粉煤灰基地聚合物反应机理及各组分作用的研究进展

地聚合物指采用天然矿物或固体废弃物及人工硅铝化合物为原料,在高碱性条件下通过矿物缩聚而形成的由硅氧四面体与铝氧四面体组成的三维网状聚合胶凝材料。地聚合物兼有陶瓷、水泥、高分子材料的特点,是近年来国内外新型绿色胶凝材料研究的热点。针对粉煤灰基地聚合物反应机理综述了国内外研究现状;介绍了 Glukhovsky 模型、受碱激发的描述性机理模型、纳米结构模型以及体积分数量化模型;并重点介绍了碱、硅铝组分、钙组分和水在地聚合反应中的作用。     

地聚合物及其混凝土的胶凝性质概述

地聚合物是硅铝质无机原料通过矿物缩聚生成的一种以离子键和共价键为主,范德华键为辅,由共用氧交替键合的硅、铝氧四面体组成的铝-氧-硅酸盐无定形网状结构的胶凝材料.地聚合物的水化反应是在碱性激发剂的作用下,硅氧键和铝氧键发生断裂-重组反应,再聚合生成地聚合物的过程.与硅酸盐水泥相比,地聚合物不仅可以充分利用工业固体废弃物为原料,而且可以在常温下反应制备,因此具有显著的利废节能特点.通过分析近年来国内外地聚合物的研究进展,重点论述了成分效应、外加剂和固化条件对地聚合物性能的影响,以及地聚合物混凝土的凝结和硬化特性、界面过渡区性质、钢筋粘结性质、耐高温性及耐久性,以期对地聚合物及其基材的深入认识和工程应用具有积极的参考作用.     

地聚合物微观结构研究进展

地聚合物是一种新型的高性能无机聚合物材料,它是由硅氧四面体和铝氧四面体通过氧原子连接构成的一种三维网络结构的聚合物。地聚合物具有优异的性能和节能环保的优势,成为了当前研究的热点。本文从地聚合物的结构和性能特点出发,阐述了地聚合物的反应机理,重点介绍了地聚合物微观结构的研究现状。最后,指出了地聚合物微观结构研究存在的问题。     

粉煤灰基地聚合物材料的研究进展

地聚合物(Geopolymer)是硅铝质无机原料通过矿物聚缩而生成的一种以硅铝四面体为单元的无定形三维网状无机聚合物,兼有陶瓷、水泥、高分子材料的特点,近年来,因其可以协同处置大量固体废弃物成为新的研究热点.本文基于地聚合物的研究发展历史,重点介绍了粉煤灰基地聚合物的原材料、激发剂、成型制度、养护制度等制备工艺技术,并...     

地聚合物的制备及其在性能增强方面的研究进展

地聚合物是一种已被人们普遍接受的极有利于节能减排的新型胶凝材料,它同时具备有机高分子材料、陶瓷材料和水泥材料的优异性能,并且可以通过硅铝质材料与激发剂在低温下作用制备而成,制备过程简单易行,因此成为近年来国际上新型胶凝材料领域的研究热点.本文综述了近年来国内外研究者在地聚合物制备过程中涉及到的硅铝原料的选择、激发剂的选择和成型方式方面的主要研究进展,阐述了增强地聚合物性能的主要方式,并对地聚合物在制备技术和性能增强方面的研究进行了展望.     

骨料对地聚合物混凝土性能影响的研究进展

地聚合物是一种以硅铝质材料与激发剂常温下作用后固化形成的新型胶凝材料,其制备工艺简单、能耗低、CO_2排放量少,被认为是最具潜力的一种水泥替代品。含骨料的地聚合物混凝土在很多方面拥有比普通硅酸盐水泥混凝土更优异的性能。本文综述了近年来国内外研究者在骨料与地聚合物凝胶相的界面过渡区域、骨料对地聚合物混凝土的性能(包括力学性能、耐久性能和热稳定性能)的影响以及相关理论模型方面的主要研究进展,并对地聚合物混凝土的工程化应用进行了展望。     

固硫灰制备地聚合物实验研究

以循环流化床燃煤固硫灰为原材料,以水玻璃为碱激发剂成功制备出地聚合物,最高强度为52.8 MPa.最优实验参数为:M=2.5,w水玻璃=33.3％,wMK=20％.XRD、IR、SEM分析表明:固硫灰在反应过程中石英结构遭到破坏,Si-O-Si或Al-O-Si的聚合度降低,产生大量有利于地聚合反应的活性硅氧四面体和铝氧四面体.固硫灰基地聚合物纯度较高,结构致密,且Si-O-Si及Al-O-Si聚合度较高.     

