偏高岭土-矿渣基无机矿物聚合物组成设计及性能研究

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1、偏高岭土-矿渣基无机矿物聚合物组成设计及性能研究ResearchonCompositionandPerformanceofGeopolymerBasedonMetakaolinandSlag研究生：蒋威指导教师：王晴教授学科专业：材料学二〇一五年十二月分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文偏高岭土-矿渣基无机矿物聚合物组成设计及性能研究作者姓名：蒋威入学年份：2013年9月指导教师：王晴教授学科专业：材料学申请学位：工学硕士所在单位：材料科学与工程学院论文提交日期：2015年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：

2、王宝民答辩委员会组成：王宝民王元张巨松徐长伟戴民论文评阅人：王元陈彦文硕士研究生学位论文摘要I摘要由于无机矿物聚合物的原料种类繁杂，导致不同研究者制备的无机矿物聚合物无强度规律可循，难以预测由不同种原料制备的无机矿物聚合物的力学性能。本文以氧化物含量为变量，将不同原料矿物的混合，制备无机矿物聚合物。以无机矿物聚合物净浆的强度为标准，确定其CaO-Al2O3-SiO2三元体系的成型范围。结果表明，无机矿物聚合物的成型范围为：SiO2含量40%~80%；Al2O3含量为3%~25%；CaO含量为0%~48%。氧化物组成中，CaO含量对强度影响最显著，将CaO-Al2O3-SiO

3、2三元体系划分为低钙区、中钙区和高钙区。并且测得无机矿物聚合物低钙区的抗压强度值在3~20MPa范围内；高钙区的抗压强度值在60~80MPa范围内；中钙区的抗压强度值在20MPa~60MPa范围内。无机矿物聚合物的强度按照不同钙含量，强度的大小关系为：高钙体系>中钙体系>低钙体系。在不同体系下，无机矿物聚合物净浆强度随着n(SiO2)/n(Al2O3)摩尔比变化而变化，由此建立无机矿物聚合物净浆28d抗压强度（Y）与原材料矿物组成中n(SiO2)/n(Al2O3)摩尔比（X1），n(CaO)/n(SiO2+Al2O3)摩尔比（X2）和水玻璃模数（X3）四者之间的数学模型：4

4、.60Y16.814.14XXX。213无机矿物聚合物产物的微观分析发现，低钙区中无机矿物聚合物产物主要由N-A-S-H凝胶构成，高钙区无机矿物聚合物产物主要由C-A-S-H凝胶构成，中钙区无机矿物聚合物产物，以N-A-S-H凝胶和C-S-H凝胶两种凝胶共存，中钙体系无机矿物聚合物产物兼具高钙以及低钙体系的优势，保持了低钙体系的层片状结构，低钙体系向中、高钙体系的过渡使得层片状结构中的孔隙得到有效的填充，中、高钙组成体系下的无机矿物聚合物具有更优异的力学性能。无机矿物聚合物净浆与无机矿物聚合物混凝土所表现的力学性能规律类似，随着n(CaO)/n(SiO2+A

5、l2O3)的增大，即CaO含量在胶凝材料中所占比例增大，无机矿物聚合物混凝土的3d、7d和28d的抗压强度值呈现上升趋势，不随着Si/Al的变化。关键词：无机矿物聚合物；组成设计；混凝土；微观分析；抗压强度硕士研究生学位论文摘要II硕士研究生学位论文AbstractIAbstractBecauseofthevariousofmaterials,itcanhardlytoestablishanormalizedstandardtoresearchandevaluatetheperformance(especiallyforitsmechanicalproperty)ofgeo

6、polymer,whichisthekeyproblemthathinderthedevelopmentofgeopolymer.Inthispaper,geopolymerismadebyadjustmenttheoxidecontentsoftherawmaterial(slag,meta-kaolinandsilicafume),andtheformationzoneinCaO-Al2O3-SiO2ternarysystemisconfirmed,andtheinfluenceofoxidecontentindifferentformationzoneoncompre

7、ssivestrengthisstudied.Theresultsshowthattheformationzoneofgeopolymeris,theSiO2contentisbetween40%~80%,theAl2O3contentisbetween3%~25%,theCaOcontentisbetween0%~48%.Theformationzonecandividedto3mainlypartbyCaOcontent.LowCaOcontentzone(CaOcontentisbetween0%~10%),