铝硅酸盐无机聚合材料组成、结构和性能研究

发布时间：2021-08-24 03:51

　　铝硅酸盐无机聚合材料（Geopolymer,GP）是一种基于[SiO4]和[A1O4]-单体、离子团或低聚体缩聚而成的、具有三维空间网络结构的新型胶凝材料,其表现出介于水泥、玻璃、陶瓷、金属和高分子聚合物材料之间的性质,因此受到建筑建材从业者的特别关注。更重要的是,GP材料原料来源广,既可使用天然资源,也可使用工矿业大宗铝硅酸盐质废弃物;其硅铝聚合结构低温形成（100 ℃）,无需水泥熟料或玻璃/陶瓷的高温过程,能耗和CO2排放低;其组成、结构与天然铝硅酸盐质沸石、岩石以及人造铝硅酸盐质玻璃、陶瓷的相似性,使其不仅可作为人造岩石、沸石或陶瓷前驱体,而且具有天然的地质相容性和可再生循环性;其性能表现优于或与传统胶凝材料相当。可见,GP材料具有显著的生态、绿色、循环特质。尽管如此,当前GP材料形成过程、结构、性能与组成设计的关系研究结论矛盾较多、争议较大。因此,本论文重点针对其组成设计与结构、结构演化和特性的关系问题展开研究:首先通过计算模拟研究了组成设计中的Si/Al对缩聚反应过程和凝胶相结构影响,结果表明其结构形成过程中Si-Al混杂缩聚优先于Si-Si缩聚反应进行,且低Si/Al体系缩... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２硅酸盐水泥水化过程??而Ｄａｖｉｄｏｖｉｔｓ认为，铝硅酸盐无机聚合材料的溶解解聚和缩聚过程几乎同时发生、??

舒小时—丨―若十天—＾??图１．２硅酸盐水泥水化过程??而Ｄａｖｉｄｏｖｉｔｓ认为，铝硅酸盐无机聚合材料的溶解解聚和缩聚过程几乎同时发生、??相互重叠，很难检测和判断＋５］。根据硅酸盐水泥或碱激发中、高钙胶凝材料的形成机??理，工程从业者可按照需求控制其水化过程和进程。而由于铝硅酸盐无机聚合材料的溶??解解聚和缩聚过程难于分辨，且受碱度、原料活性、反应温度影响较大，使得其形成过??程和进程调控仍是该领域的难题。??１．２．３铝硅酸盐无机聚合材料结构??由于铝硅酸盐无机聚合材料缩聚结构单元分别为－Ｓｉ－０－Ａｌ－０－（Ｓｉ／Ａｌ＝ｌ），??－Ｓｉ－０－Ａｌ－０－Ｓｉ－０－（Ｓｉ／Ａｌ＝２）和－Ｓｉ－０－Ａｌ－０－Ｓｉ－０－Ｓｉ－０－（Ｓｉ／Ａｌ＝３），故对其结构的描述要从硅酸??盐矿物结构说起。??图１．３丨Ｓｉ０４］四面体??Ｓｉ、０是构成硅酸盐的基本化学元素，［Ｓｉ〇４］四面体则是硅酸盐的基本结构单元（如??图１．３）

顶而不能共棱或共面连接；［Ｓｉ〇４］四面体中心Ｓｉ４＾Ｊ部分被Ａ广取代。硅氧四面体在晶??体结构中的连接方式不同而形成五种类型结构：岛状、组群状、链状、层状和架状，如??图１．４所示。［１６］??典状?‘ＶＷ?ＩＳｉＯｊ＊?ＩＳｉｊＯｄ４??－Ｔ?Ｓｉ／Ｏ－ｌ／４?Ｓｉ／Ｏ－ｌ／３??｛?ｖ?＊ｔｔｔ?Ｈ?．．．．??共坩桥氣－１?＾?共用棱《－２，?３??ｒ，?＊？＊？?？？ｉ??＾?ｉｓ＾?Ｌ?ｉｓ＊？〇，＾??／＜．？：?Ｓｉ／Ｏ－２／７?Ｓｉ／Ｏ－４／１１??ｒ?：?＇?共用桥氣２?灰＾?共用核氣４??三节坏?广?付架??厂?ｉＳｉ＾?｜Ｓｉ〇Ｊ??Ｓｉ／Ｏ－ｌ／３?Ｓｉ／Ｏ－１／２??Ｖ?共用桥氣２?共用析试４??Ｗ节环?竹架??？傘拿．?｜Ｓｉ４〇１２ｒ?架状?＂＾ＥｋＣ－?ｌＡＩＳｉａＯｊ＇??▲?？？拿?Ｓｉ／Ｏ－ｌ／３?Ｓｉ／Ｏ－１／２??＜?、?共柑替氣２?丼氣４??？傘?六节坏?匕＾：！?竹架??ｉＳｉ＾Ｏ．ａＴ?｜ＡＩＳｉＯＪ＊??Ｓｉ／Ｏ－ｌ／３?Ｓｉ／Ｏ－１／２??ｔｉ?共用？氧?３??图１．４硅酸盐晶体结构??在硅酸盐中，通常伴随Ａ１的存在，Ａ１可以呈四配位，从而形成［ＡｌＯＪ四面体并代??替部分［Ｓｉ０４］四面体；Ａ１也可以呈六配位（或五配位过渡态），单独形成［ＡＩ０６］八面体，??存在于硅氧骨架之外。通常情况下，岛状硅酸盐结构中不存在ＡＩ替代（即不存在［Ａ１０４］＿??代替［Ｓｉ０４］四面体），在其他类型的硅酸盐结构中［Ａ１０４］代替［Ｓｉ０４］四面体的难度顺序为??单链＞双链＞层状＞架状；铝硅酸盐晶体结构中


本文编号：3359223