改性催化剂对甲苯烷基化反应的影响探讨

引入几种金属和非金属元素作为改性剂,发现采用硅铝比为400的含镧分子筛为最佳分子筛母体,能形成体积较大的镧氧四面体,与硅氧四面体和铝氧四面体共同形成沸石骨架,改变了分子筛的孔径结构,增大了邻、间、对二甲苯间扩散速率的差别,有利于对二甲苯选择性的提高。选择镁为改性元素,随着氧化镁含量的增加,甲苯对位选择性逐渐上升。当氧化镁计算含量为20%时,甲苯的转化率为19.7%,对位选择性为90.6%。该催化剂体系可以满足以甲苯和甲醇为原料直接合成高纯度对二甲苯的需要。     

基于组分的地聚合物胶凝材料反应机理及其制备参数的研究进展

地聚合物胶凝材料作为一种性能优异的绿色建筑材料,可通过硅铝质氧化物材料与碱激发剂在低温环境下反应进行制备,并被广泛应用于混凝土裂缝修复、装配式墙材、重金属固定等多个领域.地聚合物的合成机理较为复杂,当前从矿物的角度分析地聚合物合成只笼统地揭示了硅铝基的结合情况,不能有效区分不同结构的硅铝质氧化物内在反应机理,具有一定的局限性.以组分为切入点,通过分析粉煤灰、偏高岭土、矿渣、煤矸石等四种最为常见的硅铝质氧化物的反应机理及其在性能增强方面的相关研究,重点论述了硅铝质氧化物结构的差异、缩聚反应的机理、性能优化的最佳参数和外掺料及制备工艺,以期对地聚合物及其硅铝质氧化物的深入探究和应用提供参考.     

页岩提钒尾渣基地聚合物一体化制备研究

以页岩提钒尾渣为主要原料,采用与碱激发剂混合焙烧的方式提高其反应活性,然后加入偏高岭土校正硅铝比后制备成只需直接加水即可得到地聚合物的粉体胶凝材料,免去碱溶液激发过程,实现尾渣基地聚合物的一体化制备.采用正交实验考察碱激发剂用量、焙烧温度以及焙烧时间对地聚合物强度的影响.探究了偏高岭土掺量以及液固比对地聚合物强度的影响.结果表明,在碱激发剂用量为25％,焙烧温度550℃,焙烧时间1 h的条件下,得到的尾渣活性最高.在偏高岭土掺量为30％,液固比为0.35时制得的地聚合物产品抗压强度最高,达到40.41 MPa.尾渣经过与碱激发剂混合焙烧处理后,低活性石英消失,生成了多种可溶性硅铝酸盐,尾渣反应活性大幅提升.粉体胶凝材料加水后,活化尾渣及偏高岭土中的活性硅铝溶出而后发生聚合反应,形成无定形结构的地聚合物胶凝体,从而使最终产品具有较高的力学强度.     

高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化铅离子及防辐射性能研究

研究利用高炉矿渣（BFS）、粉煤灰（FA）作为原材料制备地质聚合物。以氢氧化钠与水玻璃作为碱激发剂,在碱激发条件下制备地质聚合物固化二价铅离子（Pb²⁺）。研究Pb²⁺的掺量对固化体强度的影响,并通过浸出毒性实验、X射线衍射分析（XRD）、红外光谱分析（FT-IR）、扫描电镜（SEM）等表征分析、防辐射实验测试,探究其固化效果与固化机理。结果表明,高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物与Pb²⁺具有良好的相容性,且固化体在28 d最高抗压强度可以达到43 MPa,Pb²⁺的添加质量分数为1%时能提高其固化体的强度。浸出实验表明,固化体对质量分数为1% Pb²⁺的固化效率在97%以上。微观分析认为大部分重金属是以羟基配合离子的形式被物理封装在地质聚合物内部。防辐射实验测试表明,Pb²⁺的掺量与高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物的γ射线屏蔽效果成正相关,实验中Pb²⁺最优掺入质量分数为3%,线性吸收系数和半衰减层厚度最优值分别为0.222 0 cm^-1和2.309 5 cm。     

地聚物材料固化含砷废渣抗冻融性能研究

为了处理有色金属冶炼厂产生的含砷废渣,利用磷渣-粉煤灰基地聚物材料对其进行固化处理,对固化体抗冻融性能进行研究,考察不同冻融方式、冻融循环次数等条件下固化体的相对质量变化、抗压强度、砷浸出率特性,并采用XRD、SEM等表征手段分析冻融前后固化体的物相组成及形貌变化.结果表明:采用不同的冻融方式,随着冻融循环次数的增加,固化体的相对质量变化不大;抗压强度有所下降,经15次冻融循环,强度仍可高于15 MPa,固化体砷浸出率呈上升趋势,砷浸出率仅为0.27％.XRD及SEM分析表明,冻融前后固化体中矿物相基本未发生变化以及固化体未发生崩裂现象,说明固化体具有较强的抗冻融性能.     

