材料科学与工程的发展

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材料科学与工程的发展/2021年/文章

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体积 2021年 |文章的ID 9970753 | https://doi.org/10.1155/2021/9970753

李劲,培元中学Chen Haibing Cai,应徐,Murodjon Rasulov, 对硅烷浸渍保护Alkali-Activated矿渣砂浆”,材料科学与工程的发展, 卷。2021年, 文章的ID9970753, 10 页面, 2021年 https://doi.org/10.1155/2021/9970753

对硅烷浸渍保护Alkali-Activated矿渣砂浆

学术编辑器:Yuanshi李
收到了 2021年3月30
修改后的 2021年8月01
接受 2021年8月18日
发表 2021年8月29日

文摘

本文研究了硅烷浸渍的防护性能的影响alkali-activated渣(AAS)的迫击炮。表面硅烷浸渍在吸水,接触角,穿透深度检查。相关保护机制方面分析了硅烷浸渍扫描电子显微镜(SEM), x射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(ir)。结果表明,原子吸收光谱法的表面硅烷浸渍后砂浆从亲水变成疏水接触角增加80°36°- 116°。和水吸收显著下降了74.42%到97.79%。两层涂层的穿透深度显著高于单层涂层。最佳的涂层方法和剂量的硅烷是两层涂层和200 g / m2。此外,硅烷浸渍形成一个稳定的Si-O债券通过水解缩合反应与AAS迫击炮和−CH2CH3集团的硅烷表面的AAS迫击炮。

1。介绍

原子吸收光谱法的特点,如易制备,能耗低,固体废物利用率,低成本,使它被称为一个环保的“绿色材料”在过去的几十年里,以极大的发展潜力1,2]。它常常被视为一个潜在的替代普通硅酸盐水泥(OPC)有许多优势,如优越的抗压强度、抗酸碱侵蚀、耐冻融、碳化性能,可以有效地减少碳足迹和处理固体废弃物资源(3]。

虽然比OPC原子吸收光谱法具有更好的性能,这也是常见的亲水性和多孔4- - - - - -6]。当原子吸收材料暴露在外部积极的环境很长一段时间,也容易受到激进的物质的入侵,导致结构恶化[7]。因此,原子吸收光谱法的耐久性材料已被广泛关注,让它更好的应用于建筑领域。值得提醒的是,表面处理是有效改善水泥基材料的耐久性(8]。

有三种类型的表面处理,可以分类:(1)密封,阻塞毛孔的混凝土封口机;(2)表面涂层,聚合物膜适用于混凝土表面形成一个连续的物理保护屏障;和(3)表面浸渍,疏水性代理(硅烷或硅氧烷)浸渍在衬底的表面,产生一层疏水(9,10]。许多研究人员已经证明了硅烷浸渍混凝土表面技术可以建立一个保护屏障,提高混凝土的耐久性,使混凝土透气没有机械性能的损失。然而,表面涂层和密封通常影响混凝土的渗透性和矩阵的性能8,11- - - - - -14]。鉴于这一点,表面浸渍已变得越来越受欢迎。

目前,研究表面浸渍AAS砂浆的性能是有限的。主要研究集中在表面浸渍混凝土的防护性能。早在1980年代,硅烷的影响疏水渗剂在混凝土的耐久性进行了广泛的调查15]。许多实验证实,表面浸渍silane-based防水处理收益率在混凝土表面疏水膜,从而延缓钢筋混凝土的腐蚀。证据从广泛的测试结果表明,硅烷吸水率显著下降,内部湿度、和混凝土的氯离子渗透。另一个研究报告说,混凝土用硅酸乙酯治疗不仅有效地提高了抗氯离子和碳酸,但也离开了毛孔开放(14]。此外,混凝土梁处理硅烷还保护服务二十年后,结果显示Christodoulou [16]。朱镕基等人观察到,有效的改善混凝土的毛细吸水表面硅烷处理octyltriethoxysilane /硅氧烷和硅烷的穿透深度混凝土在烤箱干是6.8到9.1毫米(17]。Medeiros等人表明,表面保护(如疏水性代理、聚氨酯涂料、丙烯酸涂料,和双系统)显著降低混凝土的sorptivity(还原率> 70%)和氯离子扩散系数(减少86%)18]。

