利用低硅鐵尾礦制備地質(zhì)聚合物的研究

王夢嬋，張惠靈，陳永亮,2，武詩怡，齊辰暉，肖華平，蔡俊瀅

(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081； 2.武漢科技大學(xué)冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081)

地質(zhì)聚合物是近年來開發(fā)的新型綠色膠凝材料，具有早期強(qiáng)度高、耐酸堿腐蝕、防火耐高溫及固定有毒有害物質(zhì)溶出等優(yōu)良性能[1]，可廣泛應(yīng)用于水泥替代膠凝材料、土木工程快速修補(bǔ)材料、輕質(zhì)防火耐高溫材料、工業(yè)有毒廢渣和核廢料固封材料等方面，在國內(nèi)外建材界引起廣泛關(guān)注。地質(zhì)聚合物通常是采用天然礦物高嶺土煅燒所得的偏高嶺土、粉煤灰、礦渣等活性硅鋁含量較高的工業(yè)廢渣為主要原料，在堿激發(fā)劑的作用下，通過攪拌、混勻、成型、養(yǎng)護(hù)制備而成[2]，LEMOUGNA等[3]以紅土和高爐礦渣為主要原料制備出28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到65 MPa的地質(zhì)聚合物，其紅土中富含較多高嶺土等礦物成分，所以制備出的強(qiáng)度較高；薛彩紅等[4]以電廠廢渣低鈣粉煤灰為原料，在溫濕養(yǎng)護(hù)的條件下制備了粉煤灰基地質(zhì)聚合物，微觀分析表明其內(nèi)部形成了一種“半晶態(tài)”物質(zhì)；曹娃等[5]以粉煤灰和鋼渣為原料，在水玻璃和氫氧化鈉配制成的復(fù)合堿激發(fā)劑的作用下制備地質(zhì)聚合物，在鋼渣摻量25%、堿加入量16%、水玻璃加入量24%時，制備地質(zhì)聚合物28 d的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到20 MPa。而利用礦山尾礦制備地質(zhì)聚合物的研究鮮有報道，主要是因為尾礦中硅鋁的活性低，不易形成具有[AlO4]四面體和[SiO4]四面體結(jié)構(gòu)單元組成的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物。鐵尾礦是鐵礦石經(jīng)過選礦工藝選取鐵精礦后排放的廢渣，每生產(chǎn)1 t鐵精礦要排出2.5～3.0 t尾礦。由于沒有得到有效處理，尾礦大量堆積，不僅占用土地，還造成環(huán)境污染和安全隱患[6]，鐵尾礦合理利用已成為實現(xiàn)礦產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要突破口。

本文以鐵尾礦為主要原料，添加偏高嶺土作為校正材料，以氫氧化鈉和液態(tài)水玻璃作為堿激發(fā)劑制備地質(zhì)聚合物，研究硅鋁摩爾比[n(SiO2)/n(Al2O3)]、液固比、堿激發(fā)劑模數(shù)、養(yǎng)護(hù)方式對地質(zhì)聚合物力學(xué)性能的影響，探討利用低硅鐵尾礦制備地質(zhì)聚合物的可行性，并采用X-射線衍射分析(XRD)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對制備出的地質(zhì)聚合物進(jìn)行表征，揭示低硅鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的形成機(jī)理。

1 實驗部分

1.1 原料

堿激發(fā)劑是由NaOH固體和液態(tài)水玻璃按照一定比例攪拌混合、靜置24 h后的堿性溶液，堿激發(fā)劑模數(shù)即R=n(SiO2)/n(Na2O)，氫氧化鈉是國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的分析純AR級粒狀顆粒，純度為99%，液態(tài)水玻璃是青島優(yōu)索化學(xué)科技有限公司生產(chǎn)的工業(yè)級透明液體，其中SiO2含量26.5%，Na2O含量8.3%，固含量34%。

圖1 鐵尾礦和偏高嶺土的XRD圖譜Fig.1 XRD patterns of iron tailings and metakaolin

表1 鐵尾礦和偏高嶺土的主要化學(xué)成分
Table 1 Chemical compositions of iron tailings and metakaolin

