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浅谈粉煤灰基地质聚合物的发展进程及应用粉煤灰基地质聚合物（Geopolymer）是一种新型的无机聚合物材料，其由粉煤灰和碱性激发剂（如NaOH和Na2SiO3）通过碱激发反应制备而成。
粉煤灰是一种工业废弃物，具有高活性和硅酸铝化合物的特点，可作为主要原料用于制备地质聚合物材料。
粉煤灰基地质聚合物的发展进程可以追溯到20世纪80年代。
当时，澳大利亚学者Joseph Davidovits首次提出了地质聚合物这一概念，并研究了以粉煤灰为原料的聚合物材料制备方法。
随后，地质聚合物被广泛研究和发展，不断探索了不同的制备方法和应用领域。
粉煤灰基地质聚合物的制备方法主要有两种：热激发法和机械激发法。
热激发法将粉煤灰和碱性激发剂在高温下反应，形成聚合物凝胶体系；机械激发法则通过机械搅拌将粉煤灰和碱性激发剂激发反应，形成聚合物凝胶体系。
这两种制备方法各有优劣，可以根据具体需求选择适合的方法。
粉煤灰基地质聚合物具有很多优异的性能和应用特点。
它具有优良的耐酸碱性能，可以耐受酸碱环境的侵蚀，适用于各种腐蚀性介质的管道和容器材料。
它具有良好的绝缘性能，可以用作隔热材料和电气绝缘材料。
它还具有良好的抗压强度和抗冻融性能，适用于道路、桥梁和建筑材料。
粉煤灰基地质聚合物的应用领域广泛，主要包括建筑材料、耐腐蚀材料、环境修复材料和核燃料储存材料等方面。
在建筑材料中，地质聚合物可用于制备混凝土、砖瓦和隔热材料等。
在耐腐蚀材料中，地质聚合物可用于制备耐酸碱管道和容器等。
在环境修复材料中，地质聚合物可用于处理废水和废气等。
在核燃料储存材料中，地质聚合物可用于制备核燃料储存容器等。
粉煤灰基地质聚合物是一种具有广泛应用前景的新型材料。
通过不断的研究和发展，粉煤灰基地质聚合物的制备方法和应用领域将会更加丰富和多样化，为工程和环境领域提供更多的选择和解决方案。
浅谈粉煤灰基地质聚合物的发展进程及应用粉煤灰基地质聚合物是一种由粉煤灰和其他添加剂制成的新型建筑材料，具有较高的强度、耐久性和环保性，因此在建筑、交通、水利等领域有着广泛的应用前景。
本文将从粉煤灰基地质聚合物的发展进程和应用两个方面进行论述。
粉煤灰基地质聚合物的发展进程可以追溯到20世纪50年代初，当时德国学者开始研究利用粉煤灰制备人造石材。
随着研究的深入，人们发现粉煤灰不仅可以用于替代水泥制备混凝土，还可以与其他添加剂一起制成新型材料——粉煤灰基地质聚合物。
由于技术限制和市场需求的不足，粉煤灰基地质聚合物的研究和应用一直没有得到广泛关注。
随着环保意识的不断增强和建筑工业化的发展，粉煤灰基地质聚合物的研究逐渐得到重视。
在20世纪90年代初，国内外学者相继开始研究粉煤灰基地质聚合物的特性和制备工艺，取得了一系列重要的研究成果。
研究人员通过改变砂浆中的水灰比、添加剂的种类和用量等因素，成功地制备出具有较高强度和耐久性的粉煤灰基地质聚合物。
还有许多学者对粉煤灰基地质聚合物的抗渗性、耐腐蚀性、阻燃性等性能进行了深入研究，为其应用提供了有力的支撑。
粉煤灰基地质聚合物在建筑、交通、水利等领域有着广泛的应用。
在建筑领域，粉煤灰基地质聚合物可以用于制备各种结构材料，如砂浆、砖块、墙板等，以及预制构件和装饰材料，如板材、砖石等。