然而,尽管大量的先前的研究集中在水泥基材料表面浸渍silane-based水驱虫剂,已经有非常有限的保护工作进行硅烷浸渍在AAS迫击炮16,19- - - - - -24]。现在仍不知道是否这种表面浸渍适用于保护AAS迫击炮。此外,以往的研究表面浸渍主要研究抗碳化耐久性和抗氯离子,很少从微观的角度分析了它。因此,有必要进行系统的实验调查评估保护硅烷浸渍在AAS迫击炮和AAS迫击炮保护提供参考。本文的目的是研究保护硅烷浸渍AAS灰浆。采用isobutyltriethoxysilane和三种不同剂量(100、200和300 g / m2)与两种不同的涂层方法(单层涂层和两层涂层)的硅烷用于外套AAS迫击炮的表面。吸水率、接触角和穿透深度的硅烷AAS灰浆主要是评估。和AAS迫击炮的样本的年龄28天处理硅烷或不分析了硅烷通过SEM, XRD, ir达到深入理解表面的硅烷浸渍AAS迫击炮。

2。材料和方法

2.1。材料

地面粒状高炉矿渣(GGBFS)从中国购买阜阳鑫源建筑材料有限公司,有限公司,分为年级活动指数大于105[希腊悲剧诗人]根据GB / T 18046 (25]。其表观密度和比表面积GGBFS 2.8克/厘米3和1.5352分别/ g。GGBFS的化学成分如表所示1。图1显示了XRD GGBFS的模式2θ= 10°-70°。可以清楚地看到,GGBFS的主要成分是黄长石。GGBFS的粒度分布测量的激光粒度分析仪如图2。砂是用作天然砂的淮河淮南细度模数为2.36和2600公斤/米的表观密度3。自来水是用于实验。北京生产的硅烷浸渍剂Mengtai伟业有限公司有限公司是使用。它的活性成分是isobutyltriethoxysilane纯度为98.9%,和它的结构式如图3。可以看出,硅烷有三个hydrolysable乙氧基的组和一个异丁基组。硅烷的水解时间可以通过监测其电导率测试(26]。测试解决方案是5%的硅烷溶液准备蒸馏水的混合物。确定了水解时间在26.5小时的最大电导率达到使用模型ddsj - 308 f电导率测试仪(上海INESA科学仪器有限公司,中国),因为缩合反应接管电导率降低。图4描述了isobutyltriethoxysilane溶液的导电率的变化。硅烷的属性表表示2。细粒度的氢氧化钠含量大于96.0%的纯度分析是购自天津恒星化学试剂有限公司,有限公司Alkaline-activating解决方案所需的成分配方使用7 m氢氧化钠溶液。


化学成分/ wt。%(光谱仪)
SiO2 艾尔2O3 分别以 2O3 TiO2 K2O

GGBFS 43.7 26.5 18.2 4.9 1.0 1.0 0.8


产品 外观 活性成分 活性成分含量(%) 比重(g / cm3)

硅烷 白色液体 Isobutyltriethoxysilane ≥98.9 0.88

2.2。迫击炮和涂料的制备方法

的质量比混合,活化剂GGBFS保持在0.5,和含砂量为45%。首先,干燥的实验材料放入搅拌机搅拌3分钟。然后,alkaline-activating方案都涌入混合器的另一个2分钟。

