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矿物聚合材料是一种集环保、低耗、工艺简单、强度高、耐腐蚀性好等优点于一身的新型聚铝硅酸盐材料,有着巨大的应用前景。粉煤灰是一种大排放量、严重污染环境的工业废弃物,制备矿物聚合材料是粉煤灰综合利用的一种新途径。本课题为粉煤灰基矿物聚合材料的基础研究,一方面探讨利用粉煤灰制备矿物聚合材料的可行性;另一方面,重点采用SEM及XRD等现代显微结构分析技术,对不同工艺条件下制备的矿物聚合材料进行表征,探讨显微结构对力学性能的影响及聚合机理,为利用矿山尾矿及其它工业废渣制取性能优良的矿物聚合材料奠定理论和实验基础。课题所用粉煤灰来自淄博市第二热电厂,平均粒径d=43.69μm。主要化学成分Si02和A1203的总含量为82.4%,CaO含量为2.52%,为低钙粉煤灰。经峰型拟合,非晶质玻璃相约占粉煤灰总质量的65.8%。以粉煤灰为原料,不同配比的NaOH和Na2Si03溶液为激发剂,固液比为2.00-2.08,在不同养护条件下制备出了粉煤灰基矿物聚合材料试样,并探讨了 NaOH溶液浓度、NaOH和Na2Si03溶液配比及养护条件对试样抗压强度的影响。适当提高NaOH溶液浓度、NaOH溶液占比及养护温度可提高抗压强度。50℃和65℃时最优养护天数为14d,80℃时最优养护天数为3d。单独用模数为0.94-1的Na2Si03溶液激发不利于试样致密结构的形成。最优实验参数为80℃,3d,m(NaOH):m(Na2SiO3)为3:2,试样的抗压强度达18.57MPa。经3D显微镜、XRD及SEM显微结构分析表明,不同工艺条件下的试样均发生了不同程度的矿物聚合反应。试样显微结构主要表现为凝胶相包裹未反应颗粒形成不同程度的致密结构。聚合反应过程中粉煤灰的晶相并无明显改变,说明引起试样力学强度变化的并不是粉煤灰原料中的晶相,而可能是非晶相和各物相的相对含量的改变。凝胶相为碱激发粉煤灰中玻璃体形成的类沸石物质,该凝胶相的发育程度及其空间分布关系是影响试样力学性能的主要因素。随着NaOH溶液浓度的增大或养护温度的提高,2θ为5°的低角度有方沸石衍射峰出现,表明部分非晶相有转化为晶相的趋势。聚合反应体系中以类沸石凝胶相为主、可能伴随细小晶相的形成。细小晶相及未反应的粉煤灰颗粒起骨料作用,增强试样的力学性能。