低堿高強硅鋁聚合材料的研究

張文生,葉家元,王 淵,邵中軍,董 剛,文俊強

(中國建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室,北京100024)

低堿高強硅鋁聚合材料的研究

張文生,葉家元,王 淵,邵中軍,董 剛,文俊強

(中國建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室,北京100024)

以煅燒鋁土礦選尾礦、礦渣微粉、水玻璃為主要原料,在800℃下煅燒1 h制備得到高強硅鋁聚合材料。用XRD和SEM研究了反應(yīng)產(chǎn)物的相組成和微觀結(jié)構(gòu),并著重比較研究了該材料與特種水泥的抗化學(xué)侵蝕性能差異。結(jié)果表明:制備得到的膠砂試樣,28 d抗折、抗壓強度分別達(dá)到10.2 MPa,60.2 MPa;試樣分別經(jīng)3%硫酸鈉、3%硫酸鎂溶液浸泡28 d后,其強度沒有下降反而略有上升,在石膏摻量為7%的硫酸鹽環(huán)境中,其累計膨脹率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的;分別經(jīng)5%鹽酸、5%硫酸溶液浸泡28 d后,其質(zhì)量損失及強度損失均小于鋁酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥的。制備得到的硅鋁聚合材料具有優(yōu)異的抗硫酸鹽侵蝕性能、一定的耐稀酸侵蝕性能。

硅鋁聚合材料;反應(yīng)產(chǎn)物;微觀結(jié)構(gòu);性能

前 言

因采用選礦-拜耳法和選礦-燒結(jié)法而排出的鋁土礦選尾礦,是我國氧化鋁工業(yè)繼赤泥之后排放的又一宗固體廢棄物。然而與赤泥具有一定自硬性、較容易筑壩堆存相比,鋁土礦選尾礦因富含粘土類礦物且顆粒極細(xì)使其含水量高、不易沉降、觸變性大,進(jìn)而使得其前期處理、堆存、管理較赤泥更為困難[1]。因此,實現(xiàn)鋁土礦選尾礦的資源化利用已經(jīng)成為我國氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的新課題。鋁土礦選尾礦富含硅、鋁質(zhì)礦物,在化學(xué)組成上滿足制備硅鋁聚合材料的原料要求。為此,本實驗以該尾礦、礦渣微粉為主要原料,進(jìn)行了硅鋁聚合材料制備方法及其反應(yīng)產(chǎn)物、微觀結(jié)構(gòu)的研究。

以煅燒高嶺土、粉煤灰、礦渣為主要原料制備的硅鋁聚合材料具有優(yōu)良耐化學(xué)侵蝕性能[2-4]。但鋁土礦選尾礦除含有高嶺石外還含有較多的“雜質(zhì)”礦物,其有可能影響材料的性能。此外,硅鋁聚合材料在凝結(jié)行為、耐久性等方面具有與某些特種水泥相媲美的性能,因此有必要對比研究本實驗制備得到的硅鋁聚合材料與鋁酸鹽水泥、快硬硫鋁酸鹽水泥等特種水泥的耐久性,為該材料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及應(yīng)用前景分析提供依據(jù)。為此,研究了在5%稀硫酸、稀鹽酸及3%硫酸鈉、硫酸鎂溶液等侵蝕介質(zhì)中硅鋁聚合材料的侵蝕情況及其在硫酸鹽環(huán)境中的膨脹性能,并著重比較研究了該材料與特種水泥在上述侵蝕環(huán)境中的性能差異。

實 驗

. 原材料

鋁土礦選尾礦來自中國鋁業(yè)股份有限公司山東分公司,其礦物組成及化學(xué)組成分別見表1和表2。

激發(fā)劑為工業(yè)級水玻璃,其模數(shù)為2.42、固含量為45.60%。調(diào)整水玻璃模數(shù)用的氫氧化鈉為工業(yè)級片堿。

礦渣為首鋼的水淬礦渣,其密度為2.93 g/cm3,堿性系數(shù)、質(zhì)量系數(shù)分別為1.03、1.78。其化學(xué)組成為:SiO2,33.5%;Al2O3,12.5%;Fe2O3,1.1%;CaO,37.9%;MgO,9.3%;SO3,2.5%。

