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第31卷 第7期2009年4月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.31 No.7 Apr.2009DOI:10.3963/j.issn.1671-4431.2009.07.030粉煤灰/矿渣基地聚合物的制备及固化机理研究杨立荣1,王春梅1,封孝信1,蔡基伟1,张利民1,李庆福2(1.河北理工大学材料学院,河北省无机非金属材料重点实验室,唐山063009;2.冀东水泥有限公司,唐山063000)摘 要: 地聚合物作为一种新型的胶凝材料具有许多优于传统胶凝材料的性能。
该文采用粉煤灰、矿渣为原料,水玻璃为激发剂制备粉煤灰/矿渣基地聚合物,考察了矿渣掺量及水玻璃模数对地聚合物抗压强度的影响,并采用XR D 、SEM 手段对粉煤灰基地聚合物相组成及微观结构进行表征。
结果表明:对同一水玻璃模数,随矿渣掺量的增加,试样的抗压强度大多数也增强,且随着龄期的延长,试样的抗压强度也不断增强。
对于同一矿渣掺量,水玻璃模数为1.3时的试样的抗压强度最高,养护14d 最高达到61.3M Pa;同时探讨了粉煤灰矿渣基地聚合物的水化固化机理。
关键词: 地聚合物; 粉煤灰; 矿渣; 固化机理中图分类号: T Q 172.44文献标识码: A 文章编号:1671-4431(2009)07-0115-05Preparation and Consolidation Mechanism of Fly Ash -BasedGeopolymer Incorporating S lagYAN G L i -rong 1,WANG Chun -mei 1,FEN G X iao -x in 1,CAI Ji -w ei 1,Z H ANG L i -min 1,L I Qing -f u 2(1.Hebei Province K ey Laborator y of Inor ganic N onmetallic M ater ials,School o f M aterialsScience and Eng ineering,Hebei Polytechnic U niversit y,T angshan 063009,China;2.Hebei Pr ovincialJidong Cement Group Co Ltd,T ang shan 063000,China)Abstract: G eopolymer is a new cementations mater ial and has many proper ties which are superior to Portland cement.F ly ash -based geopolymer incorpo rating slag using Water glass as activator w as prepared,and t he influences of contents of slag and water glass modulus on strength were studied.T he phase composition and micr ostructur e were observed by XRD and SEM.T he results show that the compressive strength incr eases while contents o f slag increases at the same modulus of water glass,and the compressive str ength increases with age.For the same content of slag,the compressiv e streng th of sample curing at 14d age is 61.3M Pa w hile the water glass modulus is 1.3.At last,the consolidation mechanism of fly ash/slag -based geopolymer is dis -cussed.Key words: g eopolymer; fly -ash; slag; consolidation mechanism收稿日期:2008-10-20.作者简介:杨立荣(1974-),女,讲师.E -mail:ylr2005@eyou.co m地聚合物是以偏高岭石或铝硅酸质工业废料(粉煤灰、煤矸石等)为主要原料,经激发剂的作用发生特定反应而形成的聚合物材料[1],它具有三维网络状结构,但主体是无机的[SiO 4]和[AlO 4]四面体。
新型材料——无机矿物聚合材料摘要：无机矿物聚合材料是近些年发展起来的一种新型无机非金属材料，本文探讨了无机矿物聚合材料在国内外的发展历史和研究现状，并总结了聚合反应的机理，最后说明了这类新型材料存在的问题。
关键词：矿物聚合材料；无机非金属材料Abstract: inorganic mineral polymer materials developed in recent years is a new type of inorganic non-metallic materials, this paper discusses the inorganic mineral polymer materials in the domestic and foreign development history and status, and summarizes the polymerization reaction mechanism, the last illustrates this kind of new materials existing problems.Keywords: mineral polymer materials; Inorganic non-metallic material无机矿物聚合材料属于碱激发胶凝材料。
