重庆大学本科学生毕业设计（论文）水玻璃对地聚合物凝结时间和产物的影响学 生：王俊学 号：20083883指导教师：彭小芹 教授专 业：材料科学与工程 （建筑材料工程方向）重庆大学材料科学与工程学院二O一二年六月Graduation Thesis of Chongqing UniversityEffects of Water-glass to Geopolymer on The Setting Time and ProductsUndergraduate: Wang JunSupervisor: Prof. Peng XiaoqinMajor: Materials Science and Engineering （Building Materials Engineering）College of Material Science and EngineeringChongqing UniversityJune 2012摘 要地聚合物是建筑材料中一种新型碱激发无机聚合胶凝材料，其反应产物是一种三维网络状的无机聚合物地聚合物原材料的制备过程中CO2和工业三废的排量以及能耗方面都比普通硅酸盐水泥更具有环境协调性。
故地聚合物是一种“绿色环保材料”，当前可持续发展形势下此种绿色环保材料有极大的发展空间本课题是基于对地聚合物研究过程中遇到速凝和凝结时间不稳定的问题制约了地聚合物的进一步研究解决碱激发偏高岭土地聚合物凝结时间问题，对地聚合物的研究进展有极大的促进作用本次试验主要研究水玻璃的模数（M）、掺量以及改性水玻璃等对偏高岭土基地聚合物净浆的凝结硬化规律和反应产物力学性能；利用FTIR微观分析方法对碱激发偏高岭土的反应机理和反应过程进行了初步探索实验结果表明：1、 水玻璃模数与地聚合物凝结时间呈负相关；随着水玻璃模数的增加抗压强度增长后减低2、 对于相同模数的水玻璃其掺量与凝结时间和抗压呈正相关；地聚合物早期强度发展很快，但后期强度有倒缩现象3、 NaCl对拌合物的流动度、粘度以及凝结时间都具有显著影响，但对强度影响较小；Na2CO3与水玻璃复合对地聚合物凝结时间影响显著；NaOH对偏高岭土几乎没有激发效果，必须与水玻璃复合使用4、 通过FTIR分析可知，偏高岭土在水玻璃中发生溶解，有Si-O-Si键的断裂，凝结硬化过程中有Si-O-Al键形成，推断发生了缩聚反应，但产物中Q4结构比原材料中Q4结构更少，说明产物中存在或生成的三维网状结构较少。
关键词：地聚合物，凝结时间，水玻璃，胶凝材料ABSTRACTGeopolymer is a new type of inorganic high-performance polymeric cementitious material in building materialsThe reaction product of geopolymer is inorganic polycondensation three-dimensional oxide network structure. Raw materials used to geopolymer need less energy in the manufacturing process, and have much lower industrial waste emission, Compared to ordinary Portland cement concrete. And the raw material having been used can be recycled again. Geopolymer is a sustainable “green materials”.It is limited for studying that the setting time is short and instability .It will promote geopolymer`s study if the problem of the setting time of geopolymer can be resoved .This experimentation is Observed the laws of the setting time and mechanical properties by changing the modulus, addition and modifica tion of the water glass. Analysising the Product, reaction mechanism and geopolymerizat ion by IR.Following the laws by the test of metakaolin with water glass.1、 The setting time of geopolymer increased with the modululs growth of water glass. The compressive strength of the geopolymer increased firstly and then decreased with the modulus of water glass increased.2、 The setting time of geopolymer decreased with the addition growth of water glass.The compressive strength of