根据中国标准JTJ 275 - 2000 (27),40毫米×40毫米×160毫米棱镜标本演员和治愈的标准条件下28天23°C和RH > 95%。然后,所有标本,被清洗,干燥后在烤箱60°C 5小时。剩下的5表面的标本用石蜡密封除了一个矩形表面进行测试。和剩余未封口的表面的标本被刷与硅烷和均匀刷在同一方向8 - 10次。每次刷牙后进行前刷牙完全吸收的砂浆。三种类型的涂层的硅烷被选为实验两种类型的涂层方法(单层涂层和两层涂层)使用刷子。两层涂层之间的时间间隔6小时以确保第一层涂层的硅烷应用是完全连着灰浆。表3提供了一个详细的涂层方案。C代码的这些混合物,表明对照组裸AAS砂浆,O表示AAS砂浆单层涂层处理,T表示AAS砂浆两层涂层处理,后面的数字字母识别表明硅烷的涂料用量。所有测试块被放置在室温和无风的环境中治疗7天后涂层的标本。因此,进行了相关的测试。


样本数量 的涂料总量(g / m2) 一次涂层(g / m2) 涂装间隔时间(小时)

C 0 0 0
O100 One hundred. One hundred. 0
O200 200年 200年 0
O300 300年 300年 0
T100 One hundred. 50 6
T200一样 200年 One hundred. 6
T300 300年 150年 6

2.3。测试方法
2.3.1。水吸收

根据中国标准JTJ 275 - 2000 (27),标本与硅烷涂层固化7天是在烤箱干40°C 48小时。标本的质量(0),5、10、30、60、120和140分钟是根据图中所示的测试方法进行测试5(28]。标本取出权重和立即更换每个测试直到测试结束。吸水高度的计算下列公式所示: 在哪里H吸水高度(单位:毫米);t标本的质量在相应的测试时间(单位:克);0是原始的质量(单位:克);ρ是水的密度(单位:g /毫米吗2);和年代是灰浆样品和水之间的接触面积(单位:毫米2)。吸水率是决定从最适合线的斜率的情节吸水高度与时间的平方根。

2.3.2。穿透深度

疏水性指标的方法被用来测试硅烷的穿透深度。样品固化硅烷涂层处理后7天被弯曲断电阻测试仪然后恒温干燥箱中干燥24小时60°C。后来,水喷到断裂的试样表面疏水性指标。测量的深度区域不被水浸湿的穿透深度硅烷由于其疏水性。8 - 10不同位置拍摄的每个试样测量,据报道,平均价值。

2.3.3。接触角

研究涂层方法和涂料的保护作用剂量AAS迫击炮,砂浆表面的接触角是用接触角测量仪测量的疏水性能AAS砂浆的特点。每个测试的水滴大小控制在3μL,三个测量的平均值报告结果。

2.3.4。迫击炮的微观测试和表征

样品有或没有硅烷涂层微观测试的选择。由扫描电镜的微观形态学观察每组10 kV电压加速。收集到的样本的深度测试表面和vacuum-dried 1 - 3毫米。SEM观察之前,所有的样品都喷上一层黄金120秒,获得更好的导电性。

样品的矿物相组成进行了分析通过XRD Cu_Ka辐射。和它的扫描角和扫描速度5°-85°和3°/分钟,分别。傅立叶变换红外光谱被用来进一步描述的化学官能团AAS砂浆涂上不同的硅烷用量和不同涂层的方法。和它的红外波长是4000厘米−1-400厘米−1。所有AAS灰浆样品的光谱记录根据以下详细的程序:首先,内部的一个标本1 - 3毫米的深度测试表面,从棱镜治愈后7天内涂层,是vacuum-dried和地面粉的大小小于75μm。测试后,玉软件和Omnic软件被用来分析x射线衍射和红外光谱的AAS砂浆和没有硅烷涂层,分别。