这类材料的应用可追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分Na2CO3、草木灰成分K2CO3以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱NaOH和KOH，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造石。
1. 国外研究现状1972年，法国的Joseph Davidovits教授申请了第一篇关于用高岭土通过碱激活反应制备建筑板材的专利。
随后J.Davidovits开始对地聚合物材料的内部结构进行了细致的研究，并于随后几年里申请了大量的专利。
之后不久，他又在另一篇美国专利中采用了一个更加通俗的名称“无机矿物聚合物(Geopolymer) [1]”。
矿物聚合材料——一种新型建筑材料摘要：矿物聚合材料是近年来发展起来一种新型无机非金属材料，探讨了矿物聚合材料在国内外的发展历史和研究现状，并总结了聚合反应的机理，最后展望了这类新型建筑材料的应用前景。
关键词：矿物聚合材料；新型建筑材料；发展前景古代混凝土、砂浆建筑物(如罗马的大竞技场)具有非常优异的耐久性能，它能在较恶劣的环境中保持几千年，甚至上万年而不破坏。
与之相比，在相同的条件下，用硅酸盐水泥制备的现代混凝土平均只有40～50年的寿命，最长的也不超过100年．短的仅几年就遭受严重破坏。
究其原因是由于在古代混凝土中存在一种硅酸盐水泥中没有的无定形物质，该物质的结构与有机高分子聚合物的三维网络结构相似，但其主体为无机的[Si04]4一和[A104]s一四面体，法国化学家Davidovits 称之为矿物聚合材料(Geopolymer)Ⅲ。
矿物聚合材料含有多种非晶质至半晶质相的三维铝硅酸盐矿物聚合物，是近年来发展起来的一类新型无机非金属材料。
这类材料多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料．与高岭石、粘土以及适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在20～120℃的低温条件下成型硬化，属于由铝硅酸盐胶凝成分粘结的化学键陶瓷材料。
1 矿物聚合材料的研究历史与研究现状矿物聚合材料作为一种碱激发胶凝材料，尽管其应用可追溯到古代，但矿物聚合材料的研究发展比较晚。
以1972年为界线可以分为探索期和发展期两个阶段：探索期：20世纪30年代．美国的Purdon在研究添加矿渣对波特兰水泥的作用时，制得一种更加快凝、高强的高凝材料，并提出了“碱催化”机理，认为材料的凝结过程为：二氧化硅、氧化铝与石灰溶解于氢氧化物：水化硅酸钙与水化铝酸钙的形成：氢氧化物的重新生成。
20世纪50～60年代，前苏联的G1ukhovski进一步系统地研究了矿物聚合材料．他指出：钠的磷酸盐、氟化物与碳酸盐均可作激活剂：固结物中的固相为水合硅酸钙与水合铝硅酸盐；粘土类矿物在碱溶液处理时，反应生成钠的水合硅铝酸盐。
序人类对环境的关注程度远远超过历史上任何一个时代，天然及改性矿物材料将以原料来源广泛、产品性能优异等特点在净化环境、保护环境、实现人与自然的和谐共处过程中发挥重要的作用。
随着塑料、橡胶等高分子材料的广泛使用，高聚物的阻燃问题引起了社会的广泛关注。
早期应用的卤系阻燃剂在阻燃过程中会产生大量的毒烟，而这种毒烟在火灾过程中危害更大，因而在呼唤“绿色、环保”的 21 世纪，广泛采用氢氧化铝和氢氧化镁已成为阻燃剂发展之必然趋势。
该书的特点主要体现在三个方面。
一是将矿物材料与非金属矿产资源的开发利用紧密结合起来。
二是把普通矿物材料与高技术新材料融合在一起。
该书既研究了重质碳酸钙、滑石粉等普通粉体材料，又对矿物晶须、纳米级矿物材料及功能性陶瓷粉的制备进行了系统论述。
三是在矿物材料制备过程中，强调了颗粒粒度与颗粒形状的控制，在分子、原子等超微粒子的层面实现矿物材料的控制生长，这是高新技术与传统学科有机结合的典范。
该书以矿物材料的制备为主线，首次将非金属矿深加工、粉体制备、矿物合成、矿物材料的应用有机结合在一起，分类进行论述，内容涵盖了非金属矿物粉体材料、无机阻燃剂、保温材料、陶瓷粉体、纳米矿物粉体、矿物晶须、矿物助滤剂、树脂基摩擦材料及环境矿物材料等各方面的知识。
近年来，东北大学矿物材料与粉体技术研究中心在矿物材料的研究与开发方面取得了优异的成绩，先后成功地实现了硫酸钙晶须和纳米碳酸钙的工业化生产，创造了良好的经济效益和社会效益。
相信该书的出版必将会对我国矿物材料工业的发展与进步起到积极的推动作用。
第 1 章1 . 1 绪论概述材料可分为金属材料、有机材料、无机非金属材料及复合材料。
矿物材料是指以天然矿物或岩石为主要原料经加工、改造所获得的材料或者能直接应用其物理、化学性质的矿物或岩石。
其含义包括四个方面：①能被直接利用或经过简单的加工处理（如破碎、选矿、切割、改性等），即可被利用的天然矿物、岩石；②以天然的非金属矿物、岩石为主要原料，通过物理化学反应（如焙烧、熔融、烧结、胶结等）制成的成品或半成品材料；③人工合成的矿物或岩石；④这些材料的直接利用目标主要是其自身具有的物理或化学性质，而不局限于其中的个别化学元素。
