0 引言

地聚物是一种以硅铝酸盐为主要成分，通过碱性激发剂激发经解聚-缩聚过程而形成的聚合硅铝酸盐三维网状材料[1]。地质聚合物拥有较强的力学以及耐久性能。在之前的多篇研究中提到地聚物的高强度，硬化快，抗酸腐蚀性，防火性，抗冻融性等特性[2-4]。地聚物的主要硅铝酸盐原材料可分为天然材料煅烧后的原料如偏高岭土；工业废料如粉煤灰，高炉矿渣；或者是两者的结合。碱性激发溶液通常用带有Na或K阳离子碱性溶液如NaOH、KOH溶液以及水玻璃等。

反应原料中的Si/Al比以及Na/Al比对偏高岭土基地聚物的强度，微观结构以及耐久性能有较大的影响。Rowles M和O'Connor B[5]在研究中对于Si/Al比在1.0～3.0之间，Na/Al比在0.5～2.0之间的偏高岭土基地聚物的强度进行比较，得出其中强度最高的配比为Si：Al：Na=2.5：1：1.3，并且对过高或过低的 Si浓度以及Na浓度使地聚物强度下降的原理进行了解释；Duxson[6]等人则在此基础上对于Si/Al比在1.15～2.15之间的偏高岭土基地聚物净浆强度、弹性模量以及孔隙结构进行了全面的分析。

在地聚物耐久性能研究中，多数的研究着重于不同配比的原材料对于地聚物耐久性能的表观影响，例如Slavik[7]等人对偏高岭土-粉煤灰基地聚物净浆抗冻性能的研究等。较少有从微观结构进行分析，探讨不同配比对于微观结构的改变，从而影响地聚物宏观性能的研究。本文即从Na/Al比改变使偏高岭土基地聚物孔隙结构改变的角度，探究元素的改变对于偏高岭土基地聚物抗渗性能的影响。

1 原材料与试验方法

1.1 原料配合比

试验中所用的偏高岭土为Basf公司生产的Metamax偏高岭土，经SHIMADU XRF-1800 X射线荧光光谱（Xrayfluorescence，XRF）分析其成分如表1所示。所用偏高岭土平均粒径尺寸为5.91；所用碱激发剂溶液为：NaOH （Na2O：77.4%，H2O：22.5%，杂质：0.1%）和水玻璃（SiO2：26%，Na2O：8.2%，H2O：65.8%）混合溶液。试验所用碱激发剂溶液在试件浇筑12h前混合均匀并静置。

表1 偏高岭土化学组成w t%

化学成分 SiO2含量 57.46 Al2O3 TiO2 Fe2O3 Na2O K2O CaO 39.811.790.430.270.210.04

本次试验中使用上口直径70mm，下口直径80mm，高30mm的截头圆锥偏高岭土基地聚物砂浆试件，每组试件为6个。常温养护7d之后拿出。

(4)规范水事秩序，实施水权精细化管理，为水权落实和水权交易提供保障。通过农业初始水权登记，逐步建立归属清晰、权责明确、保护严格、流转顺畅的现代水权制度，实现把农业用水初始水权配置到农村集体经济组织或农民用水者协会。通过农业水价综合改革项目，强化用水计量，建立用水台帐，让用水户清清楚楚地知道自己的用水量，实现水权可计量。对节约的水权，鼓励开展交易，发挥水权的激励功能，探索双鸭山市、宁安市水权交易机制和平台建设，为全省水权试点工作推广提供技术支撑。

临界孔径是压汞法测孔径分布dV/dD（d Pore Volume/d pore diameter）的最大值。从临界孔径结果来看，随着Na/Al比提高临界孔径随之减小。临界孔径代表的是当孔径由大至小变化时最大的贯穿试件的连通孔隙孔径。一般来说，多孔材料的临界孔径越小，这个材料更加致密；临界孔径越大，说明这个材料的结构越疏松[11]。

表2 偏高岭土地聚物试件配合比

注：所有试件的胶砂比为3

偏高岭土/g 水玻璃/g NaOH/g 水/g Si/Al Na/Al Na-1 Na-2 Na-3 Na-4 Na-50.80.91.01.11.246746145444744164864063162261449617587100 71747780832.02.02.02.02.0

