矿物聚合材料固化过程中的聚合反应机理研究

以粉煤灰、高岭石等为原料,制备出具有良好力学性能和耐酸性的矿物聚合材料制品,可代替部分硅酸盐水泥制品。根据矿物聚合材料制品在3 d、7 d、14 d、28 d的X射线衍射(XRD)、红外光谱（IR）、扫描电镜（SEM）、核磁共振（NMR）等测试分析结果,研究了该材料固化过程中的聚合反应机理。研究结果表明,矿物聚合材料在固化过程中的反应如下：（1）粉煤灰中的玻璃相在强碱的作用下首先发生溶解,其中部分Si-O、Al-O键发生断裂;（2）断裂之后的Si、Al组分在碱金属离子Na⁺、OH^- 等作用下形成Si、Al低聚体（-Si-O-Na、-Si-O-Ca-OH、Al(OH)^-₄、Al(OH)^2-₅、Al(OH)^3-₆）,而后随着溶液组成和各种离子浓度的变化,这些低聚体形成凝胶状的类沸石前驱体;（3）前驱体脱水形成非晶相物质。核磁共振分析结果表明,28 d制品中,Si的存在方式以Q⁴为主。研究结果为进一步揭示矿物聚合材料的形成机理、改善制品的性能奠定了良好的基础。     

利用粉煤灰制备高强矿物聚合材料的实验研究

以粉煤灰和内蒙古白云鄂博的富钾板岩提钾后的硅铝质滤渣为粉体原料,标准砂为骨料,采用振动成型方法,在90 ℃下养护24 h,制备了矿物聚合材料。实验结果显示：制品的7 d饱水抗压强度达78.5 MPa,28 d饱水抗压强度可达89.0 MPa;制品的含水率和吸水率分别为5.3%和15.0%;在20 ℃下,制品在浓度为1.0 mol/L的硫酸溶液中浸泡24 h,其质量损失率为2.1%。以制品的抗压强度为指标,研究了主要因素（提钾滤渣比例、固液质量比、硅酸钠含量和标准砂含量）对制品性能的影响。结果表明：干燥的提钾滤渣在粉体物料中的比例对制品的力学性能影响最大;硅酸钠水玻璃在液相中的比例约为70%,且标准砂占固相的比例为70%左右时,可制得力学性能良好的矿物聚合材料。矿物聚合材料的固结过程为：硅铝质原料在碱硅酸盐溶液中先分解为铝硅酸盐低聚体,低聚体再通过脱羟基聚合反应生成铝硅酸盐胶体相,进一步形成由[SiO₄]^4- 和[AlO₄]^5-四面体相互连接的具有三维网络结构的矿物聚合材料基体相,从而赋予制品良好的力学性能。