1、PDF外文：http:/ 1 中文 4166 字 出处： Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 268 (2005) 16 偏高岭土地质聚合物的制备和力学性能研究 Hongling Wang a,b, Haihong Lia, Fengyuan Yan a a State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 7
2、30000, China b Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, China 摘 要 ： 偏高岭土基地质聚合物是通过对偏高岭土在 20左右时使用氢氧化钠溶液（ 4-12mol/L）和水玻璃溶液激发制备得到的。在制备过程中在模具中对反应产物施以 4MPa 压力并放在 65恒温箱中处理 10 小时后对材料的抗折强度、抗压强度和表观密度进行系统测量。通过 x 射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜（ SEM）和 红外光谱 (IR)研究了氢氧化钠溶液浓度对偏高岭土地质聚合物的机械
3、和化学性能的影响。结果表明：随着氢氧化钠溶液的浓度在 4-12mol/L范围内增加，地质聚合物的抗压强度、抗折强度和表观密度也相应提高。试样在空气中的贮存时间对 抗折强度影响很小然，而对抗压强度和表观密度几乎没有影响。 X 射线衍射和红外光谱的分析表明地质聚合物材料是由非晶相和半晶相组成，这些非晶相和半晶相主要包括来源于偏高岭土煅烧过程中空气中的水和少量惰性成份。地质聚合物中非晶相的含量随着氢氧化钠浓度提高而增加。扫描电子显微镜的结果表明制备的地质聚合 物维持了偏高岭土微粒的层状结构，所以认为地质聚合物反应主要发生在偏高岭土颗粒的微晶表面上。但是这种推测需要更深层次的研究论证。这种材料的强度数
4、据显示这种基于偏高岭土的胶体反应会使得建筑材料具备良好的性能。 关键词 ： 地质聚合物；偏高岭土；聚合反应；抗折强度；抗压强度 1、引言 Davidovits首先在 1978年报道了地质聚合物 1。作为一种具有部分陶瓷性能的无机材料，地质聚合物以其经济友好及耐火的特点引起了人们的注意 2。地质聚合物反应可重新利用一些具有变形性能的废品，如粉煤灰 3。对地质聚合物反 应机理的研究，有助于对具有火山灰效应的材料，如粉煤灰，进行高效利用。地质聚合物可用来固化有毒金属 4,5。由于其独特的笼状结构，地质聚合物甚至被认为可以用来凝固放射性元素。 通常情
5、况下，通过由水化碳酸盐和水化硅酸盐组成的催化剂激发铝硅酸盐，地质聚合物可以在室温或者稍高于室温下合成。它是低水分含量系统中的胶体反应。铝硅酸盐主要是以固体粉末的形式参加反应，而激发剂则很容易由 NaOH或者 KOH溶液 2 和水玻璃或者钾水玻璃制备得到。根据 Davidovits所说的， 地质聚合物是由 Si-O-Al所聚合成的网状结构组成。 SiO4 四面体和 AlO4四面体通过一个共用氧交替连接，地质聚合物的反应如下 1： （ 1） &nb
6、sp; （ 2） 在分子式（ 1）中可见， 有别于 (2SiO2,Al2O3)的铝硅酸盐氧化物 ， （ Si2O5， Al2O2）是一种以 AL为中心的四配位物质。 硅酸钙溶液中二氧化硅以单体或者聚合物形式存在。分子式（ 2) 式表示地质聚合物的最终骨架和基质中的电价平衡。 由反应进程可见，铝硅酸盐和催化剂两大因素直接影响最终产物。固态铝硅酸盐的性能将直接影响溶解过程和随 后的反应，而液体激发剂将部分或完全溶解固体原材料和决定铝硅酸盐结构的破坏与重组，及聚合度。同时改变了反应系统中电价平衡
7、。 高岭土作为原材料被广泛的用于制备地质聚合物 5,7 12。通过对高岭土进行一系列如煅烧、减少铁和漂白处理后可制备得偏高岭土。偏高岭土作为一种比高岭土具有更高反应活性的的人工火山灰质材料，已被广泛用于工业。 Barbose从偏高岭土中合成了 K-PS和 K-PSDS，并且发现这种地质聚合物具有良好的耐热性， K-PS甚至在加热到 1400都无明显的液相生成 2。然而目前尚未看见关于催化剂对地 质聚合物材料的力学和化学性能的影响的报导。 本文中偏高岭土被用来作为合成地质聚合物的原材料，同时对液体催化剂对力学强度和化学性能的影响也进行了系统的研究。本文的研究结
8、果将有助于解释地质聚合物，这一比传统水泥具有更高的力学强度的材料的利用。 2、试 验： 2.1 原材料 3 分析级偏高岭土， NaOH溶液，工业水玻璃，蒸馏水。 偏高岭土的化学成份由 JSM-5600LV扫描电镜（ SEM）和 KEVEX能谱仪 (EDS)测得。测试结果如表 1所示： 表 1 SEM和 EDS测偏高岭土聚合物 元素 Si Al O K Ca Ti 含量（ %） 42.39 29.86 26.17 0.67 0.33
9、0.59 2.2 试验方法 在一系列集中研究地质聚合物在模具中压缩并拆模的试验中，得出地工合成物反应里固体材料与液体激发剂的最佳质量比是 3： 1。其中的液体激发剂是由氢氧化钠溶液和水玻璃溶液以 4.15： 1的质量比制成的。为了了解这种催化剂对地质聚合物材料性能的影响，我们用一系列 4、 6、 8、 10、 12mol/L的氢氧化钠溶液和模数 n=3.2的水玻璃溶液进行了测试。本文中 4、 6、 8、 10、 12mol/L的氢氧化钠溶液和模数 n=3.2的水玻璃溶液被采用来进行测试。 将按照上述比例制成的催化剂加入偏高岭土粉末中，并搅拌 5分
10、钟。然后将混合物倒入长方体或圆柱体的模具中，在 4MPa的压力和室温下挤压大约 3分钟，并分别制成 6mm 7mm 30mm和 13mm26mm 的样品。之所以将压力定位 4MPa，是因为在 4MPa压力下，由于搅拌的停止和试样早期强度值很高，会有大部分空气气泡进入合成产物。模具试样通过放在室温下 60分钟然后放在 65的烘箱中 10小时的手段来实现其强度的发展 。 加工的试样的在 65以下时会避免裂纹产生。试样在 65以下养护，可以有效的避免裂纹的产生。最后测量试样的强度。 2.3 仪器 试样的 7天、 14天、 21天、 28天和 35天的弯曲强度和抗
11、压强度由目前通用的测量仪 DY35（法国制造），分别以 3N/s， 30N/s的速度（参考：滑动速率分别为 0.05毫米 /分钟 ,0.1毫米 /分钟 ）加压测得，试样的密度由试样的质量和体积求得。 用 X射线衍射仪 D/max-RB和 JSM-5600LV扫描电子显微镜对试样的弯曲强度测量后，再用 XRD和 SEM对试样横截面处进行单独分析。试样的化学成分用红外光谱进行分析。 3、结果与讨论 3.1 XRD衍射图像分析 图 1显示的是在空气中放置 7天的偏高岭土和反应产物的 X射线衍射花样。实验中的碱激发剂由水玻璃溶液和不同浓度的氢氧化钠溶液制成
