離子交換樹脂

1.1離子交換樹脂的密度

樹脂的耐久性中,以耐磨與耐熱為最重要。樹脂的使用與再生循環的耐用次數是離子交換樹脂應用經濟價值中一個主要因素,但這因素是決定于樹脂的物理及化學磨耗與損耗的程度的。而耐熱這個因素決定了樹脂的性質,如果它的耐熱性較好,則它使用的時間也會相對較長。

1.2離子交換樹脂的結構

通常使用離子交換樹脂是苯乙烯型強酸或強堿性樹脂,是一類以苯乙烯為單體,二乙烯苯為交聯劑,經磺化或胺化的高分子聚合物,是立體網狀結構,苯乙烯型強酸和強堿性離子交換樹脂的結構如下圖所示。為了提高交換表面積,離子交換樹脂一般制成粉粒狀,樹脂顆粒的粒徑通常在0.3~1.2mm之間。

水泥固化機理介紹

2.1水泥的凝結硬化

在水泥漿體中,未水化的水泥顆粒分散在水中,水泥顆粒的水化在其表面開始,其表面的水泥熟料先溶解于水然后與水反應或直接與水反應,形成相應的水化物,由于水化物的溶解度很小,水泥顆粒周圍的溶液很快成為水化物的過飽和溶液,先后析出水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣、氫氧化鈣、和水化鋁酸鈣等水化產物,包覆在水泥顆粒表面。在水化初期,水化物不多,包有水化物膜層的水泥顆粒之間還是分離著的,水泥漿具有可塑性,隨著時間的推移,新生水化物的增多,水化物膜層增厚,顆粒間的空隙逐漸縮小,而包有凝膠體的顆粒則逐漸接近,以至相互接觸,在接觸點借助于范德華力凝結成多孔的空間網絡,形成凝聚結構,此時水泥初凝,失去可塑性,但不具有強度。隨著水化物的不斷

增多,顆粒間的接觸點數目增多,結晶體和凝膠體相互貫穿凝聚的結晶網狀體結構不斷加強,固體顆粒之間的空隙不斷減小,結構逐漸緊密。

水泥漿體完全失去可塑性,達到一定強度,水泥表現為終凝,并進入硬化階段。隨后水化速度逐漸減慢,水化物隨著時間的增加而逐漸增加,擴展到毛細孔中,使結構更趨致密,強度相應提高。

2.2水泥強度和穩定性

水化硅酸鈣(C-S-H)是決定水泥強度的主要因素;C-S-H是水泥熟料硅酸三鈣和硅酸二鈣的水化產物,其組成不固定,統稱為C-S-H凝膠,C-S-H凝膠尺寸很小(10-4~10-1μm),由于C-S-H具有巨大的比表面積和剛性凝膠的特性,凝膠離子間存在范德華力和化學組合鍵,因此具有較高的強度,在充分水化的水泥石中,C-S-H凝膠約占70%,為水泥的強度和結構穩定作出最大的貢獻。

Ca(OH)2晶體是隨著硅酸三鈣和硅酸二鈣的水化而產生并呈六方體晶體析出來,其數量較C-S-H凝膠少,約占水泥石質量的20%,通常只起填充作用,但因Ca(OH)2具有層狀結構,層間結合較弱,在受力較大時影響固化體強度,是裂縫的策源地。Ca(OH)2過多是降低水泥固化體強度的重要因素。

沸石粉添加劑

沸石是具有架狀結構含水鋁硅酸鹽礦物,含有堿及堿土金屬離子。在建筑材料中最常用的有斜發沸石和絲光沸石。摻天然沸石粉的水泥(或稱沸石水泥)具有許多特殊的性能:提高抗滲性、預防堿—骨料反應膨脹、抗凍性好等。天然沸石在中國貯量大,分布面廣。靠近沸石礦床的水泥廠都用沸石為水泥摻合料。

沸石粉是天然的沸石巖磨細而成。沸石巖是一種經天然煅燒后的火山灰質鋁硅酸鹽礦物。含有一定量的活性二氧化硅和三氧化鋁,能與水泥水化析出的Ca(OH)2作用,生成膠凝物質。添加沸石粉的目的源于沸石粉的以下特性:

1)由于沸石粉對有害金屬離子有極強的吸附作用,在水泥固化體中加入沸石粉可增加一道安全屏障,以阻止廢樹脂中有害離子的析出,降低浸出率。

2)加入沸石粉可改善水泥固化體的微細結構,提高其強度,沸石中的活性SiO2與水泥的反應機理與硅粉相似。

3)加入沸石粉可改善水泥漿的和易性,增加了水泥固化的可操作性。

實驗結果及分析

水泥中添加沸石粉的抗壓強度均值分析見下圖:沸石粉的抗壓強度趨勢圖由上圖可知,沸石粉在固化體中含量為3%時,固化體的抗壓強度最高為15.94MPa,隨著沸石粉在固化體中的含量增大,固化體的抗壓強度逐步降低,最低為9%時的12.53Mpa;同時由上圖可以看出:沸石粉的含量和固化體的抗壓強度是成反比的,即沸石粉含量越多,固化體強度越低,故在沸石粉的三種水平含量中,應選3%作為最佳配方的組成部分之一。

結論與建議

沸石粉的主要作用在于能較大程度的提高固化體的抗滲能力指標,提高固化體的結構穩定性和密實性。另外,沸石粉對水泥固化體的抗壓強度也有很大的影響,在抗壓實驗正交分析表中,沸石粉抗壓均值最高,是一項重要的實驗參數。本次實驗的最佳配方選取3%的沸石粉含量。