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(4)同一粉煤灰含量的混合原料在采用不同模数的水玻璃激发时,随水玻璃模数的增大,凝结时间增长。
关键词:
地质聚合物;
偏高岭土;
粉煤灰;
工作性能;
凝结时间
Abstract
Geopolymerisanewgelledmaterialwhichattractedlotsofattentions,bothathomeandabroadinrecentyears,foritsexcellentproperties.Inthisthesis,geopolymerhasbeensynthesizedfromrawmaterialswhataremetakaoliniteandflyashunderactivationofNaOHsolutionandsodiumsilicatesolution.Wediscussthathowfinenessofthemetakaolinete,contentofflyashandmodulusofsodiumsilicateaffectthemechanicalpropertiesofFlyash-Metakaolinitebasedgeopolymerbyusingorthogonalexperimentaldesign.Meanwhile,theworkingperformanceandsettingtimeofgeoploymerarestudied.Researchshows:
(1)Flyash-MetakaolinitebasedgeopolymerhasbeensynthesizedatroomtemperaturefrommetakaoliniteunderactivationofNaOHsolutionandsodiumsilicatesolution.Wegetmetakaolinitewithhighactivityfromkaolinitewhichhasbeencalcinedat850℃,andholds2hours.
(2)Metakaolinite-basedgeoploymerhasgoodperformanceinthedevelopmentoftheearlystrength.Thereactionprocessisregulatedbymixingtheflyashandhencetheworkabilityisimproved.Thecontentofflyashinthetotalrawmaterialsincreased,theflowabilityoftheslurryofFlyash-Metakaolinitebasedgeopolymerisgetiingbetter.(3)Weknowthatfinenessofthemetakaolinete,contentofflyashandmodulusofsodiumsilicatearethreinfluencingfactors.Thebestformulaisthefinenestmetakaolinite,flyashaccountedfor25%ofthetotalrawmaterialsandmodulusofmodifiedwaterglasswas1.3.(4)Whentherawmaterialswiththesamecontentofflyashgettedactivatedbysodiumsilicatewithdifferentmodulus,thesettingtimegettinglongeralongwiththeincreaseofthemodulusofthesodiumsilicate.
Keywords:
GeopolymerMetakaoliniteFlyashWorkingperformanceSettingtime
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论2
1.1地质聚合物简介2
1.2地质聚合物的制备3
1.2.1偏高岭土地质聚合物的制备3
1.2.2粉煤灰地质聚合物的制备4
1.3地质聚合物的反应机理6
1.4地质聚合物发展中的有利条件和遇到的问题7
1.4.1地质聚合物的有利条件8
1.4.2地质聚合物发展中遇到的问题9
1.5地质聚合物的应用前景10
1.6本文研究的主要内容11
第二章试验部分11
2.1试验原材料11
2.2试验仪器及设备12
2.3试验材料准备及预处理13
2.3.1偏高岭土制备13
2.3.2不同模数改性水玻璃的配制13
2.3.3试验原料配比15
2.4试验方法16
2.4.1地质聚合物试样制备16
2.4.2地质聚合物浆体流动度的测定17
2.4.3抗压强度试验17
2.4.4正交优化设计试验17
第三章结果与讨论18
3.1正交实验分析18
3.1.1偏高岭土细度对材料抗压强度的影响19
3.1.2粉煤灰掺量对材料抗压强度的影响20
3.1.3水玻璃模数对材料抗压强度的影响22
3.2偏高岭土-粉煤灰基地质聚合物性能研究23