3所示。结果与讨论

3.1。水吸收

吸水率是影响耐久性的主要因素之一的原子吸收材料。表面防护处理可以有效地降低材料的吸水性能,从而提高材料的耐久性。研究硅烷浸渍在AAS灰浆的保护效应,吸水率测试。数据67的吸水高度和吸水AAS迫击炮在不同涂层方法和不同的涂料用量,分别。类似的规律见图67。所显示的图6AAS迫击炮的吸水高度不高于硅烷保护治疗表面浸渍迫击炮,表明AAS迫击炮被积极的离子容易被入侵。通过硅烷表面浸渍,水吸收AAS迫击炮显著减少了74.42%到97.79%。这与其他研究的结果是一致的18]。

此外,吸水率O200集团的涂料用量为200 g / m2是最低的单层涂层和AAS迫击炮在两层涂层的吸水率都低于单层涂层具有相同的涂层硅烷的用量。这种现象是由于表面的砂浆与太多的硅烷,饱和不能渗透灰浆的内部造成的损失。和单层涂层相比,相同剂量的两层涂层硅烷表面上很容易饱和,阻碍进一步渗透到砂浆的内部。结果表明,两层涂层的影响进一步行动的迫击炮和硅烷比单层涂层。

此外,第二涂层弥补缺陷,因为第一涂层的硅烷高渗透率穿透了砂浆与砂浆表面没有完全交互。

3.2。接触角

8介绍了每组的接触角测试结果AAS迫击炮。每个砂浆试样的接触角值在图8。它可以清楚地观察到普通的接触角AAS砂浆是36°因为其亲水的属性,显示良好的润湿效果。通过表面硅烷浸渍,AAS迫击炮的接触角显著增加了80°36°- 116°,把AAS迫击炮的表面性质强亲水疏水。接触角的改善是由于硅烷涂层后的降低表面张力,从而减少水的迁移率成AAS砂浆(29日,30.]。这促进了疏水有利于实现更好的保护AAS迫击炮。值得提醒的是,表面的接触角与增加先增加然后减少涂料用量,不管单层涂层或两层涂层。这是归因于过度的硅烷保护网络疏水性膜损伤。

此外,两层涂层显示出更多优秀的疏水性能相比单层涂层。AAS砂浆表面的接触角与两层涂层相当比单层涂层具有相同的涂料用量,表现出更好的疏水性能。同样,接触角得到两层涂层的涂料用量是最大的200 g / m2。这是与吸水率的结果一致。这是归因于两层涂层弥补缺点的单层涂层的硅烷渗透砂浆深处没有完全反应表面灰浆。乙(−CH2CH3)集团与AAS砂浆形成硅烷反应网络疏水膜的疏水性质浸渍区。特别是,太多的硅烷可能损坏形成疏水膜,造成轻微的接触角下降。

3.3。穿透深度

硅烷浸渍的渗透深度AAS砂浆见图9。它可以观察到,硅烷的穿透深度逐渐增加,涂料用量的增加单层和两层涂料。进步的穿透深度的增加是由于这样的事实,所选的主要成分硅烷isobutyltriethoxysilane,具有良好的渗透性由于其分子结构。这是一致的发现朱et al。(17]。

此外,两层涂层的穿透深度大于单层涂层具有相同的涂料用量。单层膜的穿透深度和两层涂层涂料用量的100 g / m2分别为2.8毫米和5.2毫米。这种现象主要归因于这样一个事实:砂浆的干燥的表面很容易被硅烷浸渍在一层饱和,导致硅烷的损失,从而影响硅烷的穿透深度。两层涂层相当于减少单一涂层。此外,最初由硅烷湿表面变得干燥在第二涂层的间隔6 h。这有利于硅烷的渗透,避免硅烷的影响渗透饱和造成的砂浆毛细毛孔涂有大量的硅烷在很短的时间内。注意到一个小增量的穿透深度观察T200一样和T300组,显示多余的硅烷是有害的穿透深度的增加。这种现象的产生是由于硅烷的形成疏水膜,阻碍后续硅烷的渗透。另一方面,总涂料用量超过200 g / m2趋于饱和的处理表面原子吸收砂浆。

