.776 工程科学学报，第43卷，第6期 2.7.3SEM微观形貌分析 颗粒较大的石灰石颗粒虽吸附较多凝胶，但 如图11所示，对赤泥基注浆材料28d结石 大颗粒也使得结石体均质度变差，而细小的 体进行SEM分析，由图11(a~b)可知掺入石粉 石粉因其较大的比表面积将更多的C-S-H、 后注浆材料结石体的整体形貌从疏松多孔变 C-A-S-H和N-C-A-S-H凝胶吸附沉淀下来， 得致密，石粉颗粒将凝胶紧密吸附在表面，填 并将孔隙填充，提高了结石体的均质度，使得 充了结石体的孔隙.从图11(c~d)可以看出， 水化产物更加致密 (a) (b) c 40 um 40m 40m 40m 图11渗入石粉的赤泥基注浆材料结石体28d的SEM图.(a)LS-0:(b)LS-5%:(c)LS-60:(d)LS-8 Fig.11 Scanning electron microscopy diagrams of red mud-based grouting materials paste matrix with limestone powder on day 28:(a)LS-0. (b)LS-5%,(c)LS-60;(dLS-8 如图11所示，石粉颗粒填充于结石体孔隙中， 5%:随着石粉粒径的减小，浆液凝结时间、泌水率 地聚物凝胶在石粉颗粒表面沉淀下来，这是由于 均呈现下降的趋势，石粉平均粒径为8m时，浆 石粉掺入后，发挥了“成核效应”，石粉颗粒为地聚 液初终凝时间均最低，泌水率相对上一级粒径降 物凝胶的形成提供成核位点，即由于方解石中 幅达9.38%，同时结石体抗压强度最高，结石体28d Ca和O原子的平面构型与C-S-H中的CaO层相 孔隙率最低，为29.66%，由于赤泥基注浆材料浆液 似，C-S-H、C-A-S-H和N-C-A-S-H凝胶可在 宏微观性能参数随石粉粒径减小均体现出单调 石粉B别表面大量析出，从而加速赤泥基注浆材料 性，故可推断，石粉平均粒径越小，其对赤泥基注 的水化，提高了结石体的早期水化程度，这也解释 浆材料的提升作用越显著 了在凝结时间测试中，LS-8初凝时间比LS-buk (3)石粉能通过“成核效应”给N-A-S-H, 缩短了30min,除去颗粒吸水性的因素外，“成核 C-A-S-H和C-S-H等凝胶提供成核位点，供地 效应”的影响也不可忽略，同时也证实了在抗压强 聚物凝胶沉淀和生长，提高结石体的早期水化程 度实验中的推论 度；此外，由于石粉粒径较小，能通过“填充效应” 3结论 提高赤泥基注浆材料结石体的凝胶孔占比，降低 毛细孔数量 为明确石粉对地聚物材料的作用机制，以赤 (4)通过微观分析可知，赤泥基注浆材料的水 泥基注浆材料为研究对象，从凝结时间、泌水率、 化产物有C-S-H、沸石、一水铝石和其它地聚物 流动性、力学性能和微观结构等方面研究了石粉 凝胶等，掺入石粉并未改变结石体水化产物类型， 不同摻量和粒径大小对赤泥基注浆材料的动态作 石粉不参与赤泥基注浆材料的水化反应，其对赤 用规律，具体结论如下： 泥基注浆材料的提升作用以物理效应为主. (1)石粉的摻入未改变赤泥基注浆材料原有 的Herschel-Bulkley流变模型，且各组浆液均体 参考文献 现出剪切变稠的趋势，同时粒径较小的石粉颗粒 [1] Tan J W,Cai J M,Huang L C,et al.Feasibility of using 会提升浆体的抗剪切能力和屈服应力， microwave curing to enhance the compressive strength of mixed (2)当摻人石粉的质量分数为5%时，结石体 recycled aggregate powder based geopolymer.Constr Build Mater, 脆性下降，3d抗压强度增大了18.94%，并将结石 2020.262:120897 体28d孔隙率降低了18.35%，同时浆液泌水率上 [2]Duxson P,Ferandez-Jimenez A,Provis J L,et al.Geopolymer 升幅度最小，为9.85%：以宏观性能变化为依据，通 technology:the current state of the art.J Mater Sci,2006,42(9): 2917 过分析得出5%为石粉在赤泥基注浆材料中的最 [3] Davidovits J,Huaman L,Davidovits R.Ancient geopolymer in 佳固体粉料质量分数，赤泥基注浆材料的最佳固 south-American monument.SEM and petrographic evidence 体粉料质量配比为赤泥47.5%，矿粉47.5%，石粉 Mater Lett,2019,235:1202.7.3    SEM 微观形貌分析 如图 11 所示，对赤泥基注浆材料 28 d 结石 体进行 SEM 分析，由图 11（ a～b）可知掺入石粉 后注浆材料结石体的整体形貌从疏松多孔变 得致密，石粉颗粒将凝胶紧密吸附在表面，填 充了结石体的孔隙 . 