3.2.1流动性研究23
3.2.2凝结时间研究24
第四章结论与展望25
4.1结论25
4.2展望26
致谢26
参考文献27
第一章绪论
1.1地质聚合物简介
地质聚合物最早由法国的DavidovitsJ教授在研究古罗马建筑和埃及金字塔时提出的[1]。
Geopolymer一词原意指由地球化学作用或地质合成作用而形成的铝硅酸盐矿物聚合物,故此人们将地质聚合物又称为地聚合物、矿物聚合物、土聚水泥、土壤聚合物、化学键陶瓷材料、低温铝硅酸盐玻璃等[2-7]。
地聚合材料属于碱激发材料,即强碱溶液与硅酸盐矿物颗粒发生反应,在其表面形成具有硅酸盐长链结构的凝胶相,凝胶相固化脱水后形成的物相称之为基体相,呈非晶态或半晶态,强度较低,而基体相将未反应的矿物颗粒或骨料粘结在一起,形成具有一定强度的材料[8]。
这类胶凝材料具有传统水泥所不具有的优异性能[9]:
早强快硬,体积稳定性好,耐化学腐蚀,界面结合力强,抗渗性好,耐高温性好,耐水热作用,耐久性好,可自调温调湿等。
它以其独特的性能]以及在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料和耐高温材料等方面所显示出广阔的应用前景,已成为世界各国材料科学工作者关注的目标之一[10-15]。
地聚合物材料具有类似有机高聚物的链接结构,其基本结构单元为无机的Si-O四面体和Al-O四面体,其终产物以离子键及共价键连结为主,范德瓦尔斯键以及氢键连结为辅。
DavidovitsJ以硅铝比为依据对地聚合物进行了系统的划分如下图,将地聚合物的长链结构分为3种类型:
硅铝长链,即PS(Si/Al=l),双硅铝长链,即PSS(Si/Al=2)和三硅铝长链,即PSDS(Si/Al=3),如图l.l所示。
图1.1地聚合物的分类
地聚合物是由硅氧四面体和铝氧四面体以顶角相连而成的具有不规则三维网状结构,金属离子充填网络空隙而形成的非晶态至半晶态的固体材料,在化学成分上类似于沸石,但是地质聚合物为一种无定型凝胶体。
地聚合物主要是由不同比例的硅氧四面体和铝一氧四面体连接成的多维网络结构,碱没有直接进入到网络结构中,但是起到了平衡电价的重要作用。
图1.2地聚合物的结构模型
1.2地质聚合物的制备
地质聚合物的制备研究不仅可以改变反应条件,而且还可以改变原材料。
工业废弃物粉煤灰和矿渣可部分或全部替代原来使用的粘土矿物,既有环境效益又突显经济效益,因此成为目前研究热点。
下面将介绍偏高岭土地质聚合物和粉煤灰地质聚合物的制备。
1.2.1偏高岭土地质聚合物的制备
偏高岭土是由高岭土煅烧得到的。
高岭土中主要矿物相是高岭石,层状含水铝硅酸盐,硅氧四面体层:
铝氧八面体层=1:
1,理想化学式是Al4[Si4O10](OH)8,伴生矿有埃洛石、石英、云母等矿物,其显观形貌见图1.3。
图1.3高岭石显微形貌(a)扫描电镜;
(b)透射电镜;
(c)原子力显微镜[16]
在100°
C~150°
C高温下(或130°
C~200°
C水热条件),高岭石和NaOH发生缩聚反应形成水化方钠石(hydratedsodalite)或水合方钠石(hydrosodalite),见式1.1。
但在室温下,由于高岭石活性较低,该反应进行极慢,因此需要将原料预先活化。
Si2O5·
Al2(OH)4+NaOH→Na(–Si–O–Al–O)n
式(1.1)
Al2(OH)4→2SiO2·
Al2O3+2H2O
式(1.2)
高温煅烧是活化方法之一。
理论上,高岭石在527℃煅烧可转化为偏高岭石(式1.2)。
。
Koloušek[17]等提出在550℃下直接煅烧偏高岭土和NaOH、KOH的混合物,但研究结果表明,这种全新的制备方法所得到的产物水化后强度很低(1MPa左右),原因可能在于高岭石并未活化。
Zhu[17]等研究证明煅烧温度高于600℃更有效,且煅烧温度显著影响产物结构,进而影响到无机聚合物的力学性能。
Rocha[17]研究表明650~900℃煅烧后的高岭石的Al核磁共振谱在4ppm、25ppm和53ppm出现共振谱峰,它们分别对应Al的六、五和四配位,说明高岭土煅烧产物并不完全是偏高岭石。
在探讨无机聚合物某些特性和无机聚合形成反应机理时,为避免或减少其它因素增加研究的复杂性,往往选用偏高岭石或较纯偏高岭土作原料。
在无机聚合物应用研究方面,往往不使用纯高岭土,因为较纯高岭土资源有限,且用途广泛。
使用低品质粘土制备无机聚合物,不仅可以节约资源,而且利于该材料推广应用。
Zibouch[17]研究了高岭土中其它矿物的影响,发现含有20%伊利石和10%石英的高岭土仍可以用来制备无机聚合物。
Chen等[17]探索使用水库淤泥替代高岭土来制备无机聚合物,淤泥取自台湾A-Kung-Tien水库,主要矿物组成是石英、蒙脱石、蛇纹石和斜铁辉石,先湿法过筛除去某些杂质,烘干后细磨至平均粒径50m,500℃~900℃煅烧6h,煅烧产物经碱激发后制成的无钙无机聚合物强度很高,8
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- 关 键 词:
- 偏高 粉煤 基地 聚合物 制备 性能 研究