the geopolymer increased firstly and then decreased with the modulus of water glass increased.3、 Effect of NaCl on the fluidity and viscosity and the setting time of the mixture is significant ,but the impact on the strength is not significant;.It is significant for the setting time of geopolymer with Na2CO3 compound activating agent ,and it doesn`t effect for metaaolin with NaOH.4、 Si-O-Si can be broken when metakaolin dissolved in water glass. Si-O-Al bond can be formed in In the hardening process. It indicates the presence or generated three - dimensional structure in product is less due to Q4 structure in the product structure less than the raw materials. Key word: geopolymer, the setting time, water glass, cementitious materials目 录摘 要 IABSTRACT II1 绪论 11.1 地聚合物简介 11.2 地聚合物聚合机理及性能特点 21.2.1 地聚合物聚合机理 21.2.2 地聚合物的结构特征和性能特点 21.3 国内外对地聚合物研究现状 31.4 地聚合物应用 41.4.1土木工程 41.4.2非铁铸造及冶金 51.4.3建筑装饰 51.4.4汽车及航空工业 51.4.5环保领域 51.5 现存问题及本文研究的内容 52 原材料及试验方法 72.1 原材料 72.1.1 偏高岭土（MK） 72.1.2 水玻璃（WG） 72.1.3 氢氧化钠（NaOH） 72.1.4 碳酸钠（Na2CO3） 72.1.5 无水硫酸钠（Na2SO4） 72.1.6 氯化钠（NaCl） 72.1.7 硅酸钠（Na2SiO39H2O） 72.1.8 水(H2O) 72.2 试验方法 72.2.1 针入度测量凝结时间 82.2.3 力学性能测试方法 82.2.4 红外光谱分析（FTIR） 83 水玻璃对地聚合物凝结时间的影响 93.1 NaOH调节水玻璃模数对地聚合物针入度影响 93.2 固体硅酸钠对地聚合物针入度的影响 133.3 改性水玻璃模数对地聚合物针入度影响 153.3.1 Na2CO3和Na2SO4对地聚合物针入度的影响 153.3.2 NaCl对地聚合物针入度的影响 163.4 水玻璃掺量对地聚合物针入度的影响 173.5 水玻璃对地聚合物针入度影响的小结 194 水玻璃对地聚合物力学性能分析 204.1 水玻璃模数对地聚合物抗压强度的影响 204.2 水玻璃掺量对地聚合物抗压强度的影响 214.3 NaCl掺量对地聚合物抗压强度的影响 224.4 水玻璃对地聚合物力学性能分析小结 225 地聚合物反应机理初探 245.1 FTIR图谱分析 245.2本章小结 256 结论与展望 266.1 结论 266.2 问题及展望 26参考文献 28致谢 301 绪论1.1 地聚合物简介地聚合物的英文为Geopolymer，Geopolymer最早是由法国科学家Joseph Davidovits教授在1985年发表的的一篇专利[1]中提出来的，被业界人士广泛使用。
地聚合物主要以无机SiO4、AlO4四面体组成的空间三维网状键接结构的新型胶凝材料，由于地聚合物特殊的结构形式，使其具有独特的性能，在建筑材料领域中，地聚合物在用于制作高强材料、耐高温材料、固核固废材料和密封材料方面都显示出良好的性能地聚合物混凝土与传统的普通硅酸盐水泥混凝土相比，具有很大的优势：一、从性能方面讲，地聚合物材料大部分性能都要优越于普通硅酸盐水泥混凝土，例如：地聚合物的早强性能、耐高温性能、抗冻融性能以及抗酸碱腐蚀性能等；二、从环境方面讲，制备地聚合物原材料不需要高温煅烧，而且在原料生产过程中的三废排量也比普通硅酸盐水泥低很多，据统计2011年我国生产水泥20.6亿吨，（每吨水泥孰料在生产过程中要释放近1t的CO2[2] ）三、地聚合物具有固核固废的作用，如在地聚合物中添加放置很久的矿渣、粉煤灰和钢渣等制作地聚合物制品均具有良好的力学性能，可以废物利用，变废为宝，减少资源浪费，降低环境污染等，同时也降低了地聚合物的使用成本Joseph Davidovits教授以硅铝比（Si/Al）为依据，将地聚合物的结构分为三类：PS是指Si/Al=1（-Si-O-Al-O-），PSS是指Si/Al=2（-Si-O-Al-O-Si-O-）和PSDS是指Si/Al=3（-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-），根据其内部结构组成，在国际理论和应用化学联合会大分子会议上将其命名为聚铝硅酸盐（Polysialate，Sialate是silicon-oxo-alumina。