孫佳，呂學(xué)森，賀艷，崔學(xué)民

(廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院， 廣西南寧530004)

0 引言

地聚物(地質(zhì)聚合物，Geopolymer)這一概念最初是由法國(guó)科學(xué)家Davidovits提出[1]。地聚物材料的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使其具有諸多優(yōu)良特性，如高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、抗?jié)B性能優(yōu)良等，性能優(yōu)越的地聚物材料在建筑材料、核廢處理、水處理等多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，因此近年來(lái)，地聚物作為能代替OPC的一種新型材料引起了廣大教授學(xué)者和研究人員的高度關(guān)注[2-8]。

堿激發(fā)地聚物材料一般是由堿或堿性硅酸鹽激發(fā)含硅和含鋁的原材料制備而成。地質(zhì)聚合反應(yīng)的機(jī)理非常復(fù)雜，大致可分為4個(gè)階段：原材料在堿性溶液中溶解、溶解形成的各單元發(fā)生縮聚—解聚反應(yīng)、反應(yīng)加速期、反應(yīng)穩(wěn)定期，從而形成地聚物的三維網(wǎng)絡(luò)凝膠體[9]。堿的使用對(duì)于礦渣基地聚物材料的性能、結(jié)構(gòu)有著至關(guān)重要的作用。通常地聚物前驅(qū)體經(jīng)由堿激發(fā)劑激發(fā)后，發(fā)生地質(zhì)聚合反應(yīng)并生成無(wú)定形凝膠材料，而大量的堿金屬離子Na+同時(shí)被引入到地聚物結(jié)構(gòu)中。研究人員通過(guò)提取地聚物孔溶液進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)中存在大量的Na+和高pH環(huán)境[10]，而Na+存在于地質(zhì)聚合物中有平衡三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)中四配位的Al3+的負(fù)電荷的作用[1]，Wang等[11]采用兩種不同測(cè)試方法研究了在不同養(yǎng)護(hù)條件下的NaOH和水玻璃激發(fā)的礦渣基地聚物材料中Na+對(duì)地質(zhì)聚合反應(yīng)的作用，結(jié)果表明Na+幾乎不進(jìn)入凝膠結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)的鈉存在于孔溶液里，部分被吸附在凝膠表面以平衡電荷。

然而，泛堿作為堿激發(fā)地聚物材料的一種自發(fā)行為，影響地聚物的外表美觀以及工程評(píng)定，限制了堿基地聚物材料在實(shí)際工程中的應(yīng)用，近年來(lái)已經(jīng)引起了眾多研究人員的廣泛關(guān)注，地聚物的泛堿行為是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。對(duì)于鈉激發(fā)劑制備的堿基地聚物，碳酸鈉是其泛堿物質(zhì)的主要成分，泛堿的機(jī)理可簡(jiǎn)單概括為環(huán)境中的CO2與地聚物孔隙中過(guò)量的OH-反應(yīng)生成CO32-，再與Na+結(jié)合成為碳酸鹽從材料孔隙中析出而沉積于表面，從而導(dǎo)致了泛堿現(xiàn)象[12-14]。不難發(fā)現(xiàn)，地聚物的泛堿行為與其結(jié)構(gòu)中的Na+有非常密切的關(guān)系，因此本研究的重點(diǎn)在于探究Na+在堿激發(fā)礦渣基地聚物中的移動(dòng)分布。

地聚物中游離Na+在材料中的移動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)力，周圍環(huán)境與地聚物材料內(nèi)部存在相對(duì)濕度差，材料內(nèi)部也存在濕度梯度和孔隙網(wǎng)絡(luò)的毛細(xì)作用，這些會(huì)引起地聚物中水分的移動(dòng)和向環(huán)境中蒸發(fā)失水[15-16]，而通常認(rèn)為材料中自由離子的遷移是跟隨結(jié)構(gòu)中水分的擴(kuò)散和蒸發(fā)而一起移動(dòng)。目前關(guān)于堿激發(fā)礦渣基地質(zhì)聚合物中Na+移動(dòng)的相關(guān)研究較少。本文主要研究了改變n(H2O)/n(Na2O)(采用不同的水摻量)對(duì)水玻璃激發(fā)的礦渣基地質(zhì)聚合物的力學(xué)性能、孔結(jié)構(gòu)以及鈉含量分布的影響，旨在探究Na+在地聚物結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)與分布，同時(shí)還考察了養(yǎng)護(hù)條件和養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)Na+遷移趨勢(shì)的作用，結(jié)合地聚物樣品的浸出試驗(yàn)簡(jiǎn)要分析了Na+在結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)與分布可能對(duì)地聚物泛堿行為的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

