粉煤灰地质聚合物的研制

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粉煤灰地质聚合物材料的实验研究

图２粉煤灰比表面积随粉屠时间的变化
可以看出，粉煤灰粉磨后的比表面积先增大后减
［键词］煤灰；质聚合物；激发；观分析关粉地碱微［图分类号］Ｑ１７Ｘ０中Ｔ７；７５［献标志码］文Ａ［文章编号］０３１２（００一３０２一３１０ — ３４２１）０ — ０３Ｏ
Ｏ前言
论文利用粉煤灰为主要原料．以水玻璃为激发剂制备地质聚合物，确定制备地质聚合物材料的最佳工艺条件，分析影响材料性能的主要因素。并
１原材料与实验方法
１１原材料．
图１粉煤灰ＸＲＤ分析
２世纪建筑材料１
２１００
随着粉磨时间的继续延长，小颗粒又不断发生团聚…。粉煤灰经过一个小时的粉磨以后，积比表面积体
也由０２１／ｎ增大到０３６ｍ２Ｉ。图２给出了．ｃｌ６ｍ２．／Ｔ８ｃＩ粉煤灰比表面积随粉磨时间变化的规律。
２１粉煤灰比表面积对地质聚合物性能的影响．
对粉煤灰进行粉磨有利于提高其反应活性，并但
非粉磨时间越长越好，是存在一个最佳值，而随着粉磨的进行，面致密膜不断被打破，粒逐渐变小，表颗但
１．实验方法２实验过程按照Ｇ／１６１１９《泥胶砂强度ＢＴ７７ — ９９水

粉煤灰_矿渣基地聚合物的制备及固化机理研究_杨立荣

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。

浅谈粉煤灰基地质聚合物的发展进程及应用

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。

粉煤灰基地质聚合物材料的应用研究进展

达３３．５ＭＰａ，且高温煅烧实验表明其具有耐高温
性能。
刘泽等［９－１０］研究证明循环流化床超细粉煤灰基
地质聚合物与Ｚｎ２＋、Ｐｂ２＋均具有较好的相容性，使
得大掺量Ｚｎ２＋的固化率达９９％以上，Ｐｂ２＋的固化率
也达到了９０％以上。其对含铬电镀污泥也可以进
行良好的固化，固化体强度较高，毛林清等［１１］对
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｆｌｙａｓｈｆｒｏｍｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｈａｓｃａｕｓｅｄｃｅｒｔａｉｎｈａｒｍｔｏｔｈｅｅａｒｔｈｓｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈ．Ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｗｉｔｈｆｌｙａｓｈａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆ
水等发泡剂对块体、球形等吸附材料进行起泡处
技术的投入及研究，以应对水资源短缺的问题。
理，以增加其吸附活性位点，从而加大吸附量。因
粉煤灰本身具有特殊的多孔蜂窝状结构、比表
面积较大，又具有Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ等活性组分，
此，块体及球形吸附剂特别是球形吸附剂很有可能
固体废弃物中包含了大量的重金属及其化合物，如
且在内部形成密闭性良好的牢笼形状，从而可以将
断富集并潜移默化地渗透到了广袤的土壤及水资源
实现了以废治废、变废为宝的环保目标，在材料、
Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ａｓ、Ｃｄ等，有害重金属离子不
重金属离子、有毒废物质等包裹在牢笼空腔内部，
中，这对人们赖以生存的生态环境造成了严重的威

粉煤灰基地聚合物研究进展综述

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。

偏高岭土一粉煤灰基地质聚合物的制备及其性能研究

宋紫阁1,冯永明2,周文静3(1.新乡学院土木工程与建筑学院,新乡4530002.河南绿锦市政园林工程有限公司,新乡4530003.逸文环境发展有限公司,新乡453000)。

为了改善地质聚合物的力学性能,采用粉煤灰作为主要原料,液体水玻璃和氢氧化钠作为碱激发剂,将偏高岭土作为填料替代部分粉煤灰,制备了应用偏高岭土的粉煤灰基地质聚合物。

对偏高岭土-粉煤灰基地质聚合物进行了扫描电子显微镜、抗折抗压强度以及折压比等表征,研究了偏高岭土-粉煤灰基地质聚合物结构以及强度的影响。

结果显示:在粉煤灰基地质聚合物中添加偏高岭土会加快强度的形成,并且提高了粉煤灰基地质聚合物的强度。

;偏高岭土;粉煤灰;抗压强度;抗折强度;折压比地质聚合物是法国科学家Joseph Davidovits[1]于20世纪70年代发现的一种新型无机非金属材料，被认为是21世纪具有巨大应用潜力的绿色胶凝材料。