在交通领域，粉煤灰基地质聚合物可以用于制备道路、桥梁、隧道等交通设施的各种构件，具有较高的强度和抗冻性能，能够提高道路的耐久性和安全性。
在水利领域，粉煤灰基地质聚合物可以用于制备堤坝、水泥土面板等水利工程的主要结构材料，具有较高的强度和抗渗性能，可以提高水利工程的耐用性和稳定性。
粉煤灰基地质聚合物是一种具有广泛应用前景的新型建筑材料，经过多年的研究和开发，其制备工艺和性能得到了不断改进和提高。
未来，随着技术的进一步进步和市场需求的扩大，粉煤灰基地质聚合物的应用会更加普及，为建筑行业的可持续发展做出积极贡献。
粉煤灰基地聚合物研究进展综述摘要：粉煤灰主要是煤粉燃烧后，从烟道气体中收集的飞灰（Fly ash）。
我国火力发电厂多使用煤炭，每年产生大量粉煤灰。
本文简要阐述粉煤灰的性能，从三个方面对比了绍兴二级、三级粉煤灰，并综述粉煤灰的工程应用现状。
关键词：粉煤灰；地质聚合物；软土加固剂；固化重金属1 引言粉煤灰是煤粉经预热空气喷送炉膛高温燃烧后从烟道中收集的飞灰。
粉煤灰经碱激发形成的地质聚合物具有高强、环保、耐酸碱等优良性能。
地聚物的原理可追溯到上世纪40年代，美国科学家Purdon首次提出了碱激发铝硅酸盐黏结剂的硬化机理，法国科学家Joseph Davidovits（1994）使用碱激发偏高岭土来制备地聚物（geopolymer），首先提出了地聚物的概念并且沿用至今。
新世纪以来国内外越来越多的研究者开始研究钢渣、煤矸石等工业废料作为被激发的固态粉料，这其中较为成熟的就是粉煤灰。
2 粉煤灰基地聚合物研究进展2.1固化、吸附重金属地聚合物具有较高的阳离子交换能力，且凝胶内的化学结构本身带负电荷容易吸附正电金属阳离子，对Cd、Ni、Pb(II)、Cu(II)、磷酸盐、氮氧化物、硼、氟化物、137Cs和90Sr的放射性核素均有净化效果。
有文献认为致密的地聚物有助于防止重金属浸出，也有文献使用双氧水制造孔隙粉煤灰地聚物（含铁矿石尾矿）孔洞得出孔隙的增多有助于对提高对重金属（cu2+）的吸附。
不少研究通过改变地质聚合物的形状成粉末、球形、珠状和海绵合成纤维来增大接触面积提高吸附或者固化重金属的效率。
这可能和重金属是被固化还是吸附、是处理污染土还是污染水以及固化的方式有关，地聚物对某些金属离子（Cr3+、Cd2+和Pb2+）的固化既存在被网状结构吸附包裹的物理固化也存在与碱液反应生成沉淀或者被带负电的地聚物凝胶吸引形成化学固化。
但针对Pb金属粉末用粉煤灰基地聚合物固化时发现Pb金属粉末主要被物理固化，并不与地聚物凝胶发生反应。
第44卷第16期山西建筑Vol. 44 No. 162 0 18 年6 月SHANXI ARCHITECTURE Jun. 2018 • 81 •文章编号：1009-6825 (2018)16-0081-03粉煤灰地聚合物材料性能及应用的研究进展俞华栋(浙江天地环保科技有限公司，浙江杭州310018)摘要:粉煤灰地聚合物在微观结构上与传统偏高岭土基地聚合物相似,但制备成本大幅降低，且某些性能甚至还会超越偏高岭土基地聚合物，因此受到国内外学者的高度关注。
针对粉煤灰基地聚合物反应机理，着重介绍了粉煤灰特性、激发剂及水组分含量对所得地聚合物性能的影响，阐述了粉煤灰地聚合物在处置利用固废中的应用。
关键词：粉煤灰，地聚合物，性能中图分类号:TU502 文献标识码:A地质聚合物（G eop olym er，简称地聚物）是一类新型的无机胶 凝材料,主要通过含铝硅酸盐的矿物在碱性环境中反应生成无机 聚合物[1]。