成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3燒失量鐵尾礦/(wt%)35.439.418.8913.019.701.271.345.9813.05偏高嶺土/(wt%)52.2344.150.540.180.370.110.150.0050.85

1.2 鐵尾礦地質(zhì)聚合物的制備

按預(yù)先設(shè)定的重量配比稱取一定質(zhì)量的鐵尾礦和偏高嶺土，倒入JJ-5型水泥膠砂攪拌器中，先干混5 min，再添加一定量預(yù)先配好的堿激發(fā)劑濕混5 min，然后經(jīng)YAW-300C型微機(jī)控制液壓式壓力試驗機(jī)在5 MPa壓力下恒壓1 s壓制成Φ50 mm×25 mm的試樣，成型后的試樣置于DHG-9241A型電熱恒溫干燥箱中于80 ℃下干燥24 h，再養(yǎng)護(hù)至一定齡期，即得地質(zhì)聚合物試樣。

1.3 測試與表征

利用YAW-300C型微機(jī)控制液壓式壓力試驗機(jī)測試地質(zhì)聚合物試樣的抗壓強(qiáng)度，取5塊試樣抗壓強(qiáng)度的平均值作為相應(yīng)條件下的抗壓強(qiáng)度值。利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(SEA-2210A)檢測原料的化學(xué)成分，采用X射線衍射儀(D/MX-IIIA)對原料及試樣進(jìn)行物相分析，并通過傅立葉紅外光譜儀(Nicolet iS10)和掃描電鏡(Philips XL30 TMP)觀察試樣的微觀結(jié)構(gòu)及形貌。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 硅鋁摩爾比對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響

結(jié)合前期探索試驗，固定液固比為0.3，堿激發(fā)劑模數(shù)為1.2，依次選擇硅鋁摩爾比為2.25、2.50、2.75、3.00作為配比，考察硅鋁摩爾比對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響，試驗結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，試樣3 d、7 d和28 d抗壓強(qiáng)度均隨著硅鋁摩爾比的增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。其原因是由于硅鋁摩爾比較小時，偏高嶺土和鐵尾礦表面解聚出了大量的鋁氧四面體，而反應(yīng)體系中硅氧四面體較少，未能達(dá)到發(fā)生地質(zhì)聚合反應(yīng)時所需要的硅氧四面體數(shù)量，使地質(zhì)聚合反應(yīng)發(fā)生困難[4]，因此，試樣抗壓強(qiáng)度較低；隨著硅鋁摩爾比增大，地質(zhì)聚合反應(yīng)體系中引入了大量的硅氧四面體，達(dá)到了地質(zhì)聚合反應(yīng)平衡時鋁氧四面體和硅氧四面體的比例，試樣抗壓強(qiáng)度提高；但是當(dāng)硅鋁摩爾比超過了限值時，由于反應(yīng)體系已經(jīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，再引入大量的硅氧四面體會使反應(yīng)體系中存在過多的沒有參與反應(yīng)的硅氧四面體，導(dǎo)致試樣內(nèi)部形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)膠凝物質(zhì)所占比例減少，試樣的抗壓強(qiáng)度反而降低。因此，最佳的硅鋁摩爾比為2.75，此時試樣3 d、7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別為57.3 MPa、58.6 MPa和60.6 MPa，且隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長，聚合反應(yīng)更加完全，試樣的抗壓強(qiáng)度逐漸增大，但是其3 d的抗壓強(qiáng)度已達(dá)到57.3 MPa，后期增長不多，說明其硬化快、早期強(qiáng)度高，符合地質(zhì)聚合物的特征。

圖2 n(SiO2)/n(Al2O3)對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響Fig.2 Effect of n(SiO2)/n(Al2O3) on propertiesof iron tailings geopolymer

