环氧树脂对偏高岭土基地聚合物耐海水腐蚀性能的影响

摘要

研究了环氧树脂含量、固化时间等外界因素对地聚合物、氢氧化钠和钠的抗压强度和耐海水腐蚀性能的影响机理₂二氧化硅_3.用作活化剂;环氧树脂浓度对基于偏高岭土-地质聚合物的耐腐蚀性的效果，通过试验研究。影响聚合过程环氧树脂浓度的机制和地质聚合物的性质，通过X射线衍射分析，扫描电子显微镜 - 能量光谱和傅里叶变换红外光谱。结果表明，环氧树脂减慢聚合反应。环氧树脂的存在对结构紧凑的有益效果。此外，利用无腐蚀试样，用30％的试样的平均抗压强度混合相比固化1d和3d和浸泡后56D上升4.77MPa和4.24MPa。

1.介绍

随着长三角、珠三角和渤海湾地区经济的发展，越来越多的沿海基础设施得以建设。然而，在海洋环境中，混凝土结构易受腐蚀。修理费很高[1]。提高海洋混凝土结构的耐腐蚀性能变得越来越重要。目前的防腐蚀方法主要考虑在设计阶段、材料选择、混凝土配合比设计、适当的压实、养护和防腐涂料[2]. 环氧防腐涂料、橡胶防腐涂料、聚氨酯防腐涂料等传统防腐涂料溶剂污染大、防腐寿命短、耐候性差。改性后的涂层没有改变内部结构，不能具有优异的性能[3.- - - - - -7]。

地聚合物是一种无机聚合物和首先在20世纪70年代后期[使用由J. Davidovits8]。作为新兴的胶结材料，地质聚合物具有低CO他们的伟大的机械性能₂排放和低能耗。合成地质聚合物的反应需要偏高岭土或原始硅铝酸盐。公司₂排放量可减少20%[9,10]. 一些具有非晶态硅铝结构的工业废料可以用来合成地质聚合物，如偏高岭土、粉煤灰、赤泥和粒状高炉矿渣[11]。偏高岭土已成为由于其高的溶解速率在反应物溶液中的最好的硅铝酸盐材料[12- - - - - -14]. 地质聚合物基材料具有优异的力学性能、高早期强度、抗冻融性、低氯离子扩散速率、耐磨性和热稳定性[9,15,16]. 与传统水泥相比，地质聚合物具有较低的钙含量和较强的耐酸蚀性[17]。地质聚合物作为防腐蚀涂料的研究较少。安娜玛利亚阿吉雷-Guerrero等。用过的外加电压和润湿/干燥（W / d）在3.5％NaCl溶液，调查MK基于地质聚合物的存在周期具有更好的耐腐蚀性[18]。张某等人。通过使用90％的偏高岭土和10％的高炉矿渣的液固比为0.6ml / g的液固比得到了良好的耐腐蚀性。有必要添加聚丙烯（PP）纤维和MgO膨胀剂改善地质聚合物的干燥收缩的性能。地质聚合物可能是一种新型绿色环保防腐涂料的。其在抗腐蚀涂料的发展由于大收缩它的缺点限制且容易开裂[19]。

为了解决上述问题，提高地质聚合物的工艺性能，本文制备了不同质量比的环氧树脂地质聚合物。此外，为了研究地质聚合物与环氧树脂之间的形态和界面作用，还进行了详细的微观结构分析。

2。材料和方法

2.1。材料

以河南焦作渝昆矿业有限公司的偏高岭土(MK)为原料进行地聚合物合成。MK的构成列在表中1。Na₂二氧化硅_3.（二氧化硅₂/ Na₂O摩尔比2.0）来自河北省某化工厂，NaOH来自大连。环氧树脂来自浙江省的一家化工厂。海水取自大连黑石角公园近岸海域。

2.2。样品制备

50%氢氧化钠和钠的混合物₂二氧化硅_3.用的SiO溶液₂/ Na₂采用O摩尔比2.0作为活化剂。环氧树脂的质量比分别为0%、10%、20%和30%。

将活化剂与偏高岭土混合搅拌10min，然后加入环氧树脂，继续搅拌5min。将浆液倒入圆柱形模具中，并振动30秒以备制备φ37mm×750mm圆柱体样品。然后，将泥浆密封在拉链袋中，在室温下固化，直到无侧限压缩试验。根据环氧树脂（0%、10%、20%和30%）的比例，使用EGP0、EGP10、EGP20和EGP30。

