论文摘要
地质聚合物是一种新型的碱激发胶凝材料,化学组成与沸石相近,物理形态上呈三维网络结构,具有有机聚合物、陶瓷、水泥等的优良性能,并且具有原材料来源广泛、制备方便、能耗小、基本不排放CO2,对环境友好,强度高、强度发展快、耐久性优良、节约资源等独特性能,因此近年来成为胶凝材料领域的研究热点之一。本文为了从化学分析的角度建立简单的评析地质聚合物结构性能的方法,首先从与地质聚合物结构、组成相似的沸石的研究出发,以高岭土为主要原料和用化工原料（水玻璃、NaOH、偏铝酸钠）均合成出结晶较好的4A沸石和其结晶前的沸石前躯体。结合XRD、FT-IR、SEM等技术手段对合成的4A沸石系列产品进行物相鉴定并分析了两种不同原料合成的沸石晶化过程和晶化机理的异同。同时,用化工原料合成结晶较好的X沸石及其前躯体,对所合成的各类沸石样品进行比较分析其晶化过程,验证了在晶化初期,各类沸石样品的基本的结构单元都已经形成。对合成的样品进行NH4+交换实验,研究发现NH4+交换容量随着晶化时间的增长而变大,直到晶化完全达到最大,并且无定形的沸石前驱体有一定的离子交换能力。尤其是用高岭土合成的4A沸石离子交换能力在晶化前后数值相差很大,进一步验证了原料不同,沸石的晶化机理不同。将离子交换的方法应用到用高岭土为主要原料合成的和沸石硅铝比对应的三类地质聚合物上（Na-PS型,Na-PSS型Na-PSDS型）,结果表明地质聚合物具有和高岭土为原料合成的沸石前驱体相近的离子交换能力,结合XRD验证了地质聚合物具有类沸石前驱体的三维网络结构,从而表明可以用离子交换的方法来初步评价地质聚合物的性能。本文探索了合成地质聚合物的主要原料高岭土的改性工艺,利用离子交换的方法结合建筑上的强度实验考察了高岭土的产地、煅烧温度、煅烧时间对合成产物的影响,为地质聚合物的进一步研究确定合成主要原料高岭土的各种条件和影响因素。并且提出了一种地质聚合物合成中偏高岭土活性的快速检测方法。试验结果表明:产地相同的高岭土经不同温度活化,其活性大小不同,苏州高岭土在800℃煅烧6h后,其活性达到最大值,同时所合成的产品的抗压强度达到60.6MPa,NH4+离子交换容量达到219.87mmol/L;产地不同的高岭土经相同温度活化,其活性大小相差很大;用该方法所测定的偏高岭土的活性Al2O3和SiO2总量的大小与其地质聚合物硬化体的抗压强度和NH4+交换容量有相关性。本文还对掺入矿渣的地质聚合物的性能进行了研究,通过离子交换实验结合建筑上的实验对此胶凝材料的矿渣掺量、凝结时间进行分析,并判断了此实验中合成的此类材料的终产物结构,经研究得出:随着矿渣粉掺入量的增加,碱-偏高岭土-矿渣体系浆体硬化体抗压强度增加,早期强度增进率很快,随后其抗压强度随龄期的延长还在提高;随矿渣掺量的增加,碱-偏高岭土-矿渣体系的反应物的NH4+交换容量明显下降,用本文确定的离子交换的方法判断了终产物中类似沸石的三维网状结构的含量降低。