2.2 液固比對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響

固定硅鋁摩爾比2.75、堿激發(fā)劑模數(shù)1.2，依次選擇液固比為0.15、0.20、0.25、0.30和0.35，探討液固比對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響，試驗結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長，試樣的抗壓強(qiáng)度均逐漸升高，說明適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間能促進(jìn)鐵尾礦地質(zhì)聚合物樣品硬質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成和抗壓強(qiáng)度的發(fā)展，且隨著液固比的增大，試樣的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，這主要是因為足夠的水含量有利于地質(zhì)聚合物制備的固液混合過程和離子的傳輸[7]，隨著液固比的增大，體系中硅、鋁離子的傳輸更加容易，地質(zhì)聚合反應(yīng)更加充分，同時相應(yīng)水玻璃用量增大，因而體系中硅氧四面體的含量增多，較易與鋁氧單體反應(yīng)，促進(jìn)膠凝沉淀相的生成，使基體形成更加致密的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致樣品的抗壓強(qiáng)度增大[5]。但是液固比過大，地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度會降低，其可能原因是地質(zhì)聚合物硬化過程中存在水分蒸發(fā)，水的用量過大，試件中會產(chǎn)生大量氣孔而對抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響；其次，水量過大，稀釋了整個反應(yīng)體系的堿性強(qiáng)度，不利于原料中硅鋁活性的激發(fā)，導(dǎo)致形成的地質(zhì)聚合膠凝物質(zhì)較少而強(qiáng)度降低；此外，由于地質(zhì)聚合反應(yīng)是一個脫水縮合的過程，水量過多，會加大離子間距，阻礙整個地質(zhì)聚合物反應(yīng)進(jìn)程，因而縮聚反應(yīng)會隨著水的加入而有所減緩[8]，樣品抗壓強(qiáng)度降低，因此選擇最佳液固比為0.30。

圖3 液固比對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響Fig.3 Effect of liquid-solid ratio on propertiesof iron tailings geopolymer

2.3 堿激發(fā)劑模數(shù)對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響

固定硅鋁摩爾比2.75、液固比0.30，考察堿激發(fā)劑模數(shù)對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，隨著堿激發(fā)劑模數(shù)的增大，試樣的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)堿激發(fā)劑模數(shù)為1.4時達(dá)到最高。分析是因為堿激發(fā)劑模數(shù)是影響地質(zhì)聚合物體系中活性Si、Al溶出的關(guān)鍵因素，堿激發(fā)劑模數(shù)越低，OH-濃度越大，溶液堿性越強(qiáng)，對原料顆粒表面Si—O、Al—O鍵斷裂的破壞作用越強(qiáng)，越有利于表面活性Si、Al溶出，但是堿度對固化速度也有一定影響，當(dāng)堿激發(fā)劑模數(shù)較低時，固化速度較快，從而影響了顆粒內(nèi)部地質(zhì)聚合反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生[9]。所以當(dāng)堿激發(fā)劑模數(shù)為1.0時，反應(yīng)體系內(nèi)的堿度較高，地質(zhì)聚合反應(yīng)太快，部分鐵尾礦、偏高嶺土中的活性Si、Al來不及參與反應(yīng)，未參與反應(yīng)的鐵尾礦和偏高嶺土顆粒存留在試樣內(nèi)部，導(dǎo)致試樣的抗壓強(qiáng)度較低[10]；當(dāng)堿激發(fā)劑模數(shù)增加到1.4時，試樣的抗壓強(qiáng)度最大，此時反應(yīng)體系內(nèi)的堿度適中，增大了地質(zhì)聚合物體系中硅和鋁的溶出，增加了反應(yīng)所需要的硅酸鹽和鋁酸鹽單體，有利于地質(zhì)聚合凝膠體進(jìn)一步發(fā)展形成更加致密的結(jié)構(gòu)，同時可促進(jìn)高水平的地質(zhì)聚合反應(yīng)，形成相對更高的抗壓強(qiáng)度；但是當(dāng)模數(shù)超過1.4后，抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)下降的趨勢，這是因為反應(yīng)體系內(nèi)的堿度降低，部分鐵尾礦和偏高嶺土中的Si、Al不能充分溶出，地質(zhì)聚合的凝膠物質(zhì)減少，試樣的抗壓強(qiáng)度降低。因此，最佳的堿激發(fā)劑模數(shù)為1.4。

