礦物聚合材料中堿激發劑與鉀長石和石英的作用機理研究

溫得成，楊 靜，時 浩，李 鵬

(1.中國地質大學(北京)材料科學與工程學院,北京 100083；2.中國地質大學(北京)非金屬礦物與固體廢棄物利用北京市重點實驗室,北京 100083)

0 引 言

普通硅酸鹽水泥是建筑行業的基礎材料，2018年我國累計水泥產量為21.77億噸，超過世界水泥產量的一半[1-2]。然而，生產每公斤硅酸鹽水泥所產生的二氧化碳排放量最少為0.66 kg，大量的二氧化碳排放加劇溫室效應[1]。作為一種新型堿激發綠色材料，礦物聚合材料有極大的研發潛力，并可以替代普通硅酸鹽水泥應用于建筑材料領域[2]。

礦物聚合材料[3]通過化學堿激發劑與高硅鋁質天然礦物(偏高嶺土)或固體廢棄物(粉煤灰)相互作用，通過溶解出原材料中的活性硅鋁組分形成硅氧四面體單體([SiO4])和鋁氧四面體單體([AlO4]-)，進而發生硅鋁酸鹽單體的縮聚反應，生成無機聚合物空間網絡結構膠凝相，凝膠相的結構與活性原材料的n(Si)/n(Al)有關，體系中的n(Na+K)/n(Al)影響鋁元素的配位方式[4-6]。同時，生成的凝膠相可以包裹體系中的骨料，大幅提升礦物聚合材料的強度。

20世紀80年代，Davidovits[4]最先使用偏高嶺土作為制備礦物聚合材料的硅鋁酸鹽原料，開展了利用活性硅鋁酸鹽制備礦物聚合材料的研究。隨著研究的深入，礦物聚合材料的機理研究有了一定的進展，隨之礦物聚合材料的性能也不斷得到提高。但在現有的研究中，對堿激發劑和骨料在礦物聚合材料中的作用研究較少。Pavel[7]對礦物聚合材料的固化溫度進行了研究，認為礦物聚合材料不能在常溫下完全固化。……