从 图 11（ c～ d） 可以看出， 颗粒较大的石灰石颗粒虽吸附较多凝胶，但 大颗粒也使得结石体均质度变差，而细小的 石粉因其较大的比表面积将更多 的 C–S–H、 C–A–S–H 和 N–C–A–S–H 凝胶吸附沉淀下来， 并将孔隙填充，提高了结石体的均质度，使得 水化产物更加致密. Limestone powder Geopolymer Limestone powder Geopolymer (a) 40 μm (b) Limestone powder Geopolymer 40 μm (c) 40 μm Limestone powder Geopolymer Limestone powder Geopolymer (d) 40 μm 图 11    掺入石粉的赤泥基注浆材料结石体 28 d 的 SEM 图. （a）LS–0；（b）LS–5%；（c）LS–60；（d）LS–8 Fig.11     Scanning  electron  microscopy  diagrams  of  red  mud –based  grouting  materials  paste  matrix  with  limestone  powder  on  day  28:  (a)  LS –0; (b) LS–5%; (c) LS–60; (d) LS–8 如图 11 所示，石粉颗粒填充于结石体孔隙中， 地聚物凝胶在石粉颗粒表面沉淀下来，这是由于 石粉掺入后，发挥了“成核效应”，石粉颗粒为地聚 物凝胶的形成提供成核位点 ，即由于方解石中 Ca 和 O 原子的平面构型与 C–S–H 中的 CaO 层相 似，C–S–H、C–A–S–H 和 N–C–A–S–H 凝胶可在 石粉[31] 表面大量析出，从而加速赤泥基注浆材料 的水化，提高了结石体的早期水化程度，这也解释 了在凝结时间测试中，LS–8 初凝时间比 LS–bulk 缩短了 30 min，除去颗粒吸水性的因素外，“成核 效应”的影响也不可忽略，同时也证实了在抗压强 度实验中的推论. 3    结论 为明确石粉对地聚物材料的作用机制，以赤 泥基注浆材料为研究对象，从凝结时间、泌水率、 流动性、力学性能和微观结构等方面研究了石粉 不同掺量和粒径大小对赤泥基注浆材料的动态作 用规律，具体结论如下： （1）石粉的掺入未改变赤泥基注浆材料原有 的 Herschel–Bulkley 流变模型，且各组浆液均体 现出剪切变稠的趋势，同时粒径较小的石粉颗粒 会提升浆体的抗剪切能力和屈服应力. （2）当掺入石粉的质量分数为 5% 时，结石体 脆性下降，3 d 抗压强度增大了 18.94%，并将结石 体 28 d 孔隙率降低了 18.35%，同时浆液泌水率上 升幅度最小，为 9.85%；以宏观性能变化为依据，通 过分析得出 5% 为石粉在赤泥基注浆材料中的最 佳固体粉料质量分数，赤泥基注浆材料的最佳固 体粉料质量配比为赤泥 47.5%，矿粉 47.5%，石粉 5%；随着石粉粒径的减小，浆液凝结时间、泌水率 均呈现下降的趋势，石粉平均粒径为 8 μm 时，浆 液初终凝时间均最低，泌水率相对上一级粒径降 幅达 9.38%，同时结石体抗压强度最高，结石体 28 d 孔隙率最低，为 29.66%，由于赤泥基注浆材料浆液 宏微观性能参数随石粉粒径减小均体现出单调 性，故可推断，石粉平均粒径越小，其对赤泥基注 浆材料的提升作用越显著. （ 3）石粉能通过 “ 成核效应 ” 给 N –A –S –H, C–A–S–H 和 C–S–H 等凝胶提供成核位点，供地 聚物凝胶沉淀和生长，提高结石体的早期水化程 度；此外，由于石粉粒径较小，能通过“填充效应” 提高赤泥基注浆材料结石体的凝胶孔占比，降低 毛细孔数量. （4）通过微观分析可知，赤泥基注浆材料的水 化产物有 C–S–H、沸石、一水铝石和其它地聚物 凝胶等，掺入石粉并未改变结石体水化产物类型， 石粉不参与赤泥基注浆材料的水化反应，其对赤 泥基注浆材料的提升作用以物理效应为主. 参    考    文    献 Tan  J  W,  Cai  J  M,  Huang  L  C,  et  al.  Feasibility  of  using microwave  curing  to  enhance  the  compressive  strength  of  mixed recycled aggregate powder based geopolymer. Constr Build Mater, 2020, 262: 120897 [1] Duxson  P,  Fernández-Jiménez  A,  Provis  J  L,  et  al.  Geopolymer technology: the current state of the art. J Mater Sci, 2006, 42（9）: 2917 [2] Davidovits  J,  Huaman  L,  Davidovits  R.  Ancient  geopolymer  in south-American  monument.  SEM  and  petrographic  evidence. Mater Lett, 2019, 235: 120 [3] · 776 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期