用于抗硫酸鹽侵蝕及耐酸對比實驗用的中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥(CA-50)、快硬硫鋁酸鹽水泥(42.5等級)、耐酸水泥均為市售產(chǎn)品,而礦渣硅酸鹽水泥采用60%的礦渣與40%硅酸鹽水泥(含5%石膏)配制。用于硫酸鹽環(huán)境中膨脹性能實驗的石膏為天然石膏,其CaO含量為30.4%,SO3含量為37.3%。

用于配制3%硫酸鹽溶液的五水硫酸鈉、硫酸鎂為化學(xué)純;用于配制5%稀硫酸及5%稀鹽酸的濃硫酸、濃鹽酸的濃度分別為98%,36.5%。

表1 鋁土礦選尾礦的礦物組成(w/%)Table 1 Mine ra l composition of o re-dressing ta iling of bauxite(w/%)

表2 鋁土礦選尾礦的化學(xué)組成(w/%)Table 2 Chem ica l composition of ore-dressing ta iling of bauxite(w/%)

. 硅鋁聚合材料的制備及產(chǎn)物的與分析

鋁土礦選尾礦中的高嶺石礦物必須經(jīng)煅燒活化為無定形偏高嶺土才能使其具有反應(yīng)活性。高嶺石活化溫度區(qū)一般為600～900℃[5],為此,實驗中設(shè)定了600,700,800,900℃的4個溫度點,每個溫度點的煅燒時間分別為0.5,1,2,3,4,5,6 h。經(jīng)強度實驗表明,該尾礦最佳煅燒制度為800℃下在馬弗爐中靜態(tài)堆積煅燒1 h。試樣的XRD分析所用儀器為德國Brucher AXS的D8 ADVANCE型多晶X射線衍射儀,CuKα輻射,管流為30 mA,管壓為30 kV。SEM分析采用荷蘭FEI公司的Sirion200掃描電鏡,其分辨率為1.5 nm,加速電壓為0.2～30 kV。其配套的EDS為英國Oxford生產(chǎn)的I NCA Energy X射線能譜儀,其能量分辨率為128 eV。

圖1為煅燒前后的尾礦物相變化的XRD譜圖。由圖1可知,該尾礦煅燒后其水鋁石脫水轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3(Corundum),高嶺石轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形的高活性的偏高嶺石,其他礦物保持不變。

用作激發(fā)劑的水玻璃的模數(shù)是硅鋁聚合材料能否凝結(jié)硬化的最重要影響因素[6-7]。強度實驗表明,當(dāng)水玻璃模數(shù)在1.6～2.0之間時,均能使?jié){體正常凝結(jié),并且其模數(shù)為1.8時強度最高。因此,適于該煅燒尾礦的最佳水玻璃模數(shù)為1.8,此時水玻璃的堿性不致太強。

圖1 原狀尾礦與煅燒尾礦的XRD圖譜Fig.1 XRD patterns of uncalcined and calcined tailing

為了在常溫下得到較高強度的硅鋁聚合材料,在尾礦經(jīng)800℃下煅燒1 h、水玻璃模數(shù)為1.8的條件下進(jìn)行了礦渣協(xié)同實驗。強度測試結(jié)果表明,在一定礦渣用量條件下并非水玻璃摻量越高而強度越高,而是對應(yīng)著某個最佳水玻璃摻量,如礦渣用量為35%時,其對應(yīng)的最佳水玻璃用量為20%(以固含量計)。在水灰比為0.45、膠砂比為1∶2.5的條件下,以該配方制備得到的硅鋁聚合膠砂試樣3 d抗折、抗壓強度分別達(dá)到6.7 MPa,39.2 MPa,28 d抗折、抗壓強度分別達(dá)到10.2 MPa,60.2 MPa。

