粉煤灰基聚合材料制備試驗研究

武文芳，黃永鮮，袁露玲，易輝林，連明磊，李 帥

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

礦物聚合材料作為新型膠凝材料，其原料來源廣、成本低，可用來部分地代替水泥，這對于緩解區域固體廢棄物造成的環境污染和改善生態環境具有重要的社會意義[1-2]。

粉煤灰礦物聚合材料的原料主要為工業固體廢棄物粉煤灰，配料可以有砂子、偏高嶺石、硅酸鈉和氫氧化鈉。主要原理為利用粉煤灰非晶態硅鋁酸鹽的特點，經過酸/堿激發劑激發，使得混合物料中的硅鋁結構發生解聚，再在一定的養護條件下合成無機聚合物[3-4]。

1 試驗部分

1.1 工藝流程

試驗以粉煤灰、偏高嶺土、砂子為原料，其中粉煤灰取樣于野馬寨大唐發電廠，偏高嶺土是經800℃高溫煅燒過的高嶺土，砂子為普通建筑用砂；以氫氧化鈉和硅酸鈉的混合溶液為堿激發劑。試驗流程如下：

圖1 工藝流程

如圖1所示，分別稱取一定比例的粉煤灰、偏高嶺土、砂子置于水泥膠砂攪拌機中攪拌均勻，再分別稱取一定比例的氫氧化鈉溶液和硅酸鈉混合均勻組成為激發劑，將混勻的堿激發劑加入到固體混合物料中，攪拌3min后，然后把混合膠砂裝入到三聯試模(40mm×40mm×60mm)中，在振動臺上振動4min成型，最后在35℃下養護24h，脫模后在室溫下養護28天，得到制品。

1.2 試驗設計

試驗考查4個因素、3個水平，其中粉煤灰摻量作為因素A，它指的是粉煤灰在固體混料中的含量；NaOH濃度作為因素B，它指的是氫氧化鈉溶液物質的量濃度；固液比作為因素C，它指的是固液質量之比；Na2SiO3占液相比作為因素D，它指的是硅酸鈉質量占液相總質量比例。試驗不考慮交互作用，選取正交試驗表為L9(34)，具體數據見表1、表2。

表1 因素水平表

表2 正交試驗表

表2(續)

2 結果與討論

試驗以抗壓強度作為制品性能衡量標準，結果見表3。

表3 試驗結果分析表

根據表3中的極差分析，C的極差是最大的，A的極差是最小的，也就是C是影響最大的因素，A最小，主次順序為：C>B>D>A；從水平的角度看，A和D都是1水平最好，B和C都是2水平最好；綜合考慮，最好的試驗方案應當是A1B2C2D1。但是這個方案在已經做過的9組試驗中是沒有的，需要對此方案再試驗一次，得到的結果是6.17MPa，所以確定最好的方案就是A1B2C2D1。

3 結論

利用粉煤灰制備礦物聚合材料的試驗結果表明，考查的4個因素、3個水平中，影響因素主次順序為：固液比> NaOH濃度> Na2SiO3占液相比>粉煤灰摻量，最好的試驗方案是A1B2C2D1，即：粉煤灰摻量50%，NaOH濃度8%(mol/L)，固液比1.5，Na2SiO3占液相比50%,其抗壓強度值為6.17 MPa。

[1] 聶軼苗,戴奇卉,劉淑賢,等.粉煤灰基礦物聚合材料抗壓強度與其物相關系研究[J].硅酸鹽通報,2015,34(05):1371-1376.

[2] 羅少慧,王永在.粉煤灰基礦物聚合材料研究進展[J].中國非金屬礦工業導刊,2013(02):16-19.

[3] 饒紹建,劉家祥,王克儉.粉煤灰基礦物聚合材料的抗壓強度和微觀結構[J].北京化工大學學報(自然科學版),2012,39(01):37-41.

[4] 聶軼苗,牛福生,張晉霞,等.影響粉煤灰基礦物聚合材料性能的主要因素[J].硅酸鹽通報,2009,28(03):473-478.