地质聚合物由于其特殊的三维网络结构，具有良好的力学性质。

同时，地质聚合物具有收缩性较低[2]，早期强度高[3]，防火以及低能耗[4]等优点，在建筑材料以及能源领域引起了巨大的关注[5]。

近年来，地质聚合物因其广阔的应用前景及可作水泥替代品得到广泛研究[3-4]。

C Lu等人[6]研究了碱激发剂对地质聚合物强度的影响。

余润翔等人[7]研究了利用碱激发技术制备了煤气化粗渣－粉煤灰基地质聚合物，并对所制备产物的性能进行研究。

丁二宝等[8]研究了利用固态激发剂制备粉煤灰基地质聚合物的方法。

本文将偏高岭土作为一种填料引入到地质聚合物中，详细研究了制备工艺以及由废弃刹车片改性后的地质聚合物试样的力学性能和微观结构等相关性能。

结果显示，地质聚合物组分中引入偏高岭土后，其抗压强度、抗折强度明显提高。

这表明偏高岭土改性后的地质聚合物具有良好的应用前景。

本文所用的粉煤灰为灵寿县加工厂的工业级产品。

偏高岭土为巩义市生产的工业级产品，其细度为1250目，活性指数大于110。

粉煤灰地质聚合物多孔材料的制备及其性能研究

基金项目：宁夏自治区重点研发项目（2019BFH02023）；北方民族大学研究生创新项目（YCX19099）收稿日期：2019-11-18；修订日期：2020-03-16作者简介：曲阳威，女，1992年生，硕士研究生。

通讯作者：韩凤兰，教授，地址：银川市西夏区文昌路204号，E-mail ：****************。

粉煤灰是目前我国排放量相对较高的工业固废之一，据宁夏生态环保厅2018年统计，粉煤灰占宁夏工业固废37%。

因此，探寻便捷、高效、环境友好的处置方法是重要的研究课题。

地质聚合物是含有多种非晶态至半结晶态的硅铝酸盐聚合物[1]，主要是以Si —O —Si 或Si —O —Al 形成的共价键为基础，构成四面体基本结构单元并无限向外延伸的三维网状立体结构[2-3]。

地质聚合物通常通过强碱激发，在常压低温下养护制得，工艺简单安全[4-6]，而且具有成本低廉、节能减排等优点。

此外，无机多孔材料具有导热系数低、孔隙率大等特点。

Hlav ác ˇek 等[7]以铝粉为发泡剂，通过碱激发制备出密度为671kg/m 3、抗压强度为6MPa 的粉煤灰多孔材料，但碱激发剂用量相对较多。

尚建丽和陈奇侠[8]通过碱激发粉煤灰和矿渣，以H 2O 2为发泡剂制备出表观密度为557kg/m 3、抗压强度为5.9MPa 的地聚物多孔材料。

本文以粉煤灰为主要原料，碱激发剂由氢氧化钠和水玻璃组成，H 2O 2为发泡剂制备粉煤灰地质聚合物多孔材料。

讨论了碱激发剂、发泡剂和稳泡剂用量对多孔材料性能的影响。

1实验1.1原材料粉煤灰：宁夏某发电厂F 类Ⅲ级灰，粒径d 50=18.93μm ，主要化学成分见表1；水玻璃：广州市番禺力强化工厂，模数3.1；氢氧化钠：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；H 2O 2：市售，浓度为30%；稳泡剂：市售，N16型；水：自来水。

粉煤灰地质聚合物多孔材料的制备及其性能研究曲阳威，韩凤兰，邢质冰，王亚光（北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏银川750021）摘要：以粉煤灰为主要原料，采用碱激发的方法制备地质聚合物多孔材料。