圖2 3 d、28 d反應(yīng)試樣及煅燒尾礦的XRD譜圖Fig.2 XRD patterns of calcined tailing and samplescured for 3 days and 28 days

圖2為3 d,28 d反應(yīng)試樣的XRD圖譜。從圖看出,反應(yīng)并沒有生成晶體物質(zhì),其譜圖中的尖銳衍射峰均為煅燒尾礦引入礦物(如云母、α-三氧化二鋁、赤鐵礦、石英等)的對應(yīng)特征峰。值得注意的是,在3 d和28 d反應(yīng)產(chǎn)物的XRD圖譜中,均在2θ為20～35°范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個較寬大的衍射峰包,這說明生成了一種無定形態(tài)物質(zhì),該物質(zhì)是以Si,Al,O等為主要組分的凝膠。這種物質(zhì)在反應(yīng)過程中,逐漸包裹煅燒尾礦帶入的晶體礦物,故使得圖譜中相應(yīng)的特征峰鈍化。

圖3為3 d,28 d反應(yīng)試樣的SEM照片。由圖可見,3 d反應(yīng)試樣的基體中鑲嵌著片層狀細(xì)屑(a),且生成的凝膠包裹著未反應(yīng)完的原料(b);28 d反應(yīng)試樣中出現(xiàn)了尺寸更為細(xì)小、交錯程度更為復(fù)雜的片層狀細(xì)屑(c)及斷面光滑的凝膠(d)。3 d,28 d反應(yīng)試樣顯微結(jié)構(gòu)的差異反映了其強度發(fā)展過程。隨著反應(yīng)齡期的延長,更細(xì)小且相互交錯的層狀物質(zhì)在試樣破壞時必然要消耗更多的能量,再加上凝膠的不斷形成,進(jìn)而表現(xiàn)為強度的大幅度增長。具體表現(xiàn)為:抗折強度由3 d的6.7 MPa增長到28 d的10.2 MPa,相應(yīng)地抗壓強度由39.2 MPa增長到60.2 MPa。

對圖3中的具有光滑斷面的物質(zhì)進(jìn)行能譜分析表明,其主要成分為Ca,Si,Al,Mg,O,因此該物質(zhì)為一種鋁硅酸鹽(能譜圖沒有列出)。

圖3 3 d、28 d反應(yīng)試樣的SEM照片F(xiàn)ig.3 SEMmicrographs of samples cured for 3 d(a,b)and 28 d(c,d)

. 抗化學(xué)侵蝕實驗方法

硅鋁聚合材料的膠砂成型、養(yǎng)護(hù)、強度測試參照《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)進(jìn)行,但水灰比、膠砂比根據(jù)實驗要求設(shè)定。

抗硫酸鹽侵蝕實驗參考《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法》(GB/T 749-2008)進(jìn)行。實驗時,耐酸水泥膠砂試樣的成型參數(shù)為粉料∶砂∶液態(tài)水玻璃∶氟硅酸鈉=100∶100∶52∶1.1(質(zhì)量比),尺寸為4 cm×4 cm×16 cm,其養(yǎng)護(hù)1 d拆模后置于常溫空氣中養(yǎng)護(hù)30 d后再進(jìn)行浸泡實驗。其他試樣的水灰比為0.45,膠砂比為1∶2.5,尺寸為4 cm×4 cm×16 cm。每種試樣成型3組,標(biāo)養(yǎng)1 d拆模后,置于50℃的水中養(yǎng)護(hù)7 d(鋁酸鹽水泥膠砂試樣置于20℃的水中養(yǎng)護(hù))。高溫水養(yǎng)完成后,連同鋁酸鹽水泥、耐酸水泥的膠砂試樣分別轉(zhuǎn)移至3%硫酸鈉、3%硫酸鎂溶液中浸泡28 d,另一組試樣置入20℃淡水中養(yǎng)護(hù)至相同齡期。浸泡完畢后,取出浸泡試塊,觀察外觀并測其強度。以硫酸鹽溶液浸泡后試塊的外觀完整性及浸泡前后的強度變化來表征各試樣的抗硫酸鹽侵蝕能力。