本實(shí)驗(yàn)使用的主要原材料礦渣是由廣西北海誠(chéng)德集團(tuán)提供，礦渣的密度為2.96 g/cm3，比表面積是1.44 m2/g，其主要化學(xué)成分及含量由XRF分析得到，如表1所示。通過(guò)粒徑分析得到其粒徑分布曲線如圖1所示。

表1 礦渣的主要化學(xué)成分及其含量Tab.1 Chemical composition of slag

注1. LOI表示在1 000 ℃下的燒失量。

圖1 礦渣的粒徑分布Fig.1 Particle size distribution of slag

實(shí)驗(yàn)使用的堿激發(fā)劑為液體水玻璃。原水玻璃[固含量為38.7 %，n(SiO2)/n(Na2O)=3.3]是由廣西南寧春旭化工有限公司生產(chǎn)，通過(guò)加入固體NaOH(≥96 wt%)配置成模數(shù)為1.8的液體水玻璃作為堿激發(fā)劑。實(shí)驗(yàn)使用的液體水玻璃需提前配置，存放于22 ℃烘箱中靜置24 h。

1.2 樣品的制備

將礦渣、液體水玻璃[n(SiO2)/n(Na2O) = 1.8]和去離子水按一定比例混合，在500 r/min下攪拌均勻，均勻的地聚物漿料倒入模具，震動(dòng)消泡后在環(huán)境條件[(25±3) ℃，(55±5) %RH]下養(yǎng)護(hù)至不同齡期對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試表征。本實(shí)驗(yàn)制備的堿激發(fā)礦渣基地聚物樣品的n(Na2O)/n(Al2O3)=1.11，n(H2O)/n(Na2O)分別為18.52、21.03、24.95。地聚物樣品的n(Na2O)/n(Al2O3)由礦渣和水玻璃決定，n(H2O)/n(Na2O)則通過(guò)改變?nèi)ルx子水的摻入量來(lái)調(diào)節(jié)。

1.3 樣品的測(cè)試與表征

將攪拌均勻的地聚物漿料倒入20 mm ×20 mm ×20 mm規(guī)格的六聯(lián)模具，在室內(nèi)條件[(25±3) ℃，(55±5) % RH]下養(yǎng)護(hù)28 d，用于測(cè)試樣品的抗壓強(qiáng)度和收縮?？箟簭?qiáng)度由電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(DNS100，長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所有限公司)進(jìn)行測(cè)試，位移速率采用0.5 mm/min，測(cè)試結(jié)果取6個(gè)平行試樣的平均值。地聚物材料的收縮是衡量其性能的一個(gè)重要指標(biāo)，通過(guò)測(cè)量立方試樣在不同養(yǎng)護(hù)齡期(1 d、7 d和28 d)的線性變化以獲得地聚物樣品的收縮率。

孔結(jié)構(gòu)的分析通過(guò)氮?dú)馕椒y(cè)定，通過(guò)比表面積及孔徑分布測(cè)試儀(Gemini VII, Micromeritics Instrument Corporation, USA)測(cè)試樣品的孔徑分布。試樣在105 ℃烘箱中烘干3 h，由公式(1)計(jì)算可得樣品的總孔隙率，即：

(1)

式中，φ為樣品孔隙率；ρ1為樣品表觀密度(g/cm3)；ρ2為樣品真密度(g/cm3)；m1為樣品質(zhì)量(g)；V1為樣品表觀體積(cm3)；m2為試樣研磨成粉后，倒入裝有煤油的密度瓶的粉末質(zhì)量(g)；V2為試樣研磨成粉后，倒入裝有煤油的密度瓶的粉末體積(cm3)。

圖2 地聚物樣品取樣示意圖Fig.2 Sampling illustration of alkali-activated slag-based geopolymer samples