2.4 不同養(yǎng)護(hù)方式對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響

在前期實驗基礎(chǔ)上，選定最佳原料配比即液固比0.3、硅鋁摩爾比2.75及堿激發(fā)劑模數(shù)1.4的條件制備試樣，并分別置于四種不同的養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件見表2，待試樣養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期時進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，考察養(yǎng)護(hù)方式對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響。

圖4 堿激發(fā)劑模數(shù)對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響Fig.4 Effect of alkali activator modulus on propertiesof iron tailings geopolymer

表2 預(yù)定的四種養(yǎng)護(hù)條件
Table 2 Scheduled four curing conditions

編號養(yǎng)護(hù)條件A1溫度為20 ℃、濕度為95%的標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)A2室溫下露天干燥養(yǎng)護(hù)A3室溫下露天封袋養(yǎng)護(hù)A4放入30 ℃水中養(yǎng)護(hù)

試驗結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，在室溫露天養(yǎng)護(hù)(A2)和的室溫封袋養(yǎng)護(hù)(A3)條件下，試樣的抗壓強(qiáng)度均隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長而增加，而在恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(A1)和水中養(yǎng)護(hù)(A4)的條件下，試樣的28 d抗壓強(qiáng)度反而下降，此外，A2、A3條件下試樣的抗壓強(qiáng)度明顯優(yōu)于A1、A4，且A3為最優(yōu)養(yǎng)護(hù)條件。

A2、A3與A1、A4的差異主要在于濕度的不同，說明該地質(zhì)聚合反應(yīng)不需要太大的濕度，成型過程中加入的水分即可滿足反應(yīng)的進(jìn)行，這一點不同于水泥砂漿，實際上高濕度的條件下會降低樣品的堿性環(huán)境，導(dǎo)致Si、Al無法溶出，聚合反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，因而強(qiáng)度降低。此外，地質(zhì)聚合過程會發(fā)生脫水反應(yīng)，如果周圍存在大量水，則不利于縮聚反應(yīng)的進(jìn)行，無法保證強(qiáng)度的增長，因此，A2、A3養(yǎng)護(hù)條件優(yōu)于A1、A4。在A1、A4條件下，試樣28 d強(qiáng)度下降是因為隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，試樣中含有的水分增多，干燥過程中過多的水分蒸發(fā)則會在試樣中形成更多孔隙，從而降低試樣的強(qiáng)度。此外，觀察到室溫露天養(yǎng)護(hù)(A2)條件下的試樣表面有泛堿現(xiàn)象，分析是因為在室溫露天養(yǎng)護(hù)時，加入的堿激發(fā)劑中Na+會與空氣中的CO2反應(yīng)生成Na2CO3，從而影響制品的抗壓強(qiáng)度，因此，室溫封袋養(yǎng)護(hù)(A3)優(yōu)于室溫露天養(yǎng)護(hù)(A2)，為最優(yōu)的養(yǎng)護(hù)條件。總之，最佳的制備條件為室溫封袋養(yǎng)護(hù)、硅鋁摩爾比2.75、液固比0.30、堿激發(fā)劑模數(shù)1.4，制備試樣3 d、7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到55.6 MPa、68.0 MPa、72.3 MPa，隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長，試樣抗壓強(qiáng)度提高。

圖5 不同養(yǎng)護(hù)方式對鐵尾礦地質(zhì)聚合物性能的影響Fig.5 Effect of different curing methods onproperties of iron tailings geopolymer