Fire resistance of geopolymer concrete produced from Elazığ ferrochrome slag

This paper presents the effect of elevated temperatures up to 700 °C on compressive strength and water absorption of two alkali‐activated aluminosilicate composites (one of them is river sand aggregate geopolymer concrete; the other one is crushed sand aggregate geopolymer concrete) and ordinary Portland cement based concretes. To obtain binding geopolymer material, Elaz?? ferrochrome slag was ground as fine as cement, and then it was alkali activated with chemical (NaOH and Na₂SiO₃). Geopolymer concrete samples were produced by mixing this binding geopolymer material with aggregates. At each target temperature, concrete samples were exposed to fire for the duration of 1 h. Fire resistance and water absorption of geopolymer and ordinary Portland cement concrete samples were determined experimentally. Experimental results indicated that compressive strength of geopolymer concrete samples increased at 100 °C and 300 °C temperatures when compared with unexposed samples. In geopolymer concrete samples, the highest compressive strength was obtained from river aggregates ones at 300 °C with 37.06 MPa. Water absorption of geopolymer concrete samples increased at 700 °C temperature when compared with unexposed samples. However, a slight decrease in water absorption of concrete samples was observed up to 300 °C when compared with unexposed samples. SEM and X‐ray diffraction tests were also carried out to investigate microstructure and mineralogical changes during thermal exposure. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

碱刻蚀玄武岩纤维对地质聚合物基木材胶黏剂胶接性能的影响

作为新型环保无机胶凝材料,地质聚合物在人造板产业中具有巨大的应用潜力,但地质聚合物的脆性不利于其与木材胶接。本文以改善地质聚合物基体的脆性,增强其与木材胶接强度为目的,采用不同浓度及温度的NaOH溶液对玄武岩纤维(BF)进行碱刻蚀,将碱刻蚀玄武岩纤维(HAF)与碱激发剂共混,制备碱刻蚀玄武岩纤维掺杂的地质聚合物(HAFMG),探究碱刻蚀方法对HAFMG的力学性能及HAFMG与木材胶接强度的影响。结果表明:碱刻蚀处理可溶解BF表面的硅铝组分,提高BF表面粗糙程度及其与地质聚合物基体的界面结合,最终提高地质聚合物与木材的胶接强度。掺入HAF(100 ℃、0.5 mol/L NaOH)可提高地质聚合物基体的韧性,相较于纯地质聚合物,其抗折强度提高了154%,压折比降低了41%。HAF(100 ℃、0.5 mol/L NaOH)掺杂后的地质聚合物与木材的剪切强度相比于纯地质聚合物提高了121%。     

激发剂对赤泥地聚物砂浆力学性能的影响

以热活化氧化铝赤泥为主要原料制备赤泥地聚物砂浆,对比研究了激发剂种类和掺量对赤泥地聚物力学性能的影响及其合成机理。结果表明,水玻璃、石灰-碱（质量比为2∶1）、石膏-碱（质量比为2∶1）均能改善氧化铝赤泥的反应活性,促进赤泥地聚物的合成,其中水玻璃（氧化硅与氧化钠物质的量比为1.5）的改性效果最为显著。水玻璃、石灰-碱、石膏-碱的最佳掺量分别为20%、7%、10%。水玻璃掺量为20%时,赤泥地聚物砂浆28 d抗压强度和28 d抗折强度分别为32.1 MPa和6.0 MPa。改变激发剂的种类和掺量,可以调整赤泥地聚物砂浆体系的碱度,改变铝硅酸结构的解聚和地聚物的缩聚过程,从而影响其力学性能。     

碱激发地质聚合物固化软土的研究进展

软土地基处理是工程界公认的有较高风险的工程领域,传统软土固化中大量使用硅酸盐水泥,不仅消耗自然资源,还会对环境产生不良影响,使用环境友好型碱激发地质聚合物替代传统硅酸盐水泥越来越受到国内外学者的重视。论文基于国内外已有研究成果,从碱激发地质聚合物固化土发展历史、碱激发地质聚合物种类、碱激发地质聚合物反应机理、碱激发地质聚合物固化土力学特性和各类性能等方面进行研究进展的综述分析,重点谈论地质聚合物处理软土的力学特性,并对不同碱激发地质聚合物在软土地基加固中抗渗性能、抗冻融性能、抗腐蚀性能等进行分析,对碱激发地质聚合物在软土地基加固中的应用进行系统梳理和展望,以期引导和提升碱激发地质聚合物在软土地基加固中的应用,实现我国地基加固可持续发展。     