為測(cè)量地聚物樣品中不同高度位置的鈉含量變化，利用X射線熒光光譜分析儀(XRF, X Ray Fluorescence,日本島津XRF-1800)對(duì)各試樣進(jìn)行元素含量分析。按上述不同n(H2O)/n(Na2O)的組成配比制備地聚物樣品，混合、攪拌均勻的地聚物漿料倒入Φ 50 mm×300 mm尺寸的柱形塑料模具，用雙層聚乙烯膜密封模具，放置于環(huán)境條件[(25±3) ℃，(55±5) %RH]下固化成型。10 h后，不需脫模養(yǎng)護(hù)的樣品根據(jù)不同的n(H2O)/n(Na2O) (分別為18.52、21.03和24.95)將樣品依次標(biāo)記為HN1-M、HN2-M、HN3-M，而脫模養(yǎng)護(hù)的樣品拆模后用環(huán)氧樹(shù)脂密封側(cè)面及底面，上端面敞開(kāi)于空氣中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，相應(yīng)地分別標(biāo)記為HN1-E、HN2-E、HN3-E。待地聚物樣品養(yǎng)護(hù)到相應(yīng)齡期后，將柱形樣品等距切割，在5個(gè)不同高度位置取約5 mm 厚的圓塊試樣，將圓塊于105 ℃條件下干燥3 h后破碎、研磨，再各取粒徑小于0.038 mm的粉末試樣用于鈉含量的測(cè)試。圖2所示為地聚物柱形樣品的取樣示意圖。

將以上述同樣方法制備的地聚物柱形樣品在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)7 d，脫模后將樣品繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至28 d，再以相同方式等距切割柱形樣品，在不同高度位置取約5 mm厚的小圓塊試樣，再分別將其破碎、研磨，各取粒徑范圍為0.048～0.075 mm的粉末試樣。分別稱取1±0.000 1 g粉末樣品浸泡于20 mL去離子水中，環(huán)境條件下放置24 h后離心，并取液體部分于烘箱中蒸發(fā)，蒸干水分以獲得浸出的可溶鹽的質(zhì)量，以此評(píng)價(jià)潛在的泛堿趨向。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗壓強(qiáng)度與收縮率

圖3和圖4分別展示了不同n(H2O)/n(Na2O)的地聚物樣品的收縮率變化趨勢(shì)和28 d的抗壓強(qiáng)度。地聚物在固化成型以及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，隨著礦渣水化反應(yīng)的進(jìn)行和地聚物材料內(nèi)部水分的逐漸散失，孔隙網(wǎng)絡(luò)由于干燥而產(chǎn)生的化學(xué)收縮和毛細(xì)管張力導(dǎo)致凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮。由圖3可知，各地聚物樣品的收縮率均隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。通過(guò)改變水摻量調(diào)節(jié)地聚物材料的n(H2O)/n(Na2O)會(huì)影響礦渣堿激發(fā)反應(yīng)的初始硅酸根離子濃度和堿度，進(jìn)而影響礦渣基地聚物材料的水化和微觀結(jié)構(gòu)，以及力學(xué)性能的發(fā)展[17]。圖3展示了在本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)樣品養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同時(shí)，隨著n(H2O)/n(Na2O)的增加，礦渣基地聚物樣品的收縮程度隨之增大，n(H2O)/n(Na2O)=18.52的樣品擁有最小的收縮率，而n(H2O)/n(Na2O)=24.95的樣品的收縮率最大。這是因?yàn)榕c其他樣品相比，雖然樣品由于摻水量增多而n(H2O)/n(Na2O)增大，使初始反應(yīng)的堿度和硅酸根離子濃度降低，反應(yīng)產(chǎn)生的凝膠量相對(duì)變少，但可能由于水摻量變大使地聚物樣品產(chǎn)生了更多的孔隙，因此導(dǎo)致n(H2O)/n(Na2O)大的地聚物樣品的收縮現(xiàn)象更嚴(yán)重[18]。礦渣基地聚物的三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)使其具有較高的抗壓強(qiáng)度，水化程度高的樣品產(chǎn)生的凝膠量更多，樣品則擁有更高的抗壓強(qiáng)度，這與實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的抗壓強(qiáng)度結(jié)果是相符的，如圖4所示，養(yǎng)護(hù)28 d的地聚物樣品的抗壓強(qiáng)度隨著n(H2O)/n(Na2O)的增加而逐漸降低，n(H2O)/n(Na2O)=24.95的樣品具有顯著小于其他配比樣品的抗壓強(qiáng)度。

