-O-Al體系成分復雜化，且表面都生成了規(guī)則的晶體結構；少量的CaO促進聚合過程生成了規(guī)則的物質，使其后期抗壓強度得到大幅度提升；隨著CaO含量不斷的增加，溶解的物質不斷的各自成團聚集，使表面表現(xiàn)出裂痕或多孔，導致抗壓強度下降；焙燒后的粉煤灰e組與未焙燒c組相較，e組聚合物裂痕少、結合更為緊密，從而提高了抗折強度。

3" 結 論

1）添加氧化鈣可使樣品早期抗折強度快速提升、抗壓強度會受到明顯抑制，后期樣品的抗折強度變化不大、抗壓強度明顯回升，少量氧化鈣還有利于后期抗壓強度的提升，為17.9 MPa，SEM看出結構上生成了規(guī)則的晶體。

2）焙燒后的粉煤灰7 d抗折強度達到了5.9 MPa，抗壓強度為12.7 MPa，說明有利于生成更多增加韌性的短鏈抗折性鈣化物質，但生成這種物質過多，會影響樣品的抗壓強度。

參考文獻：

[1] SINGH B， ISHWARYA G， GUPTA M， et al. Geopolymer concrete： A review of some recent developments[J]. Construction and building materials， 2015， 85： 78-90.

[2] DUCMAN V， KORAT L. Characterization of geopolymer fly-ash based foams obtained with the addition of Al powder or H₂O₂ as foaming agents[J]. Materials characterization， 2016， 113： 207-213.

[3] DAVIDOVITS J. Geopolymers geopolymer new materials. Journal of Thermal Analysis， 1989，35：429-444.

[4] DAVIDOVITS J. GEOPOLYMERS Inorganic polymeric new materials［J］. Journal of Thermal Analysis， 1991，37：1633-1656.

[5] KOMNITSAS K， ZAHARAKI D. Geopolymerisation： A review and prospects for the minerals industry[J]. Minerals engineering， 2007， 20（14）： 1261-1277.

[6] 薛恒岳. 粉煤灰基尾礦堿激發(fā)地質聚合物的制備和性能研究[D]. 沈陽工業(yè)大學， 2021.

[7] 朱龍濤， 王慶平， 王彥君， 等. 煤矸石制備地質聚合物注漿材料的研究進展[J]. 礦產(chǎn)綜合利用， 2022（04）：129-133.

[8] 汪其堃， 馬思齊， 陽華龍， 等. 鋁硅酸鹽聚合物聚合機理與動力學研究進展[J]. 硅酸鹽學報， 2022， 50（09）：2551-2566.

[9] 余春松， 張玲玲， 鄭大偉， 等. 固廢基地質聚合物的研究及其應用進展[J]. 中國科學：技術科學， 2022， 52（04）：529-546.

[10] 黃小川， 劉長江， 王夢斐， 等. 地聚物的性能影響因素研究及其應用進展綜述[J]. 人民長江， 2021， 52（01）：158-166.

[11] 丁二寶， 胡海泉， 曹春娥， 等. 堿含量對粉煤灰基地質聚合物顯微結構與性能的影響[J]. 陶瓷學報， 2021， 42（06）：1044-1050.

[12] 宋玉華， 葉永紅. 雙摻超細粉煤灰和礦渣高性能混凝土配合比設計優(yōu)化[J]. 當代化工， 2022， 51（01）：22-25.

[13] 王小東， 張啟志， 曹中順. 復摻粉煤灰和超細礦渣對高性能混凝土力學與耐久性能的影響研究[J]. 當代化工， 2022， 51（01）：35-38.

[14] WEI B，CAO H，SONG S． Environmental resistance and mechanical performance of basalt and glass fibers[J]. Materials Science and Engineering A， 2010， 527： 4708-4715.

[15] AULIA T B. Bending capacity analysis of high-strength reinforced concrete beams using environmentally friendly synthetic fiber composites[J]. Procedia Engineering， 2015， 125： 1121-1128.

[16] 史賀. 納米SiO₂和聚丙烯纖維水泥混凝土性能及微觀結構研究[D]. 東北林業(yè)大學， 2021.

[17] 薛航. 摻硅粉混凝土路用性能研究[J]. 混凝土， 2006（09）： 41-44.

[18] 徐德儒. 工業(yè)廢棄硅粉-粉煤灰模袋混凝土力學性能及抗凍性試驗研究[D]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學， 2021.

Effect of Calcium Oxide on Mechanical Property of

Polypropylene-containing Geopolymer and Microscopic Study

ZHANG Peng YIN Chun-lin XIE You-cai YUAN Xiao-chao MA Lu ZHANG Yun-ju

（1. Mianyang Teachers’ College， Mianyang Sichuan 621000， China;

2. Sichuan Yinhe Chemical Co.， Mianyang Sichuan 622650， China）

Abstract：" The effect of calcium oxide on the properties of polypropylene-fly ash-based geopolymer was investigated. The experimental results showed that calcium oxide could improve the flexural strength of the early geopolymer， while inhibit the early compressive strength. An appropriate amount of calcium oxide could significantly improve the later compressive strength. The 7-day compressive strength was 17.9 MPa， increased by 14.28%. SEM showed that regular crystals were formed. The early flexural strength of calcined fly ash could be increased to 5.9 MPa， which was 51.28% higher. However， the compressive strength was lost， which indicated that more ductile calcified materials were generated， which affected the compressive strength of the sample at the same time.

Key words：" Geopolymer; Calcium oxide; Fly ash; Polypropylene fiber; Microstructure