2.3。机械和微观结构表征

2.3.1。防腐性能测试

防腐性能主要取决于不同养护时间和不同树脂用量下的抗压强度和腐蚀时间。为了研究环氧地聚合物(EGP)的抗压强度，在一台万能试验机上进行了无侧限抗压试验。恒载率为0.0788英寸/分钟。为了减少固化过程中表面不均匀的影响，在试样的上表面用纸板覆盖。

2.3.2条。微观结构表征

采用JSM-6360LV扫描电镜对所选样品进行扫描电镜观察，观察了海水腐蚀后环氧树脂地质聚合物样品的微观形貌变化。将5×5×5mm的立方体试件从破坏试件的中心切下。干燥后，用导电胶将样品放置在氧化铝柱上，用金钯合金涂覆。

2.3.3条。矿物学特征

用电子X射线衍射仪分析了海水腐蚀后环氧树脂地质聚合物样品的矿物学变化。XRD测试的主要目的是确定地质聚合物前驱体和环氧树脂是否发生了化学反应，以及地质聚合物是否与海水发生了反应。这可以通过观察地图上是否产生了新的山峰（新矿物）来完成。库克α采用MDI Jade 5.0进行辐射分析(见表)2).

3.结果与讨论

3.1。不同树脂掺杂地聚合物的力学性能

在0％，10％，20％，而对于一维，三维，和28d 30％树脂共混物的抗压强度数据示于图1。EGP0-EGP30养护1d后抗压强度分别为15.32MPa、11.376MPa、10.04MPa、7.90MPa。EGP0的强度比EGP30的强度高7.42MPa，养护28d后，EGP0的抗压强度比EGP30的强度高4.17MPa。EGP0-EGP30组在养护28d后抗压强度增长率分别为18.52%、49.12%、57.04%、65.34%。

树脂对地质聚合物抗压强度的影响如下。随着树脂含量的增加，土聚物的抗压强度逐渐降低。这可能是因为树脂中有大量的小气泡，但气泡在混合和振动排气后并没有完全排出。随着树脂含量的增加，气泡数量增加，地质聚合物内部结构更加疏松。固化时间对土聚物抗压强度的影响如下。随着固化时间的延长，土聚物的抗压强度逐渐提高，但固化3d后，随着树脂含量的增加，土聚物抗压强度的提高速率逐渐增大。

不含环氧树脂的地聚物固化1d后，由于偏高岭土基前驱体的快速反应，可获得较高的抗压强度。在固化初期，完成了缩聚反应，提高了强度，环氧树脂会被掺入碱激发液中阻碍反应。因此，掺入环氧树脂的土聚物在后期的固化过程中，其抗压强度会有所提高。

3.2条。矿物学特征

固化28d的环氧树脂偏高岭土地质聚合物的X射线衍射（XRD）谱如图所示2。可以看出的是偏高岭土的组合物中，主要是无定形结构。与偏高岭土相比，地质聚合物在2峰θ25°和30°逐渐减弱，e峰对应的相位为石英相，说明石英相减小。而EGP10-EGP30中出现了两个c和d峰，可能是由于反应不完全引起的;铝硅酸盐在碱性溶液中溶解，不经处理就形成羟基化链产物。水分子在链产物之间进行分解，形成三维网状结构。这也解释了为什么地聚合物的强度随着浸泡时间的增加而增加。加入环氧树脂后无明显变化(未形成新的矿物)，抗压强度主要由地聚合物凝胶决定。

3.3。不同环氧树脂浓度的环氧树脂、偏高岭土、地聚合物的红外光谱

根据已有的研究，官能团表示由红外振动峰示于表3.(20.,21]。

与偏高岭土相比，从图中可以看出3.和4地质聚合物有4个更明显的峰：a（1000厘米⁻¹)， b(1050厘米)⁻¹)，c（1590厘米⁻¹)，和d（3400厘米⁻¹). 如图所示5对于偏高岭土，没有e（811 cm⁻¹)峰，e代表Al-O，说明偏高岭土已溶于溶液中。峰a和b代表不对称官能团T-O-Si（T为Si或Al）的振动，因为Si原子中的能量大于Al原子中的能量。随着结构中铝原子组成的增加，振动向低波数方向移动。与偏高岭土相比，土聚物的T-O-Si（T:Sior-Al）向a峰移动，表明所有基团都形成了土聚物凝胶。但从图上可以看出5EGP20在a处的振动最明显，所以它有更多的Si-O-Al，因为Si-O-Si化学键有更高的强度，所以EGP20的抗压强度最低。c峰属于HOH的弯曲振动。振动峰表现为反应后吸附在地聚合物内部的结合水和层间水，可以看出随着树脂加入量的增加，振动峰减弱。由此可以推断，树脂在地聚作用后减缓了水分子的蒸发。d峰的-OH伸缩振动反映了一种含羟基的凝胶，其中地聚合物内部在溶解后没有发生缩聚反应[22,23]。