在膨脹性能實驗中,除石膏摻量固定為7%外,其他所有條件及步驟均參照《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法》(GB/T 749-2008)進(jìn)行。以各齡期的膨脹值、膨脹率及累計膨脹率來表征其在硫酸鹽環(huán)境中的體積穩(wěn)定性。

耐酸實驗中試樣的成型、養(yǎng)護(hù)與抗硫酸鹽侵蝕實驗的一致。高溫養(yǎng)護(hù)完畢后,包括常溫淡水養(yǎng)護(hù)的鋁酸鹽水泥膠砂試樣及空氣養(yǎng)護(hù)的耐酸水泥膠砂試樣在內(nèi)的所有試樣均取出2組試塊擦凈稱量,然后分別轉(zhuǎn)移至5%硫酸、5%鹽酸中浸泡28 d。另外1組試塊不需稱量,直接置于20℃淡水中浸泡28 d,以用作強度對比樣。浸泡完畢后,取出酸液浸泡試塊,觀察外觀并擦凈稱量、測試強度。本實驗為靜止浸泡,在浸泡過程中不調(diào)整溶液的pH值。以酸液浸泡前后試塊的外觀變化、質(zhì)量變化、強度變化來表征各試樣的耐酸性能。

結(jié)果與討論

. 抗硫酸鹽溶液侵蝕

耐酸水泥膠砂試樣(AAC)經(jīng)硫酸鹽溶液浸泡28 d后,其沿棱角發(fā)生了開裂,并在開裂處生長出大量白色物質(zhì)。除該試樣外,其他試樣經(jīng)硫酸鹽浸泡后外觀均無裂紋、無膨脹、無剝離,但強度表現(xiàn)有差別。

表3為硅鋁聚合膠砂試樣(G)的硫酸鈉、硫酸鎂溶液侵蝕實驗結(jié)果及與特種水泥的對比結(jié)果。由表3可知,中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥膠砂試樣(MSRC)、礦渣硅酸鹽水泥膠砂試樣(BFSC)經(jīng)3%的硫酸鹽溶液浸泡后,雖然試塊的抗折強度增加了,但抗壓強度卻有不同程度的降低,且抗折強度增加百分比越大則抗壓強度降低得更多。鋁酸鹽水泥膠砂試樣(AC)的強度變化情況與上述兩種試樣的恰恰相反,其經(jīng)3%的硫酸鹽溶液浸泡后,雖然試塊的抗壓強度增加了,但抗折強度卻降低了。在所有水泥膠砂試樣中,只有快硬硫鋁酸鹽水泥膠砂試樣(ESSAC)、硅鋁聚合膠砂試樣(G)經(jīng)硫酸鹽溶液浸泡后表現(xiàn)為抗折、抗壓強度都有所增長,但后者在各種環(huán)境中的強度較前者的都要高,其抗折、抗壓強度分別超過了10.0MPa,60.0MPa。

表3 硫酸鹽溶液浸泡試樣的強度及其變化Table 3 S trength and its change of samp le s imm e rsed in sulfa te solution

另外,比較硫酸鈉與硫酸鎂溶液的侵蝕情況還發(fā)現(xiàn),這兩種侵蝕介質(zhì)對硅鋁聚合膠砂試樣(G)的作用幾乎無異,如分別經(jīng)3%的硫酸鈉、硫酸鎂溶液浸泡后其抗折強度均增加了1.0%,而抗壓強度分別增加了1.8%和2.0%。而其他試樣均表現(xiàn)出一定程度的差異,如快硬硫鋁酸鹽水泥膠砂試樣(ESSAC)分別經(jīng)3%的硫酸鈉、硫酸鎂溶液浸泡后,其抗折強度變化相差20.3%。這從另一個方面說明硅鋁聚合膠砂試樣(G)在硫酸鹽溶液中的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于上述特種水泥膠砂試樣的。

