离子交换树脂

1.1离子交换树脂的密度

树脂的耐久性中,以耐磨与耐热为最重要。树脂的使用与再生循环的耐用次数是离子交换树脂应用经济价值中一个主要因素,但这因素是决定于树脂的物理及化学磨耗与损耗的程度的。而耐热这个因素决定了树脂的性质,如果它的耐热性较好,则它使用的时间也会相对较长。

1.2离子交换树脂的结构

通常使用离子交换树脂是苯乙烯型强酸或强碱性树脂,是一类以苯乙烯为单体,二乙烯苯为交联剂,经磺化或胺化的高分子聚合物,是立体网状结构,苯乙烯型强酸和强碱性离子交换树脂的结构如下图所示。为了提高交换表面积,离子交换树脂一般制成粉粒状,树脂颗粒的粒径通常在0.3~1.2mm之间。

水泥固化机理介绍

2.1水泥的凝结硬化

在水泥浆体中,未水化的水泥颗粒分散在水中,水泥颗粒的水化在其表面开始,其表面的水泥熟料先溶解于水然后与水反应或直接与水反应,形成相应的水化物,由于水化物的溶解度很小,水泥颗粒周围的溶液很快成为水化物的过饱和溶液,先后析出水化硅酸钙、水化硫铝酸钙、氢氧化钙、和水化铝酸钙等水化产物,包覆在水泥颗粒表面。在水化初期,水化物不多,包有水化物膜层的水泥颗粒之间还是分离着的,水泥浆具有可塑性,随着时间的推移,新生水化物的增多,水化物膜层增厚,颗粒间的空隙逐渐缩小,而包有凝胶体的颗粒则逐渐接近,以至相互接触,在接触点借助于范德华力凝结成多孔的空间网络,形成凝聚结构,此时水泥初凝,失去可塑性,但不具有强度。随着水化物的不断

增多,颗粒间的接触点数目增多,结晶体和凝胶体相互贯穿凝聚的结晶网状体结构不断加强,固体颗粒之间的空隙不断减小,结构逐渐紧密。

水泥浆体完全失去可塑性,达到一定强度,水泥表现为终凝,并进入硬化阶段。随后水化速度逐渐减慢,水化物随着时间的增加而逐渐增加,扩展到毛细孔中,使结构更趋致密,强度相应提高。

2.2水泥强度和稳定性

水化硅酸钙(C-S-H)是决定水泥强度的主要因素;C-S-H是水泥熟料硅酸三钙和硅酸二钙的水化产物,其组成不固定,统称为C-S-H凝胶,C-S-H凝胶尺寸很小(10-4~10-1μm),由于C-S-H具有巨大的比表面积和刚性凝胶的特性,凝胶离子间存在范德华力和化学组合键,因此具有较高的强度,在充分水化的水泥石中,C-S-H凝胶约占70%,为水泥的强度和结构稳定作出最大的贡献。

Ca(OH)2晶体是随着硅酸三钙和硅酸二钙的水化而产生并呈六方体晶体析出来,其数量较C-S-H凝胶少,约占水泥石质量的20%,通常只起填充作用,但因Ca(OH)2具有层状结构,层间结合较弱,在受力较大时影响固化体强度,是裂缝的策源地。Ca(OH)2过多是降低水泥固化体强度的重要因素。

沸石粉添加剂

沸石是具有架状结构含水铝硅酸盐矿物,含有碱及碱土金属离子。在建筑材料中最常用的有斜发沸石和丝光沸石。掺天然沸石粉的水泥(或称沸石水泥)具有许多特殊的性能:提高抗渗性、预防碱—骨料反应膨胀、抗冻性好等。天然沸石在中国贮量大,分布面广。靠近沸石矿床的水泥厂都用沸石为水泥掺合料。

沸石粉是天然的沸石岩磨细而成。沸石岩是一种经天然煅烧后的火山灰质铝硅酸盐矿物。含有一定量的活性二氧化硅和三氧化铝,能与水泥水化析出的Ca(OH)2作用,生成胶凝物质。添加沸石粉的目的源于沸石粉的以下特性:

1)由于沸石粉对有害金属离子有极强的吸附作用,在水泥固化体中加入沸石粉可增加一道安全屏障,以阻止废树脂中有害离子的析出,降低浸出率。

2)加入沸石粉可改善水泥固化体的微细结构,提高其强度,沸石中的活性SiO2与水泥的反应机理与硅粉相似。

3)加入沸石粉可改善水泥浆的和易性,增加了水泥固化的可操作性。

实验结果及分析

水泥中添加沸石粉的抗压强度均值分析见下图:沸石粉的抗压强度趋势图由上图可知,沸石粉在固化体中含量为3%时,固化体的抗压强度最高为15.94MPa,随着沸石粉在固化体中的含量增大,固化体的抗压强度逐步降低,最低为9%时的12.53Mpa;同时由上图可以看出:沸石粉的含量和固化体的抗压强度是成反比的,即沸石粉含量越多,固化体强度越低,故在沸石粉的三种水平含量中,应选3%作为最佳配方的组成部分之一。

结论与建议

沸石粉的主要作用在于能较大程度的提高固化体的抗渗能力指标,提高固化体的结构稳定性和密实性。另外,沸石粉对水泥固化体的抗压强度也有很大的影响,在抗压实验正交分析表中,沸石粉抗压均值最高,是一项重要的实验参数。本次实验的最佳配方选取3%的沸石粉含量。