地聚合物拥有无规则的三维网状结构，其主体由硅氧 四面体、铝氧四面体构成，空隙中填充了碱金属离子。
其链接结 构以离子键和共价键为主，范德华力、氢键为辅，同时具有高分子 材料、水泥及陶瓷材料的结构特点。
因此地聚物可呈现出良好的 力学性能、耐久性、耐化学腐蚀、耐高温和环境友好等优点[]，在耐火隔热材料、建筑材料、重金属固化和核废料固封等方面得到 广泛的应用[34]。
与传统的胶凝材料相比,可以用于制备地聚合物的原料包容 度高。
富含硅铝成分的矿物、固废、尾矿，如粉煤灰、矿渣和煅烧 高岭土等均用作制备地聚合物的原材料。
此外，其制备工艺简 单，制备过程的能耗低。
在常压条件下，通过使用一些激发剂还 可促使其强度快速发展，整个环节的碳排放量仅为传统硅酸盐水 泥的10% ~20%，因此，地聚物是一类优秀的绿色建筑材料[2]。
1地聚合物制备出于绿色环保的考虑，现阶段制备地聚合物的原料为多种含 铝硅酸盐矿物和工业固体废弃物。
在碱激发条件下，一些典型矿 物的活性顺序按以下顺序依次增大:高岭土、火山灰、粉煤灰、炉渣、沸石、偏高岭土[5]。
浅谈粉煤灰基地质聚合物的发展进程及应用粉煤灰基地质聚合物是一种利用废弃物粉煤灰作为原料进行合成的聚合物材料。
粉煤灰是燃煤过程中产生的副产物，具有极高的资源利用价值。
而地质聚合物是指在地质环境中形成的具有聚合结构的有机-无机复合材料。
粉煤灰基地质聚合物的发展可以追溯到20世纪60年代，至今已经取得了一系列的进展与突破。
粉煤灰基地质聚合物的合成主要通过掺入有机改性剂、硬化剂等添加剂，使其在一定条件下进行化学反应，最终形成三维聚合结构。
这种合成方式不仅能够充分利用废弃物粉煤灰资源，还能使其具有一定的耐久性、力学性能和化学稳定性。
进一步研究发现，粉煤灰基地质聚合物具有多种优良的性能，例如高度可控性、较低的毒性和环境友好性、优异的热稳定性等。
可以广泛应用于建筑材料、环境修复、地质工程、水资源利用等领域。
在建筑材料方面，粉煤灰基地质聚合物可以用于制备水泥、混凝土、砖瓦等材料。
与传统的水泥材料相比，粉煤灰基地质聚合物具有更高的强度和耐久性，同时能够有效减少环境污染和能源消耗。
在环境修复方面，粉煤灰基地质聚合物可以用于处理废水、重金属污染物、土壤污染等。
研究表明，粉煤灰基地质聚合物可以有效吸附有害物质，降低环境污染。
在地质工程方面，粉煤灰基地质聚合物可以用于填充、加固地下空洞、土体固结等。
由于其具有较高的强度和耐久性，可以提高土体的稳定性，增加地质工程的安全性和可持续性。
总结来看，粉煤灰基地质聚合物的发展经历了多年的探索和实践，取得了一系列的进展。
目前粉煤灰基地质聚合物的应用仍处于起步阶段，与传统材料相比，仍存在一定的技术和经济上的难题。
今后的研究工作应该进一步深入，加强与传统材料的比较，探索更多的应用领域和可能性。
最终，将粉煤灰资源充分利用，为可持续发展做出更大的贡献。