1.2 抗渗试验

由（1）式计算相对渗透性系数Kr：

抗渗试验采取的试验规范为SL352-2006《水工混凝土试验规程》[9]。试验前在试件侧面封蜡，随后装入砂浆渗透仪。试验过程为：从0.2MPa水压开始加压，恒压2h后增至0.3MPa，之后每间隔1h增加0.1MPa，至1.5MPa。当6个试件中有3个端面渗水时停止试验。记下此时水压值。增至1.5MPa且恒压1h之后若试件顶面没有渗出，则在试件两端面直径处，按平行方向各放一根直径6mm的钢垫条，用压力机将试件劈开。将劈开面底边分成10等分，量出各等分处渗水高度的平均值作为该试件的渗水高度。

2003年，欧空局发射的火星快车探测器给了科学家们证实这个假说的机会。火星快车上搭载的MARSIS仪器，能够发射0.8MHz～6MHz的无线电波并接收火星表面和电离层的反射回波，利用合成孔径雷达等技术探测火星表面的地形地貌和电离层性质。更有趣的是，MARSIS仪器装备了两个设置不同的回波接收天线。通过对两个天线接收到的信号进行综合处理，MARSIS可以去除火星表面的回波，“过滤”出表层以下的内部结构回波，从而使科学家们能够发现火星内部的秘密。

观察组37例中，治愈19例，有效17例，无效1例，总有效率为97.30%；对照组37例中，治愈15例，有效16例，无效6例，总有效率为83.78%，观察组明显优于对照组，两组效果比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。

式中，Kr为相对渗透性系数，m/s；Dm为平均渗水高度，m；H为水压力，以水柱高度表示，m；T为恒压时间，s；a为混凝土的吸水率，本试验中取0.03。

1.3 压汞试验

本次压汞实验使用的压汞仪为Micromeritics Instrument Corporation公司生产的AutoPore IV型压汞仪。试验中外加压力的范围为0.5～30000psi。所测量孔径范围为6～355nm。在进行压汞试验之前，需将块状试件放入烘箱中，设置温度为50℃，烘干6h。经过压汞试验，可得到试件的孔径分布、孔隙的比表面积及孔隙率等参数。

2 试验结果与分析

2.1 抗渗试验结果

地聚物试件经过0.2～1.5MPa的持续水压力作用后仍然没有从顶部渗透。因此在1.5MPa持荷1h后卸压并立即将地聚物试件劈开，记录渗透水痕高度。按照（1）式计算相对渗透性系数。所得结果见表3。

表3 Na-1至Na-5渗透高度及相对渗透系数

吸水率α 渗透高度Dm/m 相对渗透系数Kr/（m·s-1）Na-1 Na-2 Na-3 Na-4 Na-50.030.030.030.030.030.0150.0120.0090.0070.0067.90×10-13 4.86×10-13 2.73×10-13 1.65×10-13 1.22×10-13

在Na/Al=0.8～1.2范围内，随着Na/Al比增加，地聚物渗水高度逐渐递减。从计算所得相对渗透系数Kr能够直观的看出Na/Al比增加，地聚物渗透系数减小，抗渗性能提高。

除总孔隙率之外，Ma和Hu等人[10]在对粉煤灰基地聚物抗渗性能拟合分析研究中，提出了有效孔隙率对于地聚物渗透性能的影响。压汞法在进汞过程中测得的孔隙率包括连通孔隙以及不连通的“墨水瓶孔隙”孔隙率。对于渗透影响较大的是连通孔隙，即有效孔隙。有效孔隙率可由进汞过程中的总孔隙率减去退汞过程中的“墨水瓶”孔隙率得到。

2.2 压汞试验结果

Ma和Hu[10]等人基于孔隙率，有效孔隙率及临界孔径对粉煤灰地聚物渗透系数进行表征，得到了较好的拟合结果。基于偏高岭土基地聚物与粉煤灰基地聚物反应原材料以及反应原理的相似性，本文中在进行渗透系数拟合的过程中也考虑总孔隙率、有效孔隙率、临界孔径对于抗渗性能的影响。但鉴于地聚物材料部分配比下的“双峰”特性，即Na-3至Na-5试件在孔径分布中出现两个峰值的现象，单个临界孔径值不能完全反应偏高岭土基地聚物孔隙结构特性，因而本文在渗透系数拟合过程中同时考虑平均孔径对于抗渗性能的影响。