圖3 不同n(H2O)/n(Na2O)的地聚物樣品在不同養(yǎng)護(hù)齡期的收縮率
Fig.3 Shrinkage rate of samples withdifferentn(H2O)/n(Na2O) at different ages

圖4 不同n(H2O)/n(Na2O)的地聚物樣品養(yǎng)護(hù)28 d的抗壓強(qiáng)度
Fig.4 Compressive strength of samples cured28 d with differentn(H2O)/n(Na2O)

2.2 孔結(jié)構(gòu)

不同n(H2O)/n(Na2O)的樣品在7 d齡期時(shí)的孔徑分布如圖5所示。由于具有較高程度的水化反應(yīng)，水玻璃激發(fā)的礦渣基地聚物材料具有較低的總孔隙率和較大的介孔體積，從樣品的孔徑分布(圖5)可以看出，不同n(H2O)/n(Na2O)樣品的孔都主要以介孔為主。地聚物孔隙網(wǎng)絡(luò)中的毛細(xì)孔和凝膠孔均能產(chǎn)生較強(qiáng)的毛細(xì)作用[19]，自由水和離子依靠孔隙網(wǎng)絡(luò)得以在材料中移動(dòng)。如圖5所示，n(H2O)/n(Na2O)的改變?cè)斐傻V渣基地聚物的孔徑分布曲線隨著n(H2O)/n(Na2O)的增大向左偏移，這表明地聚物樣品的孔徑有細(xì)化的趨勢(shì)。根據(jù)圖6還可以發(fā)現(xiàn)，n(H2O)/n(Na2O)=24.95的樣品擁有高于其他樣品的孔隙率，且隨著n(H2O)/n(Na2O)的增加，地聚物樣品的孔隙率也隨之增大，這與上述的n(H2O)/n(Na2O)=24.95樣品表現(xiàn)出更低的抗壓強(qiáng)度和更大的收縮的結(jié)果是相符合的。如“2.1節(jié)”內(nèi)容所述，改變水摻量以調(diào)節(jié)地聚物的n(H2O)/n(Na2O)會(huì)影響堿激發(fā)劑的激發(fā)效果，從而影響原材料間的地質(zhì)聚合反應(yīng)，導(dǎo)致地聚物樣品的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。關(guān)于地聚物原材料的組成配比，其中水摻量是調(diào)控地聚物孔結(jié)構(gòu)的重要因素[20-21]，n(H2O)/n(Na2O)的改變顯著影響地聚物材料的力學(xué)性能和耐久性。

圖5 7 d齡期的不同n(H2O)/n(Na2O)的地聚物樣品的孔徑分布
Fig.5 Pore size distribution of geopolymer sampleswith differentn(H2O)/n(Na2O) at 7 d age

圖6 7 d齡期的不同n(H2O)/n(Na2O)的地聚物樣品的孔隙率
Fig.6 Porosity of samples with differentn(H2O)/n(Na2O) at 7 d age

2.3 地聚物樣品的鈉含量分布

環(huán)境條件下不同地聚物樣品在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的失水率變化如圖7所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，可失去的自由水大部分在7 d前就已經(jīng)從結(jié)構(gòu)中散失，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)至28 d，地聚物材料的失水量開(kāi)始減少且逐漸趨于平衡。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同時(shí)，地聚物樣品的失水率隨n(H2O)/n(Na2O)的增大而增大；在n(H2O)/n(Na2O)相同的條件下，對(duì)于表面暴露在環(huán)境中的地聚物樣品，其失水明顯更快更多，失水率也顯著增大。

圖7 不同n(H2O)/n(Na2O)的地聚物樣品在不同齡期的失水率
Fig.7 Water loss of samples with differentn(H2O)/n(Na2O) at different ages