粉煤灰地聚合物材料性能及应用的研究进展俞华栋【摘要】粉煤灰地聚合物在微观结构上与传统偏高岭土基地聚合物相似,但制备成本大幅降低,且某些性能甚至还会超越偏高岭土基地聚合物,因此受到国内外学者的高度关注.针对粉煤灰基地聚合物反应机理,着重介绍了粉煤灰特性、激发剂及水组分含量对所得地聚合物性能的影响,阐述了粉煤灰地聚合物在处置利用固废中的应用.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2018(044)016【总页数】3页(P81-83)【关键词】粉煤灰;地聚合物;性能【作者】俞华栋【作者单位】浙江天地环保科技有限公司,浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TU502地质聚合物(Geopolymer，简称地聚物)是一类新型的无机胶凝材料，主要通过含铝硅酸盐的矿物在碱性环境中反应生成无机聚合物[1]。
地聚合物拥有无规则的三维网状结构，其主体由硅氧四面体、铝氧四面体构成，空隙中填充了碱金属离子。
其链接结构以离子键和共价键为主，范德华力、氢键为辅，同时具有高分子材料、水泥及陶瓷材料的结构特点。
因此地聚物可呈现出良好的力学性能、耐久性、耐化学腐蚀、耐高温和环境友好等优点[2]，在耐火隔热材料、建筑材料、重金属固化和核废料固封等方面得到广泛的应用[3,4]。
与传统的胶凝材料相比，可以用于制备地聚合物的原料包容度高。
富含硅铝成分的矿物、固废、尾矿，如粉煤灰、矿渣和煅烧高岭土等均用作制备地聚合物的原材料。
此外，其制备工艺简单，制备过程的能耗低。
在常压条件下，通过使用一些激发剂还可促使其强度快速发展，整个环节的碳排放量仅为传统硅酸盐水泥的10%～20%，因此，地聚物是一类优秀的绿色建筑材料[2]。
1 地聚合物制备出于绿色环保的考虑，现阶段制备地聚合物的原料为多种含铝硅酸盐矿物和工业固体废弃物。
在碱激发条件下，一些典型矿物的活性顺序按以下顺序依次增大：高岭土、火山灰、粉煤灰、炉渣、沸石、偏高岭土[5]。
由于粉煤灰(含有SiO2和Al2O3)与天然铝硅原材料在组成及结构上的相似性，其成为制备地聚合物一种原材料。
研究发现由粉煤灰制备的地聚合物在微结构上与煅烧高岭土相似，这样不仅大幅降低了制备成本，对其产品性能优化也有潜在的益处。
尤其是粉煤灰制备地聚合物可显著降低有毒有害重金属离子的浸出后[6]，使其得到了更广泛的关注和研究。
2 粉煤灰地聚合物性能影响因素2.1 粉煤灰特性粉煤灰通常可分为高钙灰(C级)和低钙灰(F级)。
我国所产大部分为低钙粉煤灰，其玻璃体网络结构较完整。
即使在水泥水化形成的碱性环境中，其结构也较难解离，水化活性较低。
作为地聚合物的原料，C级和F级灰均可使用。
只是随着粉煤灰中CaO含量增加，其制备地聚合物的强度发展速度更快，最终强度也有所增加。
Slavik等[7]用循环流化床煤炉粉煤灰(17.9%CaO)制备的地聚合物，28 d抗压强度约34 MPa，90 d强度达到50 MPa。
Chindaprasirt等[8]利用高钙灰制备的地质聚合物，在7 d时抗压强度可高达到50 MPa。
而采取类似高岭土预处理方式，将粉煤灰在高温下进行预煅烧，会致使其中非晶体成分减少，得到的地聚合物强度也会显著降低[9]。
研究发现，粉煤灰中活性硅的含量、玻璃体的含量和粒径分布是影响其活性的关键参数[10]。
以活性铝含量为例，反应初期，地聚合物胶体以富铝的胶体为主，强度较低。
随着反应的进行，胶体逐渐由富铝相转变为富硅相，才对地聚合物抗压强度产生积极的促进作用[11]。
对粉煤灰细度控制，进行球磨处理，从而提高比表面积和均匀度，制备的地质聚合物强度增加[12,13]。
对矿渣、粉煤灰和煤矸石制备的地聚合物，碱激发条件下，3 d和28 d的抗压强度可达48.17 MPa和77.1MPa[14]。
