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铸造粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料的试验研究

作　者: 王敏
导　师: 吴勇生
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 地质聚合物材料粉煤灰铸造粉尘砂处理粉尘热法再生粉尘
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

地质聚合物材料是近些年发展起来的一种新型无机非金属铝硅酸盐胶凝材料。该材料是以天然铝硅酸盐矿物或粉煤灰、偏高岭土等含铝硅酸盐相为主要成分的工业固体废物为原料,在碱激发剂的作用下,通过适当的制备工艺处理,在20～150℃的低温条件下硬化形成的一类具有特殊三维网状结构的化学键合陶瓷。因其特殊的三维网状结构,除兼有有机高分子材料、陶瓷、水泥的特点外,还具有其特殊的优异性能,如良好的力学性能、耐高温、耐腐蚀、不易老化、稳定性好、隔热效果好、不易燃烧等特点。本论文以粉煤灰为主要原料,以铸造粉尘为掺合料,通过碱溶液的激发作用制备粉煤灰基地质聚合物材料,试验对原材料性能进行检测和分析,并在此基础上讨论了铸造粉尘用于制备地质聚合物材料的可行性。试验主要研究了参合料的掺量、碱激发液种类和加入量、液固比、养护条件等对地质聚合物材料力学性能的影响。并对铸造粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料的制备工艺过程作了优化,确定了相应的制备工艺参数。试验结果表明：砂处理粉尘的掺合量为30%,粉煤灰用量为70%,液固比为0.4,水玻璃模数为1.2,养护条件为自然养护(23±5℃、室温下自然湿度)下所制备的砂处理粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料,其28d抗压强度和抗拉强度分别为25.74MPa和1.67MPa；热法再生粉尘的掺合量为40%,粉煤灰用量为60%,液固比为0.45,水玻璃模数为1.2,自然养护(23+5℃、室温下自然湿度)条件下所制备的热法再生粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料,其28d抗压强度和抗拉强度分别为65.99MPa和3.20MPa。砂处理粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料和热法再生粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料试样的酸侵蚀率分别为2.42%和2.14%,表明该两种材料的耐酸侵蚀性较强。采用XKD、IR和SEM等手段分析研究了铸造粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料的物相组成、微观结构和形貌特征。表明：地质聚合物材料的物相主要由无定形非晶相和晶体相组成；产物结构中具有结构-O-Si-O-Si-、-O-Al-O-Si-、Al-OH和Si-OH等生成；试样断面形貌显示地质聚合物材料的微观形貌主要是由絮状胶凝体组织和粉料的球状颗粒相互结合成的致密结构。根据地质聚合物材料的合成机理,在试验研究的基础上主要对铸造粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料的地质聚合反应机理作了分析和讨论。分析认为,砂处理粉尘或热法再生粉尘与粉煤灰混合而成的混合粉料,在碱激发溶液的作用下,粉料中含有的活性铝硅酸盐相被溶解成低聚态的铝硅酸盐低聚合体,低聚体通过脱羟基作用反应缩合呈正铝硅酸盐多聚体,而生成的正铝硅酸盐多聚体再进一步的通过缩聚反应形成了由-O-Si-O-Si-和-O-Al-O-Si-连接成的具有复杂三维网络状结构的地质聚合物材料胶凝基体。胶凝基体与粉料中的未参与反应的球状颗粒或石英晶体紧密结合相互组合成地质聚合物材料的致密结构,从而使地质聚合物材料表现出良好的力学性能。

铸造粉尘—粉煤灰基地质聚合物材料的试验研究

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