3.4条。地质聚合物的SEM图像和能谱分析

固化28d后，不同树脂掺杂地质聚合物的断裂表面微观形貌如图所示6. 从图上可以看出6白质为不导电物质，球形为环氧树脂，不规则为偏高岭土或其他杂质。EGP0地聚合物微观结构致密，凝胶整体均匀。环氧树脂加入后，地聚合物微观结构疏松;因此，加入树脂后抗压强度降低。而环氧树脂则嵌在凝胶中形成一个整体。

桌子4显示了不同树脂用量下聚合物的硅铝比。当硅铝比在2-3范围时，与纯地聚合物凝胶非常接近，说明环氧树脂只是抑制了反应的进行。

二氧化硅与铝不同的树脂含量的比例示于表4。凝胶可分为PS, PSS,并根据Si比PSDS凝胶。如果阿尔比,这是众所周知的PSS凝胶的主要类型时没有说,环氧树脂和环氧树脂的增加,PSDS型凝胶的主要类型。可以解释的是，在不阻碍环氧树脂加入的情况下，聚合物凝胶的形成只是减慢了反应时间。

3.5条。地质聚合物的耐腐蚀性

从图中可以看出7EGP 0的抗压强度降低，与固化时间无关。这是因为EGP 0固化1d时基本完成了碱激发溶液的固化，抗压强度也达到了较高的水平。EGP10和EGP20的抗压强度在固化1d和3d后随浸泡时间变化不大，EGP10和EGP20的抗压强度在固化28d后随浸泡时间的延长而降低，而EGP 30的抗压强度在固化28d后随浸泡时间的延长而降低4.94mpa，但在1d和3d的养护时间内，混凝土的抗压强度随浸泡时间的延长而提高（抗压强度分别提高了4.77mpa和4.24mpa）。这可能是由于加入环氧树脂后，结构变得更致密，耐腐蚀性能优异，或者海水抑制了缩聚反应，导致强度缓慢增加。

3.6。矿物学特征

海水浸泡对地质聚合物抗压强度的影响如下。固化1d和3d后，随着浸泡时间的延长，土聚物的抗压强度逐渐降低。但随着环氧树脂的加入，土聚物的抗压强度下降趋势有所缓解，甚至EGP30的抗压强度也有所提高（抗压强度分别提高了4.77MPa和4.24MPa）。造成这种现象的原因是，当EGP 0固化1d时，偏高岭土与碱激发液的反应基本完成，抗压强度达到较高水平；而EGP 10、20、30组由于环氧树脂的存在和过量水的存在，没有完成缩聚反应也减缓了缩聚反应；因此地聚物凝胶的数量减少，抗压强度也降低。但浸泡56d后，EGP30的力学强度明显提高，这可能是由于地质聚合物凝胶的形成，使其结构致密，抵消了海水腐蚀引起的微裂纹扩展。养护28d后，由于地质聚合物已经完成了缩聚反应，各组的抗压强度都有所下降，但随着养护天数的增加，出现了微裂纹，海水腐蚀也增加了裂纹的扩展，但这些裂纹在早期并不影响抗压强度。尽管EGP 0-30的抗压强度分别降低了8.55MPa、5.66MPa、4.76MPa和3.94MPa，但随着环氧树脂的加入，该地质聚合物的耐海水腐蚀性能有所提高（见表5).

海水侵蚀56天后的X射线衍射图如图所示8。含环氧树脂的偏硅酸盐高岭土基聚合物相为铝硅酸盐，说明海水侵蚀对试件的材料相结构没有明显影响。偏高岭土基聚合物具有良好的耐海水腐蚀性能

四。结论

通过实验研究了环氧树脂对地聚合物抗压强度的影响。研究了环氧树脂对地聚合物的耐冲击机理以及不同环氧树脂浓度地聚合物的抗海水性能。

（1） 偏高岭土基地质聚合物主要由非晶态相和石英相组成。随着环氧树脂的加入，地质聚合物没有形成其他相。

(2)环氧树脂可以抑制聚合反应，且偏高岭土基地聚合物的抗压强度增长缓慢。与3d养护相比，养护28d后EGP 30组抗压强度增长率为65.34%。

（3）环氧树脂偏高岭土矿物聚合物的性能antiseawater较好，和抗压强度4.77兆帕固化1d和浸泡56D时增强。

数据可用性

本文包含了支持本研究结果的数据。没有其他未发布的数据可用。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

这项工作是由海岸和近海工程（第LP1720）的国家重点实验室和中国辽宁省自然科学基金（编号20170540143）的支持。

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