2.2 激发剂通常采用碱金属溶盐的溶液作为地聚合物的激发剂。
当碱液中含一些可溶性硅酸盐时，会加速制备地聚合物的反应进程，地聚物的力学性能也会得到提高[15]。
现有的科学研究发现，单一激发剂活性按以下顺序逐渐增大：K2CO3,Na2CO3,LiOH,KOH,NaOH,Na2SiO3[16]。
侯云芬课题组[17]发现单纯使用不同浓度的NaOH和KOH溶液对粉煤灰的激发效果并不理想。
马保国课题组[18]采用碳酸钠和氢氧化钠制备复合激发剂，以矿渣高钙粉煤灰制备地聚合物，其28 d抗压强度可达到硅酸盐水泥52.5 MPa的要求，具有成本较低、性能优异、绿色环保优点。
刘淑贤等[19]以Na2SiO3和NaOH作为复配激发剂，当其质量比为1∶1时，7 d抗压强度可达63.8 MPa，14 d抗压强度达到71.3 MPa。
2.3 水水的存在状态及演化对硬化水泥基材料性能有着重要作用。
通过灼烧失重测试的方法，Fang等人[20]发现，地聚合的制备时，硬化过程中约有10.47%的水转变成了非自由水，大部分以化学结合形态存在于凝胶孔中。
水在地聚物的反应中，起到了非常重要的媒介作用，其参与了硅铝相的溶解和离子迁移，参与了硅铝化合物水解及单体聚合等过程[21,22]。
而剩余水含量与激发剂中阳离子有关，含Na类激发剂的剩余水含量比K类激发剂要高。
此外，水含量还会影响地聚合物凝结的时间，初凝和终凝时间均随含水量的增加而大幅延长，但对应的样品抗压强度变化并不明显[23]。
3 粉煤灰地聚合物反应机理根据反应不同阶段的控制机制，Femandez[24]提出了一种可反映粉煤灰配制地聚合物反应过程的物理模型。
该模型包括溶解、扩散、胶体生成与沉积四个过程，可概括如下：1)碱将粉煤灰玻璃球中可溶性的硅和铝逐步溶解；2)硅铝胶体在球体外围形成、碱溶液继续扩散进入玻璃体内部，导致继续溶解；3)硅铝胶体在粉煤灰颗粒表面沉淀，对未反应颗粒进行包覆并阻碍反应继续进行；4)胶体与粉煤灰玻璃球体相结合。
在反应的初始阶段，由溶液性质决定了反应的进行。
而反应中期以及后期，碱溶液进入粉煤灰颗粒内部，反应的进行受到离子的扩散迁移的控制，见图1。
4 在处置利用固废中的应用地聚合物由于具备限制重金属离子迁移的能力，可用于固结含重金属固体废弃物或放射性固体废弃物的胶结材料[25,26]，其性能比传统硅酸盐水泥更好、成本更低。
普通硅酸盐水泥固结重金属含量高的固体废弃物时，由于其重金属的溶出较高而无法资源化利用。
而地聚合物由于具有良好的抗酸和抗碱能力。
在一些化工材料的存储和输运中，地聚物可用于修建存储酸、碱废水的堤坝或管道。
在环境保护领域中，地聚物可广泛用于垃圾填埋场的密封层。
5 结语粉煤灰制备的地聚合物不仅可充分有效利用不同级别粉煤灰，制备出性能优异的新型胶凝材料，对于固废资源化利用、建筑材料绿色制备等都有着重要的理论意义和实际应用价值。
但现阶段的研究主要集中于激发剂、粉煤灰以及其他材料的特性影响作用上，相关微结构形成过程尤其是其中起重要作用的水的变化还缺乏深入探讨。
此外，与传统水泥基材料相比，对地聚合物水化机理、水化过程还有待继续探索，这在一定程度上限制并影响了其他工业固体废弃物(尤其是钙质)在地聚合物中的广泛应用，这也是未来地聚合物发展的重要方向。
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