粉煤灰基矿物聚合材料的抗压强度和微观结构.pdf

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1、第39卷第1期北京化工大学学报(自然科学版)Vo1．39，No．12012正JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)2O12粉煤灰基矿物聚合材料的抗压强度和微观结构饶绍建刘家祥h王克俭(北京化工大学1．材料科学与工程学院；2．塑料机械及工程研究所，北京100029)摘要：以粉煤灰为硅铝原料，钠水玻璃为激发剂，在8O℃下干燥养护6h制备了矿物聚合材料。研究了钠水玻璃固相组成对试件抗压强度的影响，并通过X射线衍射、扫描电镜、Al和si魔角自旋核磁共振方法分析了最优试件的物相组成、微观形貌和微观结构。结果表明，模数

2、为1．5、NaO掺量为10％(质量分数)的钠水玻璃激发粉煤灰制得的试件抗压强度约为18MPa；SEM分析表明凝胶由纳米级颗粒组成，颗粒之间相互连接形成致密的空间网络；XRD和MAS．NMR分析表明矿物聚合材料具有一定的无定形状态，漫射峰对应的衍射角在25。～35。范围内，Al主要以四配位的A1Q(4Si)结构单元存在，si主要以Q(2A1)和Q(3A1)结构单元存在。关键词：矿物聚合材料；水玻璃；粉煤灰；抗压强度；微观结构中图分类号：TU526析。本文通过高温干燥养护制备粉煤灰基矿物聚合引言材料的研究，为大量、高效利用粉煤灰提供指导。粉煤灰是热电厂排放的固体废弃物，大量存在1实验部分不仅严重

3、污染环境，还占用大面积的土地堆放。粉煤灰富含硅铝酸盐玻璃相，具有潜在的反应活性。1．1原材料及设备矿物聚合材料具有耐化学腐蚀、耐高温和固定重金粉煤灰，二级灰，北京京能股份有限公司石景山属离子等优异性能⋯。利用粉煤灰制备矿物聚合热电厂，主要化学组成(质量分数，以下同)：材料部分替代水泥制品，可应用于某些特殊环境，如48．43％SiO2、38．67％AI2O3和3．15％CaO，属于低海水工程、防火工程和有毒离子的固封等。钙粉煤灰；钠水玻璃，主要化学组成：28．14％SiO目前，矿物聚合材料主要以偏高岭土或者在和9．O1％Na：O，模数为3．22；NaOH，分析纯，颗粒粉煤灰中添加偏高岭土为原料

4、，氢氧化钠(钾)或状；其他原料均为市售。钠(钾)水玻璃为激发剂，经自然养护制得。偏高岭JJ一5型搅拌机，无锡市精工建材试验设备厂；土由高岭土在750—850oC温度下经煅烧制得，此zs一15型振实台，无锡市精工建材试验设备厂；JYw-工艺消耗大量能源。粉煤灰和偏高岭土混合使用2000型数显压力试验机，北京科达济威试验仪器制时，偏高岭土快速凝结，使得粉煤灰未能达到激发效造厂；PH050A型烘箱，上海益恒实验仪器有限公果。自然静养激发粉煤灰需要的养护时间较长，因司；PVC塑料管模，4mm×40mm，自制；2500VB2+PC型多晶XRD，日本株式会社理学公司；S-4700型此，可以适当提高其养护

5、温度。本文以粉煤灰为硅铝原料，钠水玻璃为激发剂，扫描电镜(SEM)，日本日立公司；AV300MAS—NMR核磁共振谱仪，布鲁克仪器有限公司。在80cC下干燥养护制备矿物聚合材料。研究了钠1．2粉煤灰基矿物聚合材料(试件)的制备水玻璃模数和NaO掺量对试件抗压强度的影响机按一定比例加入NaOH将钠水玻璃调整至相应制，并通过XRD、SEM、A1和SiMAS—NMR方法对模数，冷却至室温作为激发剂使用。将激发剂加入最优试件的物相组成、微观形貌和微观结构进行分固体粉料慢速搅拌3min，拌合均匀成具有一定稠度收稿日期：2011—05—18的净浆，再快速搅拌30s以排除净浆中的气泡；之后第一作者：男，1

6、985生，硕士生将净浆注入PVC塑料试模中，并在振实台上振动2通讯联系人min使其密实；最后在80℃的烘箱内养护6h后将E—mail：ljxpost@263．com试件取出，冷却至室温。北京化工大学学报(自然科学版)1．3材料表征(1)抗压强度每组取3个试件，形状规则，表面平整，无裂纹，结果取平均值。(2)XRD表征cu靶，Sm滤波片，管电流和管电压分别为200mA和40kV，扫描范围为10。一70。。(3)SEM表征分辨率为1．5nm，加速电压为0．5～30kV。(4)核磁共振谱分析单脉冲程序，探头直径为5mm。SiMAS．NMR采用的转子频率为5000Hz，谐振频率为59．627MHz，

7、脉冲宽度1．2s，脉冲功率为2．00dB，循环延迟时间为1．5s，参比样为四甲基硅烷；A1MAS—NMR采用的转子频率为8000Hz，谐振频率为78．205MHz，脉冲宽度为0．5s，脉冲功率为10dB，循环延迟时间为0．5s，参比样为三氯化铝。2结果与讨论Na。O掺量／％2．1钠水玻璃的固相组成对粉煤灰基矿物聚合材(b)Na，O掺量料抗压强度的影响图1钠水玻璃固相组成对试件抗压强度的影响从化学组成来看，钠水