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地聚合物是一种性能优异的新型绿色碱激发胶凝材料,目前对于地聚合物胶凝材料的研究主要集中于制备技术和反应机理等方面,对地聚合物的耐久性能的研究报道较少,其耐久性机理尚不明确。本文以偏高岭土为主要原料,硅烷偶联剂和矿渣分别作为改性剂和矿物掺合料制备地聚合物复合材料,研究了硅烷偶联剂/偏高岭土基地聚合物的早期水化进程,针对偏高岭土基地聚合物的耐久性能,通过掺入不同类型和掺量的硅烷偶联剂来探究地聚合物的长期性能、抗冻融性能、抗硫酸盐侵蚀性能和抗海水侵蚀性能的变化,并在此基础上掺入不同矿渣掺量来改善地聚合物复合材料的耐久性能。主要研究结论如下:(1)本文研究了不同硅烷偶联剂种类和掺量对偏高岭土基地聚合物水化进程的影响,结果表明,KH-792和KH-550能够延长地聚合物的水化诱导期,KH-792延长效果更明显,两种硅烷掺量为0.1wt%时放热速率最快,累积放热量最多,其中0.1wt%KH-550为最佳掺量,掺量过多不利于水化反应的进行。由于硅烷偶联剂的掺入与地聚合物发生化学键合反应生成Si-O-Si和Si-O-Al键,使得3444cm-1处吸收峰向高波数偏移,1076cm-1处吸收峰向低波数偏移且强度变大。掺入硅烷偶联剂的地聚合物能生成纤维状产物来填充孔隙,产物中含有碳元素,可能为硅烷聚合物,地聚合物凝胶相为N-A-S-H凝胶。KH-550改变地聚合物中硅结构的化学环境,提高聚合物反应的聚合度。(2)长期养护前90d的地聚合物力学性能提高,与养护28d的力学性能相比,当KH-792掺量为0.1wt%时,抗压和抗折强度提高14.9%和8.2%;当KH-550掺量为0.1wt%时,抗压和抗折强度提高13.0%和10.2%,养护90d后抗压和抗折强度下降。长期养护和掺入硅烷偶联剂都不会改变地聚合物的矿物相。随着养护龄期延长地聚合物孔隙和裂纹增多,致密程度下降。冻融试验中,地聚合物的外观破坏程度随在硅烷偶联剂掺量增多而加重,掺0.1wt%KH-550地聚合物抗压强度损失率和质量损失率最低,硅烷掺量过多不利于地聚合物抗冻性能的改善,KH-550能细化地聚合物的孔径,地聚合物微观形貌密实度更好,抗冻性能提高。(3)硫酸盐侵蚀试验中,地聚合物的力学性能和抗蚀系数随着浸泡时间延长降低,掺0.1wt%KH-550的地聚合物抗蚀系数最大,说明其抗硫酸盐侵蚀性能最好。硫酸盐侵蚀对纯地聚合物和掺硅烷偶联剂的地聚合物的物相组成无影响,仍为无定形结构。微观分析发现,浸泡28d后试件的密实性(由高到低):掺0.1 wt%KH-550地聚合物>掺0.1 wt%KH-792地聚合物>纯地聚合物,KH-550掺入后地聚合物的抗硫酸盐侵蚀性能得到改善。当海水侵蚀循环次数小于10次时,抗压强度基本不变;次数超过20次时,抗压强度明显降低。掺0.1wt%KH-550的试件经30次循环后抗折强度降幅最小,侵蚀循环后地聚合物结构致密性下降,与纯地聚合物相比,掺0.1wt%KH-550的地聚合物经25次循环后形貌较为致密,表明其抗海水侵蚀性能较好。(4)随着矿渣掺量增加,地聚合物的抗压和抗折强度先增加后减小,复掺30%矿渣的地聚合物相较于单掺KH-550组分,3d和28d的抗压强度分别提高6.2%和4.1%,抗折强度分别提高17.4%和5.1%。经冻融循环后,随着矿渣掺量增加,地聚合物的质量损失率和强度损失率降低,外观破坏损失减小。通过SEM-EDS图分析发现,形成的C-S-H凝胶填充孔隙使得地聚合物致密性提高,矿渣掺量为50%的地聚合物的孔隙率最低,仅为16.7%,无害孔含量增加,有害孔含量减少,抗冻性能提高。(5)经硫酸盐侵蚀后,单掺KH-550地聚合物的抗压和抗折强度降低,复掺矿渣地聚合物则是先增大后减小,复掺30%矿渣地聚合物抗硫酸盐侵蚀性能最佳,掺入矿渣的地聚合物出现新的石膏和钙矾石矿物相,微观形貌中的孔隙和裂纹减少,矿渣中含有大量Ca2+与硫酸盐中的S042-反应形成的石膏、钙矾石发生膨胀从而能够填充孔隙,抗硫酸盐侵蚀性能提高。随着矿渣掺量增加,地聚合物的抗海水侵蚀性能改善,力学性能降幅减小,复掺30%矿渣地聚合物的孔隙和裂纹较少,说明掺入矿渣能够有效改善地聚合物的抗海水侵蚀性能