圖8展示了本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)條件下的7 d齡期樣品利用XRF測(cè)得的不同高度位置處的鈉含量。從圖中可以看出，樣品在不同高度位置處的鈉含量并不相同，整體表現(xiàn)出樣品頂部附近的鈉含量明顯地高于其他位置。不同n(H2O)/n(Na2O)樣品的鈉含量變化趨勢(shì)也存在差異，圖8(a)～(c)展現(xiàn)了不需脫模養(yǎng)護(hù)的HN-M系列樣品和頂部表面暴露在環(huán)境中的HN-E系列樣品均隨著n(H2O)/n(Na2O)的增大，礦渣基地聚物的鈉含量變化程度更明顯。n(H2O)/n(Na2O)更大的樣品，其頂部與底部的鈉含量差也相對(duì)更大，鈉含量分布曲線也更陡峭，相應(yīng)地，n(H2O)/n(Na2O)最小的樣品的鈉含量分布曲線相對(duì)平緩，各位置處的鈉含量變化不大。這種現(xiàn)象的存在可能是由于當(dāng)水分從地聚物中散失時(shí)，內(nèi)部游離的Na+跟隨水分通過(guò)材料的孔隙網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)，從而使樣品在不同高度位置處的鈉含量產(chǎn)生差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，n(H2O)/n(Na2O)的變化影響礦渣基地聚物的水蒸發(fā)量和孔結(jié)構(gòu)，此外，水用量的變化還會(huì)影響地聚物孔隙的連通性，高水摻量的地聚物會(huì)產(chǎn)生更開(kāi)放的孔隙形態(tài)[22]，因此n(H2O)/n(Na2O)增大導(dǎo)致的地聚物這種孔結(jié)構(gòu)的變化促進(jìn)了Na+在材料中的移動(dòng)?？偠灾?，礦渣基地聚物中Na+的遷移趨勢(shì)隨著n(H2O)/n(Na2O)的增大而更顯著，向上蒸發(fā)的水分通過(guò)孔隙網(wǎng)絡(luò)從材料頂部的表面散失，導(dǎo)致更多的Na+移動(dòng)到材料頂部而富集，從而使地聚物樣品的頂部擁有最高的鈉含量。

圖8(a)～(c)還展示了HN-E系列樣品的鈉含量分布趨勢(shì)相比于HN-M系列樣品有所增長(zhǎng)，結(jié)合圖7說(shuō)明的頂部表面暴露于環(huán)境中使樣品失水更嚴(yán)重的現(xiàn)象，表明頂部表面敞開(kāi)養(yǎng)護(hù)可能促進(jìn)了Na+隨水分在材料中的遷移，地聚物樣品只有上表面暴露于環(huán)境中保證了整體上Na+的一維縱向移動(dòng)，因而導(dǎo)致靠近樣品頂部位置的變化最大，鈉含量明顯增加。圖8(d)說(shuō)明了HN3-M樣品中各位置的鈉含量分布趨勢(shì)與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，7 d齡期的地聚物樣品對(duì)比1 d齡期的樣品，說(shuō)明養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)Na+的移動(dòng)有一定的促進(jìn)作用，但當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)到28 d，樣品的鈉含量分布沒(méi)有明顯變化，這意味著延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)于HN3-M樣品早期結(jié)構(gòu)中的游離Na+的移動(dòng)是有正向作用的，之后則對(duì)其的促進(jìn)作用有限。Xu等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了干濕循環(huán)條件下的混凝土砂漿樣品，其頂部的離子濃度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加(養(yǎng)護(hù)時(shí)間9個(gè)月)而明顯增長(zhǎng)[23]，由此推測(cè)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)HN3-M樣品的這種有限促進(jìn)作用可能是由于，當(dāng)?shù)V渣基地聚物材料失水逐漸達(dá)到平衡后，沒(méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)力和足夠長(zhǎng)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間使結(jié)構(gòu)中游離的Na+繼續(xù)遷移。

圖8 不同n(H2O)/n(Na2O)的地聚物樣品在不同高度位置的鈉含量和HN3-M樣品在不同齡期的鈉含量分布
Fig.8 Na contents at different heights of samples with differentn(H2O)/n(Na2O) and the distribution ofNa contents of HN3-M at different ages