室温碱激发低钙粉煤灰地质聚合物配比试验研究

为得到室温下粉煤灰与碱激发剂质量比、水玻璃与氢氧化钠溶液质量比和氢氧化钠溶液摩尔浓度对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,以低钙粉煤灰为原料,制备了地质聚合物胶凝材料。采用正交试验方法,分析粉煤灰地质聚合物抗压强度,探讨碱激发剂配比对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,结合SEM、XRD和FTIR对试样进行表征,并对该材料的应力-应变曲线进行了研究。结果表明:粉煤灰地质聚合物的抗压强度随着激发剂掺量的减少而增大,水玻璃在激发剂中的比值与粉煤灰地质聚合物的抗压强度呈现正相关,其中粉煤灰与碱激发剂质量比为1.8,水玻璃与氢氧化钠溶液质量比为2.5且氢氧化钠溶液的浓度为10 mol/L时,120 d龄期的抗压强度可达51.98 MPa。对应力-应变曲线分析得出,在一定程度上,激发剂的掺入量对粉煤灰地质聚合物的破坏应变和弹性模量有较大影响。SEM、XRD和FTIR分析表明随着养护时间增长,胶凝材料体系内结构更致密,生成了更多的硅铝酸盐凝胶。     

Alkali-activated waste ceramics: Importance of precursor particle size distribution

The waste ceramics belongs to wide range of aluminosilicate materials which can be alkaline-activated to geopolymer cement – possible “green” alternative to conventional Portland cement. The studied ceramic material is generated during the size adjustment of ceramic building blocks by means of grinding. It means that most of the material is very fine, but it contains also some larger shards. This ceramic powder was used as geopolymer precursor “as received” and after removal of particles retained on 1, 0.5 and 0.125 mm sieves. These four types of precursor were activated by sodium silicate (SiO₂/Na₂O = 1) solution. The prepared mortars were tested for strength, basic physical properties, transport parameters and characterized by help of XRD and thermal analysis. It was found that the best mechanical performance provided the precursor after removal of particles retained on 0.5 mm sieve thanks to the highest geopolymerization rate. The presence of coarser particles in precursor gave rise to porosity, what consequently influenced transport parameter of geopolymers towards the lower thermal conductivity and faster moisture transport.     

地聚物橡胶混凝土的力学、抗冲击性能及强度机理分析

为探究橡胶再生集料在地聚物混凝土中的增韧作用,采用不同比例的橡胶再生集料(粒径为0.15~0.3 mm和1~4 mm)代替地聚物混凝土中的普通集料。首先,采用工业废渣中粒化高炉矿渣粉为原料,水玻璃溶液和NaOH为激发剂制备地聚物胶凝材料,并与普通集料、橡胶再生集料混合制备地聚物橡胶混凝土;然后对地聚物橡胶混凝土的力学性能、抗冲击性能和强度机理进行探究。结果表明:添加适量比例的橡胶再生集料可提高地聚物混凝土的抗压强度,增幅为5%左右,这与橡胶再生集料表面在NaOH碱环境中的氧化和降解作用有关;但地聚物橡胶混凝土在劈裂荷载和弯曲荷载下易断裂,劈裂抗拉强度和抗折强度降低20%~30%,这是地聚物橡胶混凝土的典型特点。通过落锤冲击试验和弯拉冲击试验可知,橡胶再生集料能大幅提高地聚物混凝土的抗冲击性能,最高增幅超过200%。这是由于橡胶再生集料具有的柔性和弹性特征吸收了部分冲击能量,同时延缓了冲击荷载下混凝土初始开裂到失效破坏过程,减少了裂缝开裂应力集中,提高了地聚物混凝土的延性。在地聚物碱性条件下,橡胶颗粒表面发生氧化和降解作用,表面变得粗糙,与地聚物基体结合紧密;橡胶表面在NaOH作用下,产生羟基、羧基等亲水基团,有利于水化产物在橡胶再生集料表面附着。     

地聚物材料固化含砷废渣抗硫酸盐侵蚀性能研究

用磷渣-粉煤灰基地聚物材料对含砷废渣进行固化处理,研究含砷固化体的抗硫酸钠侵蚀性能,考察不同硫酸钠浓度、干湿循环次数等因素对固化体质量、抗压强度、砷毒性浸出特性的影响,并采用XRD和SEN分析硫酸钠侵蚀前后固化体的物相组成及形貌变化.结果表明:当干湿循环为1～4次时,材料强度可提高11％～21％;当干湿循环为5～8次时,固化体结构在干湿周期性作用下被破坏,逐步出现微孔、大孔,固化体的结构缺陷致使固化体抗压强度降低(5％～20％),砷浸出率增大,但其不超过0.3％,可见含砷地聚物材料固化体有较强的抗硫酸盐侵蚀性.