綜上所述,硫酸鹽對耐酸水泥膠砂試樣侵蝕嚴(yán)重,對中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥的膠砂試樣強度也有一定程度的不利影響;硅鋁聚合膠砂試樣具有優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性能,主要表現(xiàn)在其強度高,且經(jīng)硫酸鈉、硫酸鎂溶液浸泡后強度略有上升并能保持幾乎相同的強度。

. 膨脹性能

實驗對象為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥膠砂試樣(MSRC)和硅鋁聚合膠砂試樣(G)。表4為各試樣的各齡期膨脹值及膨脹率。由該表知,中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥膠砂試樣試塊在前14 d發(fā)生了較大程度的膨脹,線膨脹值及膨脹率分別達(dá)到了0.216 mm,0.086%,均比硅鋁聚合膠砂試樣的高1倍以上。隨后中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥膠砂試樣發(fā)生了微量收縮,而硅鋁聚合膠砂試樣雖然也發(fā)生了收縮,但28 d以后體積幾乎保持不變,至60 d時僅膨脹了0.007 mm。

表4 各試樣的各齡期膨脹值及膨脹率Table 4 The potential expansion va lue and ra tio of different samp le s fo r each curing age s

圖4為試樣各齡期時的累計膨脹率。由圖可知,硅鋁聚合膠砂試樣在養(yǎng)護(hù)期間總體上表現(xiàn)為膨脹,雖然28 d時因收縮而使膨脹程度有所減弱,但其后幾乎無變化。中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥膠試樣塊早期膨脹較大,雖然后期因收縮而抵償了部分膨脹,但累計膨脹率仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅鋁聚合膠砂試樣的。

圖4 各試樣在各齡期時的累計膨脹率Fig.4 The cumulative potential expansion ratio of samples with different curing ages

由上可知,硅鋁聚合膠砂試樣較中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥試樣在硫酸鹽環(huán)境中具有更優(yōu)異的體積穩(wěn)定性。

. 耐酸性能

試塊經(jīng)5%硫酸溶液浸泡后,溶液底部沉淀有稀泥狀物質(zhì),這說明有的試塊已被硫酸溶液侵蝕。比較各試塊的外觀可知,除硅鋁聚合膠砂試塊和耐酸水泥膠砂試塊保持完整外形外,其他各試塊的表面都凹凸不平,且礦渣硅酸鹽水泥試塊表面變得異常蓬松,這說明前兩者的耐稀硫酸侵蝕性能較其他的優(yōu)良。經(jīng)5%鹽酸溶液浸泡后,鋁酸鹽水泥膠砂試塊與快硬硫鋁酸鹽水泥膠砂試塊發(fā)生了嚴(yán)重腐蝕,而其他試塊的外形保持較完好。

表5為各試樣經(jīng)5%的酸液浸泡28 d后的質(zhì)量變化。由表5可知,除礦渣硅酸鹽水泥因蓬松吸水外,其他試樣浸泡后都有不同程度的質(zhì)量損失,但硅鋁聚合膠砂試樣的質(zhì)量損失較其他試樣的要小一些或大致相當(dāng)。如經(jīng)5%硫酸溶液浸泡后,硅鋁聚合膠砂試樣的質(zhì)量損失比除礦渣硅酸鹽試樣外的其他試樣的都要小;經(jīng)5%鹽酸溶液浸泡后,硅鋁聚合膠砂試樣的質(zhì)量損失雖然比耐酸水泥膠砂試樣的稍大,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋁酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥的,而與硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥的大致相當(dāng)。以上說明,硅鋁聚合膠砂試樣較鋁酸鹽水泥、中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥等特種水泥膠砂試樣具有更優(yōu)良的耐稀酸侵蝕性能,甚至與耐酸水泥膠砂試樣的相當(dāng)。