2.5 XRD分析

最佳條件下制備的地質(zhì)聚合物3 d、7 d和28 d試樣XRD圖譜見圖6。由圖6可知，鐵尾礦地質(zhì)聚合物的XRD圖譜中存在大量彌散峰，說明其主要是以無定形的非晶態(tài)為主，且在2θ為20～40°處出現(xiàn)較寬的非晶態(tài)凝膠物質(zhì)彌散峰，與原料偏高嶺土相比，其峰值略微向大角度方向偏移，說明反應(yīng)有新的非晶態(tài)物質(zhì)生成，符合地質(zhì)聚合物的特征[9]，此外，3 d、7 d和28 d試樣的礦物組成基本相同，主要有石英、莫來石、高嶺石、半結(jié)晶CSH(1)和α-C2SH，說明其主要礦物相在3 d時已經(jīng)形成，因此3 d和7 d的早期強(qiáng)度也較大。與3 d、7 d的衍射圖譜相比，28 d試樣衍射圖譜中石英、莫來石、高嶺石的衍射峰均不同程度地降低，說明隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，鐵尾礦和偏高嶺土繼續(xù)受到堿的侵蝕，其中的石英和黏土礦物進(jìn)一步分解，硅鋁組分溶出并參與地質(zhì)聚合反應(yīng)，生成了更多無定形的鋁硅酸鹽凝膠相，且由于鐵尾礦中Ca含量較高，還生成了半結(jié)晶CSH(1)和α-C2SH，這些都導(dǎo)致了試樣抗壓強(qiáng)度提高。

2.6 FTIR分析

圖6 不同養(yǎng)護(hù)齡期試樣的XRD圖譜Fig.6 XRD patterns of samples with different curing ages

圖7 不同養(yǎng)護(hù)齡期試樣的紅外吸收光譜圖Fig.7 FTIR patterns of samples with different curing ages

最佳條件下制得的地質(zhì)聚合物3 d、7 d和28 d試樣紅外吸收光譜圖見圖7。由圖7可以看出，這三種齡期試樣的紅外吸收光譜圖十分相近，說明其主要地質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)在養(yǎng)護(hù)3 d已形成，這與前面的條件試驗及前文2.5部分中XRD分析結(jié)果相符。試樣在950～1 250 cm-1和420～500 cm-1處的吸收峰，分別對應(yīng)于地質(zhì)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中Si—O—T(T=Si或Al)的非對稱伸縮振動和Si—O鍵的彎曲振動，從圖6中可知，464 cm-1和468 cm-1處的吸收峰為Si—O的彎曲振動峰，564 cm-1、573 cm-1和565 cm-1處的吸收峰為Al—O的彎曲振動峰，此外1 102 cm-1、1 094 cm-1和1 035 cm-1處是Si—O—Al的不對稱伸縮振動峰，這些特征峰表明試樣內(nèi)部生成了由—Si—O—Al—O—鍵互相連接形成無機(jī)高分子凝膠體，這些結(jié)構(gòu)都是形成地質(zhì)聚合物的常見結(jié)構(gòu)，硅酸鹽和鋁酸鹽中的[SiO4]和[AlO4]通過氧原子連接起來形成多聚體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。將3 d、7 d和28 d的FTIR曲線相比較，Si—O—Al的不對稱伸縮振動峰的吸收帶從1 102 cm-1附近偏移至1 035 cm-1，這說明延長養(yǎng)護(hù)齡期到28 d后，鐵尾礦和偏高嶺土中物質(zhì)進(jìn)一步發(fā)生了地質(zhì)聚合反應(yīng)，生成了新的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的聚合產(chǎn)物。1 400～1 450 cm-1和870～890 cm-1的峰是C—S—H的特征吸收峰，因此，1 451 cm-1和876 cm-1處吸收峰表明試樣內(nèi)部生成了水化硅酸鈣凝膠，這與XRD分析結(jié)果一致。此外，曲線中3 600 cm-1和1 648 cm-1附近的吸收峰是H—OH伸縮振動峰和彎曲振動峰，分析是因為地質(zhì)聚合物內(nèi)部有少量結(jié)合水存在的結(jié)果。