表4 Na-1至Na-5总孔隙率、有效孔隙率、临界孔径及平均孔径

总孔隙率ω/%有效孔隙率φ/%临界孔径dc/nm Na-1 Na-2 Na-3 Na-4 Na-515.5618.3018.4916.3916.712.641.852.411.320.96平均孔径d/nm 12.214.911.116.73.621.63.319.53.619.1

水介质旋流器又称自生介质旋流器，其结构如图2所示，由一段圆柱体和一段圆锥体及切向给料口组成。它的锥体夹角为钝角，达到80°～140°，锥体粗短，旋涡溢流管粗长，几乎穿过整个圆柱体。

基于以往研究中性能较好的地聚物配合比 [8]，本次抗渗试验所用试件配合比如表2所示，以探究Na/Al比变化对于材料微观结构以及性能的影响。其中：Na-1至Na-5组中，Si/Al=2.0保持不变，Na/Al=0.8、0.9、1.0、1.1、1.2。

2.3 渗透系数拟合

表4为地聚物试件总孔隙率，有效孔隙率、临界孔径及平均孔径值。

接受静脉滴注治疗前患者的各项观察指标比较没有明显差异,治疗结束后观察组患者的各项评分与对照组进行比较均明显较好(P<0.05),具体情况如表1所示。

Ma和Hu在水泥材料传统渗透系数表征方法 [11]基础上研究了粉煤灰基地聚物的渗透系数表征方法，并针对粉煤灰基地聚物的特性改进了渗透系数公式。最后得出的表征方程为：

式中，C 为常数；dc为临界孔径，m；ω0为总孔隙率；φ0为有效孔隙率。

本文考虑平均孔径之后所得渗透系数公式为：

式中，C为常数，与实际试验结果拟合后可得到C值；C1为流体系数ρ g/μ，其中ρ为水的密度，g为重力加速度，μ为水的粘度，C1取值为 9.8× 106，（m·s）；d 为平均孔径，m；dc为临界孔径，m；ω为总孔隙率；φ为有效孔隙率。Kw与Kr拟合结果如图1所示。

图1 偏高岭土基地聚物K w与K r拟合曲线

通过曲线拟合，可得到以孔隙结构进行表征的渗透系数Kw（m/s）与试验所得的相对渗透系数Kr（m/s）的线性拟合及非线性拟合曲线。线性拟合结果为：在Na/Al=0.8～1.2 范 围 内 ，Kw=0.095C1d dcω φ，Kr=4.50 ×10-16+Kw。其中反应拟合程度的相关系数R的平方值（R-square）为0.907。非线性拟合结果为：在Na/Al=0.8～1.2 范围内，Kw=3.02C1d dcω φ，Kr=Kw1.13。非线性拟合的R-Square值为0.913。R-square值越接近1说明拟合程度越高。因而以总孔隙率、有效孔隙率、临界孔径、平均孔径为参数可以对偏高岭土基地聚物渗透系数进行合理的表征。

所谓职业技能，是劳动者通过大量的、反复的训练，形成“条件反射式”的实际操作能力。技能的熟练需要通过反复的训练，逐步达到。因此，高职教育教学改革，必须加大实训课教学的力度，拓展训练范围，增加训练量，让学生在反复训练过程中提高其熟练程度[9]。

3 结语

本文对偏高岭土基地聚物Na/Al比改变对地聚物微观孔隙结构以及抗渗性能的影响进行了探究。在Na/Al=0.8～1.2之间变化时，Na/Al比越高，地聚物渗透系数越小。基于水泥材料以及粉煤灰基地聚物材料的渗透系数研究可知，总孔隙率、有效孔隙率、临界孔径等参数对地聚物材料渗透系数具有较大的影响。在此基础上，考虑由于偏高岭土基地聚物孔径分布双峰的特性，临界孔径不能完全反应材料的孔径分布特性，因而考虑平均孔径对偏高岭土基地聚物抗渗性能的影响。最终以总孔隙率、有效孔隙率、临界孔径以及平均孔径计算的渗透系数Kw与渗透试验得出的相对渗透系数Kr进行线性及非线性拟合，得出较好的拟合结果。

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