表5 在水和酸液中浸泡28天后各試塊的質(zhì)量變化Table 5 Quantity change of samples immersed in water and acid solution for 28 d

比較各試樣的質(zhì)量損失可發(fā)現(xiàn),這兩種酸對上述膠砂試塊的侵蝕程度各有不同。5%的硫酸溶液對中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥膠砂試樣和礦渣硅酸鹽水泥膠砂試樣的侵蝕較嚴(yán)重,前者質(zhì)量損失高達(dá)15.26%,后者發(fā)生了蓬松、起皮的外觀破壞,而其他膠砂試塊的質(zhì)量損失都在10%以下。5%的鹽酸溶液對快硬硫鋁酸鹽水泥膠砂試樣的侵蝕較嚴(yán)重,質(zhì)量損失高達(dá)18.83%,而其他膠砂試塊的質(zhì)量損失都在10%以下。

表6為各試樣經(jīng)5%的酸液浸泡28 d后的強度變化。由表6知,硅鋁聚合膠砂試樣經(jīng)5%硫酸浸泡后,其抗折、抗壓強度損失是所有試樣中最小的,尤其是抗壓強度損失要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他試樣的;經(jīng)5%鹽酸浸泡后,其抗壓強度損失不超過30.0%,是所有試樣中最小的,但其抗折強度損失較大,達(dá)到了19.0%,與其他試樣的大致相當(dāng)。經(jīng)5%的酸液浸泡后,其他品種水泥膠砂試樣(除耐酸水泥膠砂試樣外)的強度損失很大,尤其是經(jīng)5%硫酸溶液浸泡后其抗壓強度損失甚至高達(dá)60%以上,如中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、快硬硫鋁酸鹽水泥的膠砂試樣的抗壓強度損失分別為68.56%,68.31%。值得注意的是,耐酸水泥膠砂試樣經(jīng)5%鹽酸浸泡后,試體內(nèi)部變得非常松軟,試塊幾乎沒有強度;其經(jīng)5%硫酸浸泡后,試塊的抗折強度雖然增加了,但抗壓強度卻下降不小。以上說明硅鋁聚合膠砂試樣較其他水泥膠砂試樣的抗稀酸侵蝕性能良好。

表6 在水和酸液中浸泡28天后各試塊的強度變化Table 6 S trength change of samp le s imm e rsed in wa te r and acid solution for 28 d

比較各試樣在這兩種稀酸的強度變化還發(fā)現(xiàn),各試樣的抗折強度損失都要較其抗壓強度損失小;5%鹽酸對硅鋁聚合膠砂試樣的侵蝕較5%硫酸的更嚴(yán)重,對其他品種水泥則恰恰相反。綜合分析各試樣的質(zhì)量損失及強度損失可知,硅鋁聚合膠砂試樣抗稀硫酸侵蝕性能較抗稀鹽酸侵蝕性能要好。

結(jié) 論

利用800℃下煅燒1 h的鋁土礦選尾礦為原料,以模數(shù)為1.8的水玻璃為激發(fā)劑,當(dāng)復(fù)摻35%的礦渣微粉時,在水玻璃用量為20%的常溫條件下可制備得到3 d與28 d抗折強度分別達(dá)到6.7 MPa,10.2 MPa,抗壓強度分別達(dá)到39.2 MPa,60.2 MPa的硅鋁聚合材料。

聚合反應(yīng)并不生成晶體,而是生成以Ca,Si,Al,O等為主要組分的凝膠?；w中尺寸細(xì)小、相互交錯的片層結(jié)構(gòu)及大量生成的凝膠是膠砂試樣強度隨齡期延長而增長的本質(zhì)原因。