3.4。形态学和矿物成分
3.4.1。扫描电镜

10显示所有样品的扫描电镜图像治愈28天不同的涂层方法和涂料用量。从图可以看出10,没有明显的差异存在于所有实验的组织团体相比,对照组(C),没有明显的差异对砂浆的密度和孔隙度保护性治疗后(31日]。此外,没有发现新的水化产品后硅烷保护。与对照组相比没有表面浸渍,层状结构形成的内表面原子吸收砂浆与硅烷浸渍。这种现象的结果测试AAS迫击炮被治愈28天良好的水化过程。和硅烷的水解缩合反应形成Si-O-CH2CH3粘结砂浆和形成一个疏水膜的浸渍区砂浆不影响砂浆的水化产品和微观结构。此外,非极性集团引入毛细管孔向外排队,这减少了孔隙的表面自由能。因此,AAS迫击炮的优异的疏水性和良好的保护作用。

3.4.2。XRD

11显示所有的矿物相组成迫击炮在28天。类似的XRD实验组和对照组之间的模式。6种矿物质根据标准确定JCPDS文档和参考资料。AAS迫击炮28天的主要阶段是石英,C-S-H, C-A-S-H,水滑石,雪硅钙石和方解石的对照组。

从图可以看出11砂浆的主要水化产物没有影响表面浸渍固化7天后,这是大大同意雪的观察et al。32]。这种现象的产生是由于疏水膜形成AAS砂浆表面硅烷的水解缩合,形成Si-O-CH2CH3债券的砂浆不引入额外的水化产物。另一方面,保护治疗的对象是28天的AAS迫击炮治愈完全水化。此外,细骨料(砂)纳入AAS迫击炮占石英阶段标本和方解石样品制备过程中可能是由于碳化。

3.4.3。傅立叶变换红外光谱

12显示了alkali-activated矿渣砂浆的傅立叶变换红外光谱的波长4000厘米−1-400厘米−1在28天不同的涂层方法和涂料用量。清楚地看到,值得注意的是有两个不同的吸收峰,2926厘米−1和2856厘米−1在处理和未经处理的AAS迫击炮之间。这些都是有关碳氢键的伸缩振动乙(−CH2CH3isobutyltriethoxysilane)集团(33]。这两个吸收峰表明硅烷成功行动AAS迫击炮和形成一个疏水膜孔附近区域内由硅烷浸渍。

峰值为1654厘米−1是渣的H-OH弯曲振动峰。乐队在1430厘米左右−1,956厘米−1,897厘米−1,670厘米−1相关的特征吸收峰C-S-H [34,35]。此外,振动频带附近1430厘米−1也可能是由碳酸钙(36]。峰值为451厘米−1对应于硅Si-O乐队。乐队在3460厘米−1有关自由的振动吸收峰−哦由于碱性AAS灰浆。

4所示。结论

本文研究了硅烷浸渍的影响在AAS迫击炮的保护。根据上述实验结果和讨论,可以得出以下结论:(1)表面浸渍AAS迫击炮是有效地增加接触角,改变了表面性质的原子吸收砂浆从亲水疏水。和水吸收后成功地抑制了其表面疏水性表面硅烷浸渍。穿透深度的硅烷硅烷用量的增加而增加。和硅烷在AAS迫击炮的穿透深度下两层涂层高于单层涂层。(2)两层的最佳的涂层方法和最优涂料用量200 g / m2测定最低吸水和最大接触角。(3)表面硅烷浸渍不影响AAS砂浆的微观结构和水化产物的形成。主要归因于乙(−CH2ch3)的硅烷与AAS砂浆基质相互作用,形成一个净疏水膜,从而改善AAS迫击炮的耐久性。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(52008003),安徽省住房城乡建设部科技计划项目(2020 - yf12和2020 - yf14),安徽省重点研究与发展计划项目(201904 a07020081),与自然科学基金会的安徽(1908085 qe213)。

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