偏高岭土-粉煤灰基地质聚合物的制备与性能研究

摘要地质聚合物是一种新型胶凝材料，因其具有优异的性能，近年来引起了国内外研究学者的广泛关注。

本文利用偏高岭土和粉煤灰为原料，通过碱激发制备地质聚合物。

利用正交设计研究了偏高岭土的细度、粉煤灰的掺量和碱激发剂的模数对地质聚合物力学性能的影响，并研究了其工作性能和凝结性能。

研究表明：（1）高岭土在850℃下煅烧并保温2h制备具有活性的偏高岭土，偏高岭土在常温下由氢氧化钠和水玻璃溶液制成的碱激发剂激发，可以制备地质聚合物。

（2）偏高岭土地质聚合物的早期强度发展很快，通过掺入粉煤灰调控其反应进程，改善其粘聚性，偏高岭土-粉煤灰基地质聚合物浆体的流动性随着粉煤灰掺量的增加而变好。

（3）通过正交实验得出影响偏高岭土—粉煤灰基地质聚合物力学性能的大小因素分别为偏高岭土细度、粉煤灰掺量和水玻璃模数。

最佳配方为：偏高岭土为最细，粉煤灰掺量为25%，水玻璃模数为1.3；（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AbstractGeopolymer is a new gelled material which attracted lots of attentions, both at home and abroad in recent years, for its excellent properties.In this thesis, geopolymer has been synthesized from raw materials what are metakaolinite and fly ash under activation of NaOH solution and sodium silicate solution.We discuss that how fineness of the metakaolinete, content of fly ash and modulus of sodium silicate affect the mechanical properties of Flyash-Metakaolinite based geopolymer by using orthogonal experimental design.Meanwhile，the working performance and setting time of geoploymer are studied.Research shows: (1) Flyash-Metakaolinite based geopolymer has been synthesized at room temperature from metakaolinite under activation of NaOH solution and sodium silicate solution.We get metakaolinite with high activity from kaolinite which has been calcined at 850℃,and holds 2 hours.(2)Metakaolinite-based geoploymer has good performance in the development of the early strength.The reaction process is regulated by mixing the flyash and hence the workability is improved. The content of fly ash in the total raw materials increased, the flowability of the slurry of Flyash-Metakaolinite based geopolymer is getiing better. (3)We know that fineness of the metakaolinete, content of fly ash and modulus of sodium silicate are thre influencing factors. The best formula is the finenest metakaolinite, fly ash accounted for 25% of the total raw materials and modulus of modified water glass was 1.3.(4)When the raw materials with the same content of flyash getted activated by sodium silicate with different modulus,the setting time getting longer along with the increase of the modulus of the sodium silicate.Keywords: Geopolymer Metakaolinite Fly ash Working performanceSetting time目录摘要 (I)Abstract (II)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Davidovits J教授在研究古罗马建筑和埃及金字塔时提出的[1]。

粉煤灰地质聚合物的制备及研究现状综述

Ｃｅｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ水泥生产１３．．｜
粉煤灰地质聚合物的制备及研究现状综述
韦旭朋孙健婕赵双权张圆圆（宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川７５００２１）
中图分类号：ＴＯ１７２文献标识码：Ｂ文章编号１００７ — ６３４４（２０ｉ７）０１ — ００１３－０１
煤灰、硅灰、沸石等都可作为合成地质聚合物的原材料。其制备工艺简易，原料易得，可充分利用工业废渣，基本无ｃＯ：排放，仅将适量的原料和少量碱性激发剂溶液混合，在常温条件下养护，就可制备不同强度等级的地质聚合物材料。
（２）水玻璃和氢氧化钠作为碱激发剂，在标准养护条件下制备出２８ｄ抗压强度达５６．４ＭＰａ以上的地质聚
关键词：粉煤灰地聚物；分类；制备原理；研究现状；
１引言
“ Ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ＇？一词是法国化学家Ｊ．Ｄａｖｉｄｏｖｉｔｓ教授于上世纪７Ｊ０年代提出的。近年来，国际上对地质聚合物（Ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ）的研究非常活跃。偏高岭土、钢渣、粉
合物混凝土，强度特性稳定。（３）Ｐ．Ｖ．Ｋｒｉｖｅｎｋｏ和Ｇ．Ｙｕ．Ｋｏｖａｌｃｈｕｋ ” 指出与粉煤灰相比较，利用高岭土或偏高岭土生产地聚水泥最大的缺点就是高能耗；而利用粉煤灰生产地聚水泥需水量较少，具有较高的抗热性能等多方面优越性。综合以上各位学者对地质聚合物混凝土的研究发现，在制备地质聚合物混凝土的过程中其原料之一都含有粉煤灰，有的还加入了矿渣或偏高岭土，但最终制备的地聚物混凝土其抗压强度、抗折强度都较高，且抗热性能优异。分析其原因，