該材料具有優(yōu)異的抗硫酸鹽侵蝕性能。分別經(jīng)3%硫酸鈉和3%硫酸鎂溶液浸泡28 d后,相比于鋁酸鹽水泥、中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等特種水泥膠砂試樣,其強度不僅發(fā)揮穩(wěn)定,保留值高,而且還稍有增長;在硫酸鹽環(huán)境中(石膏摻入量為7%),其體積穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。

該材料具有一定的抗稀酸侵蝕性能。分別經(jīng)5%稀硫酸及5%稀鹽酸浸泡28 d后,其不僅能夠保持完整的外觀,而且其質(zhì)量損失和強度損失都要較鋁酸鹽水泥、中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、快硬硫鋁酸鹽水泥等特種水泥膠砂試樣的小。

[1]Li Taichang(李太昌),Pan Haie(潘海娥).鋁土礦選尾礦資源化利用途徑探討[J].Conservation and Utilization of Mineral Resources(礦產(chǎn)保護(hù)與利用),2007(1):40-43.

[2]Bakharev T.Durability of Geopolymer Materials in Sodium and Magnesium Sulfate Solutions[J].Cement and Concrete Research,2005,35:1 233-1 246.

[3]Bakharev T,Sanjayan J G,Cheng YB.Sulfate Attack on Alkali-Activated Slag Concrete[J].Cement and Concrete Research,2002,32:211-216.

[4]Bakharev T.Resistance of Geopolymer Materials to Acid Attack[J].Cement and Concrete Research,2005,35:658-670.

[5]GuoWenying(郭文瑛),Wu Guolin(吳國林),Wen Ziyun(文梓蕓),et al.偏高嶺土活性評價方法的研究[J].Journal of Wuhan University of Technology(武漢理工大學(xué)學(xué)報),2006,28(1):76-79.

[6]Andini S,Colangelo T,Montagnaro F,et al.Coal Fly Ash as Raw Material for the Manufacture of Geopolymer-Based Products[J].Waste Management,2008,28:416-423.

[7]Christina K Y,Grant C L,John L P,etal.Effect of Calcium Silicate Sources on Geopolymerisation[J].Cement and Concrete Research,2008,38:554-564.

Study on Low Alkali Content and High Strength Geopolymer

ZHANGW ensheng,YE Jiayuan,WANG Yuan,SHAO Zhongjun,DONG Gang,WEN Junqiang

(State Key Laboratory of Green Building Materials,China Building Materials Academy,Beijing 100024,China)

The geopllymer is synthesized from ore-dressing tailings of bauxite calcined at 800℃for an hour,slag and waterglass as alkali-activator under the condition of normal temperature and low alkali content.The reaction product and itsmicro structure are investigated by XRD and SE Mrespectively.The comparison of geopolymermortar's chemical stability with thatof special cement is presented aswell.The results show that the geopolymermortar has high strength with 28-day flexural strength of 10.2MPa and compressive strength of 60.2MPa.In solution of sodium sulfate of 3%andmagnesium sulfate of 3%,the flexural and compressive strength of geoploymer mortar increase both after 28-day immersion.In sulfate environment with 7%gypsum,the cumulative expansion ratio of geopolymer is rather less than that of moderate sulfate resistance Portland cement.The weight loss and strength deterioraion of geopolymer mortar is also less than that of aluminate cement and early stregth sulphoaluminateecment when exposed to solution of low concentration acid.According to above perfor mance,the geopolymer synthesized from calcined ore-dressing tailings has excellent resistance to sulfate salt and a measure of resistance to low concentration acid.

geopolymer;reaction product;micro structure;perfor mance

TQ172.7

A

1674-3962(2010)09-0013-06

2009-12-10

國家863計劃資助課題(2008AA06Z338,2009AA03Z506)

張文生,男,1969年生,教授,博士生導(dǎo)師