粉煤灰基聚合材料制备试验研究

武文芳，黄永鲜，袁露玲，易辉林，连明磊，李 帅

(六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004)

矿物聚合材料作为新型胶凝材料，其原料来源广、成本低，可用来部分地代替水泥，这对于缓解区域固体废弃物造成的环境污染和改善生态环境具有重要的社会意义[1-2]。

粉煤灰矿物聚合材料的原料主要为工业固体废弃物粉煤灰，配料可以有砂子、偏高岭石、硅酸钠和氢氧化钠。主要原理为利用粉煤灰非晶态硅铝酸盐的特点，经过酸/碱激发剂激发，使得混合物料中的硅铝结构发生解聚，再在一定的养护条件下合成无机聚合物[3-4]。

1 试验部分

1.1 工艺流程

试验以粉煤灰、偏高岭土、砂子为原料，其中粉煤灰取样于野马寨大唐发电厂，偏高岭土是经800℃高温煅烧过的高岭土，砂子为普通建筑用砂；以氢氧化钠和硅酸钠的混合溶液为碱激发剂。试验流程如下：

图1 工艺流程

如图1所示，分别称取一定比例的粉煤灰、偏高岭土、砂子置于水泥胶砂搅拌机中搅拌均匀，再分别称取一定比例的氢氧化钠溶液和硅酸钠混合均匀组成为激发剂，将混匀的碱激发剂加入到固体混合物料中，搅拌3min后，然后把混合胶砂装入到三联试模(40mm×40mm×60mm)中，在振动台上振动4min成型，最后在35℃下养护24h，脱模后在室温下养护28天，得到制品。

1.2 试验设计

试验考查4个因素、3个水平，其中粉煤灰掺量作为因素A，它指的是粉煤灰在固体混料中的含量；NaOH浓度作为因素B，它指的是氢氧化钠溶液物质的量浓度；固液比作为因素C，它指的是固液质量之比；Na2SiO3占液相比作为因素D，它指的是硅酸钠质量占液相总质量比例。试验不考虑交互作用，选取正交试验表为L9(34)，具体数据见表1、表2。

表1 因素水平表

表2 正交试验表

表2(续)

2 结果与讨论

试验以抗压强度作为制品性能衡量标准，结果见表3。

表3 试验结果分析表

根据表3中的极差分析，C的极差是最大的，A的极差是最小的，也就是C是影响最大的因素，A最小，主次顺序为：C>B>D>A；从水平的角度看，A和D都是1水平最好，B和C都是2水平最好；综合考虑，最好的试验方案应当是A1B2C2D1。但是这个方案在已经做过的9组试验中是没有的，需要对此方案再试验一次，得到的结果是6.17MPa，所以确定最好的方案就是A1B2C2D1。

3 结论

利用粉煤灰制备矿物聚合材料的试验结果表明，考查的4个因素、3个水平中，影响因素主次顺序为：固液比> NaOH浓度> Na2SiO3占液相比>粉煤灰掺量，最好的试验方案是A1B2C2D1，即：粉煤灰掺量50%，NaOH浓度8%(mol/L)，固液比1.5，Na2SiO3占液相比50%,其抗压强度值为6.17 MPa。

[1] 聂轶苗,戴奇卉,刘淑贤,等.粉煤灰基矿物聚合材料抗压强度与其物相关系研究[J].硅酸盐通报,2015,34(05):1371-1376.

[2] 罗少慧,王永在.粉煤灰基矿物聚合材料研究进展[J].中国非金属矿工业导刊,2013(02):16-19.

[3] 饶绍建,刘家祥,王克俭.粉煤灰基矿物聚合材料的抗压强度和微观结构[J].北京化工大学学报(自然科学版),2012,39(01):37-41.

[4] 聂轶苗,牛福生,张晋霞,等.影响粉煤灰基矿物聚合材料性能的主要因素[J].硅酸盐通报,2009,28(03):473-478.