廢棄物基地質(zhì)聚合物材料的制備及性能研究.pdf

1、地質(zhì)聚合物材料簡(jiǎn)稱地聚物，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種硅鋁質(zhì)無(wú)機(jī)膠凝材料，即含有多種非晶質(zhì)至半晶質(zhì)的類沸石三維鋁硅酸鹽礦物聚合物。其原材料豐富，以工業(yè)廢渣鋼渣、粉煤灰、礦渣、煤矸石等為原料，在常溫或低溫下制備和養(yǎng)護(hù)而成。一方面它可以充分利用鋼渣等工業(yè)廢棄物，為這些廢棄物的資源化利用提供一條有效的途徑;另一方面，其制備工藝簡(jiǎn)單，能耗低、污染少，而且地質(zhì)聚合物材料的性能優(yōu)異，符合我國(guó)的綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。利用工業(yè)固體廢棄物采用壓制成型制備地質(zhì)聚合

2、物砌塊節(jié)能、節(jié)地、利廢、環(huán)保因而有望替代或部分替代傳統(tǒng)的粘土磚，是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益都十分好的新興產(chǎn)業(yè)。
　　本文以工業(yè)廢渣鋼渣、粉煤灰、礦渣和砂子為原料，在堿激發(fā)劑的作用下，采用壓制成型制備了地質(zhì)聚合物材料。通過(guò)性能比較，選擇出了最優(yōu)的制備體系為鋼渣-粉煤灰-礦渣-砂子體系。然后對(duì)地質(zhì)聚合物材料的制備工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，用最優(yōu)工藝參數(shù)制備一批地質(zhì)聚合物試樣，并對(duì)其進(jìn)行酸、堿、硫酸鹽侵蝕、凍融等耐久性試驗(yàn)，并采用SEM

3、和XRD對(duì)材料的微觀形貌和礦物組成進(jìn)行分析。主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:
　　分別制備了鋼渣-粉煤灰體系、鋼渣-粉煤灰-礦渣體系和鋼渣-粉煤灰-礦渣-砂子三種體系的地質(zhì)聚合物材料。以強(qiáng)度、體積密度、吸水率等作為考察指標(biāo)對(duì)三種體系進(jìn)行性能比較，選擇出了最優(yōu)的制備體系為鋼渣-粉煤灰-礦渣-砂子體系。鋼渣-粉煤灰-礦渣-砂子體系的最優(yōu)原料配比為:30％鋼渣、30％礦渣、10％粉煤灰、30％砂子，材料28天抗壓強(qiáng)度為78.8MPa，吸水率為8

4、.30％。地質(zhì)聚合物材料水化產(chǎn)物中凝膠組分是C-S-H凝膠和N-A-S-H凝膠的共存體，晶體為類沸石物質(zhì)，其化學(xué)式可能是(Mg，Ca)n(Si-O-Al-O-Si)。
　　實(shí)驗(yàn)表明制備地質(zhì)聚合物材料的最佳用水量為10％。此外，養(yǎng)護(hù)制度、成型壓力、激發(fā)劑的種類及摻量等對(duì)地質(zhì)聚合物材料的性能也有很大的影響:最優(yōu)養(yǎng)護(hù)制度為在空氣中灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)齡期為28天;最佳成型壓力為30MPa，再增大成型壓力，地質(zhì)聚合物材料的性能得不到顯著的提高，

5、且對(duì)模具的損傷較大;最合適的激發(fā)劑為氫氧化鈉，隨著氫氧化鈉摻量的增加，地質(zhì)聚合物材料的強(qiáng)度呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，但氫氧化鈉摻量超過(guò)5％以后，試樣表面泛堿現(xiàn)象比較嚴(yán)重，影響材料的性能和外觀;加入聚丙烯纖維地質(zhì)聚合物材料的后期抗折強(qiáng)度得到一定改善，但材料的抗壓強(qiáng)度和體積密度無(wú)明顯改善，材料的吸水率下降;加入稻谷殼地質(zhì)聚合物材料的性能沒(méi)有得到明顯的改善。
　　參照GB/T2542-2012《砌墻磚試驗(yàn)方法》對(duì)地質(zhì)聚合物材料進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，結(jié)

6、果表明:地質(zhì)聚合物材料在水中浸泡4天的吸水率僅為1.44％，其軟化系數(shù)為0.89，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)JC/T422-2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》的標(biāo)準(zhǔn);在不同濃度的酸溶液和硫酸鹽溶液中浸泡60天，隨著浸泡齡期的延長(zhǎng)，雖然出現(xiàn)了一定的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失，但浸泡60天后，地質(zhì)聚合物試樣的外觀形貌除了表面少量掉皮之外，基本保持完好;在不同濃度的堿溶液中，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)強(qiáng)度沒(méi)有降低反而有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，說(shuō)明地質(zhì)聚合物材料具有優(yōu)異的耐堿性能;地質(zhì)聚合物材料