2.7 SEM分析

最佳條件下制得的地質(zhì)聚合物3 d、7 d和28 d試樣斷面SEM微觀形貌圖見圖8。3 d和7 d 地質(zhì)聚合物試樣的微觀形貌相似， 由圖8(a)和8(c)可知，內(nèi)部已形成結(jié)構(gòu)致密堅硬的N—A—S—H凝膠相(無定形態(tài)的鈉鋁硅酸鹽凝膠相)和較多C—S—H凝膠相，表明地質(zhì)聚合反應(yīng)和水化反應(yīng)同時發(fā)生，其中N—A—S—H凝膠相是由鐵尾礦、偏高嶺土中活性硅氧四面體、鋁氧四面體與堿激發(fā)劑發(fā)生地質(zhì)聚合反應(yīng)生成的凝膠相，是地質(zhì)聚合物中的常見凝膠相，C—S—H凝膠相是由硅氧四面體與鐵尾礦中CaO在堿激發(fā)劑作用下水化反應(yīng)所生成的凝膠相。再從放大10 000倍的圖8(b)和8(d)中可以更加清晰地看到許多絮絲狀的莫來石(M)與細(xì)小的凝膠顆粒膠結(jié)在一起像菊花狀地分布在試樣內(nèi)部，由于還沒有生成更多的致密凝膠相，內(nèi)部孔隙較大，因此，試樣的抗壓強(qiáng)度相對較低。從28 d地質(zhì)聚合物試樣圖8(e)中可知，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，部分凝膠狀物質(zhì)將細(xì)小的顆粒黏結(jié)在一起，孔隙較小，還有許多細(xì)小的結(jié)晶顆粒礦物，這與地質(zhì)聚合物XRD圖譜中除了含有大量無定形的非晶態(tài)彌散峰以外，還存在多種礦物的衍射峰相符合，這些顆粒構(gòu)成地質(zhì)聚合物的礦物骨架，與凝膠相膠結(jié)在一起增強(qiáng)了其力學(xué)性能；再從放大10 000倍的圖8(f)中可以看出絲狀的莫來石明顯減少，說明原料中含有的莫來石已大部分分解，這與前文2.5節(jié)中XRD分析結(jié)果相符，且生成了更多N—A—S—H凝膠相和C—S—H凝膠相，N—A—S—H、C—S—H與絮絲狀的莫來石膠結(jié)在一起，并填充在未完全反應(yīng)的鐵尾礦、偏高嶺土顆粒的孔隙之間，形成了結(jié)構(gòu)致密的凝膠整體，從而為地質(zhì)聚合物形成良好的力學(xué)性能提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

圖8 不同養(yǎng)護(hù)齡期試樣的SEM圖Fig.8 SEM images of samples with different curing ages

3 結(jié) 論

1) 以低硅鐵尾礦為主要原料，添加偏高嶺土為硅鋁校正物料，在NaOH和水玻璃復(fù)合堿激發(fā)的作用下制備地質(zhì)聚合物，在硅鋁摩爾比[n(SiO2)/n(Al2O3)] 2.75、液固比0.30、堿激發(fā)劑模數(shù)1.4及室溫封袋養(yǎng)護(hù)的條件下，制得的地質(zhì)聚合物3 d、7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到55.6 MPa、68.0 MPa和72.3 MPa，隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長，試樣抗壓強(qiáng)度提高。

2) 微觀分析表明，低硅鐵尾礦地質(zhì)聚合物試樣具有普通地質(zhì)聚合物的微觀結(jié)構(gòu)特征，其形成過程中地質(zhì)聚合反應(yīng)和水化反應(yīng)同時發(fā)生，生成了大量無定形的N—A—S—H凝膠相、C—S—H凝膠相和多種結(jié)晶礦物晶體，它們緊密膠結(jié)在一起，填充在未完全反應(yīng)的鐵尾礦、偏高嶺土顆粒的孔隙之間，形成結(jié)構(gòu)致密的整體，增強(qiáng)試樣的力學(xué)性能，且28 d試樣微觀結(jié)構(gòu)更加致密，表明延長養(yǎng)護(hù)時間有利于鐵尾礦地質(zhì)聚合物內(nèi)部致密堅硬結(jié)構(gòu)的形成和抗壓強(qiáng)度的提高。