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地聚合物胶凝材料

发布时间:2021-08-06 15:17人气:

                                                                                            
地质聚合物是以二氧化硅和氧化铝为主要化学成分的矿物材料,采用碱激发法制备。工艺简单明了,不同于水泥粉磨、烧成的复杂过程。地质聚合物材料的工艺流程。
 
3.地质聚合物的反应机理和微观结构
 
影响硅铝原料性能的主要因素是二氧化硅和氧化铝的含量。含量越高,火山灰活性越大。原料中含有大量的无定形二氧化硅和氧化铝。在碱性溶液中,容易发生解聚-缩聚反应,即原位聚合反应。地质聚合物的聚合反应不同于硅酸盐水泥的水化反应和有机聚合物的聚合反应。地质聚合之前没有绝对的单体。
 
地质聚合物的硅氧四面体可以连接硅氧四面体和铝氧四面体,而铝氧四面体只能连接硅氧四面体。根据这一规律,基本单元通过不饱和氧与硅氧四面体或铝氧四面体结合,骨架以一定的晶体形态向三维方向延伸。
 
随着研究的深入,发现在原料中加入不等量的二氧化硅可以改变体系中硅氧四面体和铝氧四面体的相对数量,即z可以等于4,5,...,因此,图2中的结构分类不完整,但很有代表性。硅和铝在魔角核磁共振谱上有不同的共振峰。四面体的配位状态可以用魔角核磁共振谱来解释。相对数[5,6]表明硅氧四面体和铝氧四面体具有不同的状态。
 
四.矿物聚合物与陶瓷和水泥的性能比较
 
研究表明[7],硅桥氧键比硅端氧键更稳定。特别是在硅铝酸盐中,硅桥氧键的键能高于硅酸盐,也远高于同一体系中铝桥氧键的键能。地质聚合物是硅铝酸盐胶凝材料。显然,铝氧键作为离子键的键能高于有机高分子材料中的碳氧键、碳氮键和碳碳键。因此,高分子材料比高分子材料具有更好的强度、硬度、热稳定性和抗氧化性。但由于硅氧键和铝氧键的方向性,很难旋转,所以韧性无法与高分子材料相比。
 
与陶瓷材料相比,地质聚合物材料具有聚铝硅氧大分子链的三维网络结构,具有“准晶态”和“玻璃态”两种结构,没有完整的晶体和晶界。材料的性能来源于硅氧键和铝氧键骨架。陶瓷是一种多晶体系,晶粒由晶界间的互锁支撑。晶界是陶瓷的重要结构相,也是最薄弱的环节(大多含有非晶态物质)。晶界的性质决定了陶瓷的整体性能,地质聚合物接近陶瓷或比陶瓷具有更高的性能。陶瓷生产消耗大量能源。在中国,燃料的平均成本高达40%。它在所有成本中排名第一[8]。
 
与水泥相比,地质聚合物具有更高的聚合度。在水的作用下,普通硅酸盐水泥中的高活性物质形成氢氧化钙晶体和硅酸钙晶体,两者相互交织,与无定形物质粘结,是硬化水泥强度的重要来源,也是水泥硬化后不能承受400℃以上高温的原因。在碱激发水泥体系中,分子聚合度高于水泥,低于地质聚合物。当碱活化体系中铝与其他阳离子的比例高于1.5时,有利于增加铝氧四面体的数量,并与硅氧四面体缩合成大分子链,使其他阳离子得到很好的吸附。如果该值较低,当阳离子进入缩聚链时,聚合度将降低。正是因为碱激发水泥体系中存在大量的氧化钙,使得碱激发水泥体系的聚合度大大降低[7],其性能不如聚合物,但高于普通水泥。
 
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