1、作為一種可實(shí)現(xiàn)工業(yè)固體廢棄物高附加值資源化利用的新型綠色建筑材料,地質(zhì)聚合物是當(dāng)前材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題之一;本文在粉煤灰基地質(zhì)聚合物研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對(duì)其抗壓強(qiáng)度較低及韌性差的缺陷,開(kāi)展了新型激發(fā)劑、礦物摻合料、苯丙乳液、多種纖維等對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化增韌研究;考察了粉煤灰基地質(zhì)聚合物的耐久性能,并采用現(xiàn)代分析方法對(duì)其礦物相、微觀結(jié)構(gòu)及形貌特征等進(jìn)行了表征。探索了不同離子在堿激發(fā)粉煤灰基地質(zhì)聚合形成過(guò)程中的作用機(jī)理,成功地制備出了耐候性?xún)?yōu)良

2、的苯丙乳液增韌改性的粉煤灰基地質(zhì)聚合物,以及耐高溫性?xún)?yōu)良的纖維強(qiáng)化增韌的粉煤灰基地質(zhì)聚合物,主要的研究?jī)?nèi)容及取得的結(jié)果如下:
　　(1)考察了單一激發(fā)劑LiOH、KOH、NaOH、Na2SiO3、Na2CO3及K2CO3對(duì)堿激發(fā)粉煤灰基地質(zhì)聚合物力學(xué)性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)激發(fā)劑的活性從小到大的順序?yàn)?K2CO3

3、備的試件經(jīng)85℃養(yǎng)護(hù)9h后,其3d抗壓強(qiáng)度為54.08 MPa,表明Na+和K+具有協(xié)同效應(yīng):Na+較強(qiáng)的水化能力易于形成Si(OH)4單體,K+可加速Si(OH)4和Al(OH)4-四面體之間的縮聚和重組,形成更多的Q44結(jié)構(gòu)單元,微觀結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。
　　(2)以硅灰為硅源,氫氧化鋁為鋁源,配制不同Si/Al摩爾比的地質(zhì)聚合物,考察了氫氧化鋁在不同煅燒溫度中形成的礦物相對(duì)地質(zhì)聚合物力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明勃姆石與γ-Al2O3的

4、水化活性均低于水鋁石的水化活性。
　　(3)硅灰和礦渣均能有效地對(duì)堿激發(fā)粉煤灰地質(zhì)聚合物進(jìn)行強(qiáng)化增韌,當(dāng)硅灰摻量為10wt％時(shí),可形成數(shù)量更多的活性Si(OH)4,表現(xiàn)為試件小孔(<20nm)體積百分?jǐn)?shù)增加,抗壓強(qiáng)度增大,但抗凍融性能降低。當(dāng)?shù)V渣摻量為30 wt%時(shí),試件28d的抗壓強(qiáng)度為77.5 MPa,礦渣中解聚的玻璃體與粉煤灰中的Si(OH)4,首先形成溶膠,隨后納米溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ゴ罱拥臉?shù)枝狀凝膠體,最終發(fā)展成結(jié)構(gòu)致密的地質(zhì)

5、聚合物凝膠。提出了以“孔徑彎曲度”衡量試件的力學(xué)性能,試驗(yàn)結(jié)果表明孔徑彎曲度越大,力學(xué)性能越高。
　　(4)建立了苯丙乳液強(qiáng)化增韌粉煤灰基地質(zhì)聚合物的新方法,當(dāng)摻入1wt%的苯丙乳液,其28d的抗壓強(qiáng)度為42.11MPa,抗折強(qiáng)度為6.30 MPa,較不摻乳液樣品分別提高了62%和115%。提出了苯丙乳液的增韌機(jī)理:苯丙乳液可以適量降低反應(yīng)體系的Zeta電位而加速地質(zhì)聚合反應(yīng)進(jìn)程;還可以與硅氧四面體或鋁氧四面體上的羥基通過(guò)縮聚反應(yīng)

6、形成互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);部分苯丙乳液與地質(zhì)聚合物材料中的水分子結(jié)合,具有保水作用,可維持連續(xù)的水化反應(yīng),從而增強(qiáng)其力學(xué)性能。
　　(5)探討了玄武巖纖維、有機(jī)纖維、蛋白纖維和陶瓷纖維在礦渣/粉煤灰地質(zhì)聚合物中的增韌效果,發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維的增韌效果最佳,樣品28d的抗折強(qiáng)度達(dá)到5.9 MPa,較不摻纖維樣品(3.2 MPa)提高了84.3%。提出了玄武巖纖維的增韌機(jī)理:在堿性環(huán)境中它們可以反應(yīng)形成新的無(wú)機(jī)硅酸鹽凝膠;三軸壓縮試驗(yàn)(Mech

7、anical Test System,MTS)的應(yīng)力-應(yīng)變結(jié)果表明玄武巖纖維可提高鋼渣/礦渣/粉煤灰(2:2:6)地質(zhì)聚合物膠砂的最大彎曲應(yīng)力應(yīng)變;所制備地質(zhì)聚合物混凝土3d的抗壓強(qiáng)度超過(guò)30 MPa,28d的抗壓強(qiáng)度達(dá)到65.3 MPa。
　　(6)耐高溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在150-1200℃熱處理過(guò)程中,礦渣/粉煤灰地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度隨溫度的上升而增大,但當(dāng)溫度超過(guò)500℃,由于莫來(lái)石、石英等轉(zhuǎn)化為鈣鋁黃長(zhǎng)石和拉長(zhǎng)石,致使其微觀結(jié)