氧化钙对含丙纶地聚物性能影响及微观研究

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、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，Wei^[14]、Aulia^[15]、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；铬渣及粉煤灰含量如表1。

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1～30 μm，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，把浆料倒入三联模具中，并放入实震台震平，刮去多余浆料。再将其放入湿度为90±4%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。

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A0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。3～7 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值。

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9.3～11.3 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，过量氧化钙任然会抑制聚合过程。焙烧粉煤灰S1组与A2组相较，说明焙烧后对聚合物的抗压强度呈负向影响。

2.3" SEM测试结果

分别对A0、A1、A2、A3、S1样品进行微观分析，从图4中可以看出，a组中正在不断溶解硅、铝物质；b、c、d、e组中添加CaO后，使Si-O-Al体系成分复杂化，且表面都生成了规则的晶体结构；少量的CaO促进聚合过程生成了规则的物质，使其后期抗压强度得到大幅度提升；随着CaO含量不断的增加，溶解的物质不断的各自成团聚集，使表面表现出裂痕或多孔，导致抗压强度下降；焙烧后的粉煤灰e组与未焙烧c组相较，e组聚合物裂痕少、结合更为紧密，从而提高了抗折强度。

3" 结 论

1）添加氧化钙可使样品早期抗折强度快速提升、抗压强度会受到明显抑制，后期样品的抗折强度变化不大、抗压强度明显回升，少量氧化钙还有利于后期抗压强度的提升，为17.9 MPa，SEM看出结构上生成了规则的晶体。

2）焙烧后的粉煤灰7 d抗折强度达到了5.9 MPa，抗压强度为12.7 MPa，说明有利于生成更多增加韧性的短链抗折性钙化物质，但生成这种物质过多，会影响样品的抗压强度。

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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