2.4 地聚物樣品的堿浸出

不同n(H2O)/n(Na2O)的礦渣基地聚物樣品在不同高度位置處的堿浸出率如圖9所示。由于地聚物結(jié)構(gòu)中的游離OH-和Na+在水里的易溶出性，因此堿浸出率可以用來(lái)表征試樣的泛堿趨向[24-25]。地聚物的泛堿行為與原材料的組成配比，堿激發(fā)劑種類以及養(yǎng)護(hù)條件等因素有密切關(guān)系，這些因素的改變會(huì)引起，一是地聚物微觀結(jié)構(gòu)的變化，一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有較大的孔徑和/或較高的孔隙率會(huì)使地聚物更容易泛堿[10]。二是地聚物結(jié)構(gòu)中可溶性堿離子含量的改變，水摻量增加使地聚物n(H2O)/n(Na2O)增大而帶來(lái)的稀釋效應(yīng)，可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)中游離OH-和Na+的濃度，這也會(huì)影響地聚物的泛堿[13,26-27]。不同n(H2O)/n(Na2O)的樣品的泛堿程度存在差異，當(dāng)樣品的n(Na2O)/n(Al2O3)相同時(shí)，n(H2O)/n(Na2O)=18.52的樣品相比于其他樣品表現(xiàn)出更高的堿浸出率，表明其具有更強(qiáng)烈的可能泛堿趨向。雖然n(H2O)/n(Na2O)大的樣品孔隙率高于其他配比的樣品，但由于稀釋效應(yīng)，水摻量大的樣品的孔隙溶液中游離的堿離子濃度相對(duì)地更低，這解釋了為什么本實(shí)驗(yàn)中n(H2O)/n(Na2O)大的樣品具有更低的堿浸出率。此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明各樣品不同高度位置的試樣在堿浸出率上也存在差異，如圖9所示，地聚物樣品在頂部附近的堿浸出率明顯高于其他位置，結(jié)合2.3節(jié)內(nèi)容討論的關(guān)于樣品不同位置的鈉含量分布來(lái)看，可以推測(cè)礦渣基地聚物的堿浸出差異可能與結(jié)構(gòu)中游離Na+的遷移有關(guān)，Na+隨向上擴(kuò)散和蒸發(fā)的水分移動(dòng)到樣品頂部，使頂部附近的鈉含量增加，因此導(dǎo)致其堿浸出率的增大。這也意味著樣品頂部附近的理論泛堿趨向是最大的，頂部附近可能會(huì)最先發(fā)生泛堿或其泛堿程度會(huì)相對(duì)更嚴(yán)重，這從側(cè)面間接地說(shuō)明了地聚物中游離Na+的移動(dòng)影響材料的泛堿行為。

不同n(H2O)/n(Na2O)的地聚物樣品在不同高度位置的堿浸出率Fig.9 Extent of alkali leaching of different heights of 28 d-age samples with different n(H2O)/n(Na2O)

3 結(jié)語(yǔ)

本文探究了Na+在水玻璃激發(fā)的礦渣基地質(zhì)聚合物中的遷移與分布。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變水摻量的方式調(diào)節(jié)地聚物的n(H2O)/n(Na2O)，顯著影響地聚物材料的力學(xué)性能和孔結(jié)構(gòu)。在地聚物樣品的n(Na2O)/n(Al2O3)相同，n(H2O)/n(Na2O)從18.52增大到24.95的條件下，其抗壓強(qiáng)度逐漸降低和收縮程度隨之增加，孔徑呈現(xiàn)細(xì)化的趨勢(shì)，但孔隙率隨n(H2O)/n(Na2O)的增大而增加。

礦渣基地聚物在不同高度位置的鈉含量存在差異，頂部附近的鈉含量高于其他位置，這與礦渣基地聚物結(jié)構(gòu)中游離Na+跟隨水分在材料的孔隙網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)有關(guān)，因此n(H2O)/n(Na2O)的增加引起地聚物孔結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致礦渣基地聚物中Na+的遷移與分布也發(fā)生改變，水蒸發(fā)量和地聚物孔隙率增加，相應(yīng)的鈉含量分布曲線逐漸變陡，Na+的遷移趨勢(shì)更明顯。養(yǎng)護(hù)條件和養(yǎng)護(hù)時(shí)間也對(duì)地聚物中Na+的移動(dòng)有影響，地聚物的頂部表面暴露在空氣中養(yǎng)護(hù)促進(jìn)了結(jié)構(gòu)中Na+的移動(dòng)，延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間有利于地聚物早期結(jié)構(gòu)中Na+的移動(dòng)，之后則促進(jìn)作用有限。

地聚物在不同高度位置的堿浸出率存在差異，鈉含量最大的頂部位置同樣地?fù)碛凶罡叩膲A浸出率，這說(shuō)明地聚物頂部附近的泛堿理論上相對(duì)于其他位置可能會(huì)更早出現(xiàn)或更嚴(yán)重，這也間接地說(shuō)明游離的Na+在結(jié)構(gòu)中的遷移影響礦渣基地聚物的泛堿行為。