前言
矿物聚合物（geopolymers）是一种完全不同于硅酸盐水泥的新型胶凝材料，是由铝硅酸盐原料在一定浓度碱或碱硅酸盐溶液激发下合成的。粉煤灰是一种工业废弃的铝硅酸盐物质，近些年来国外开始研究利用粉煤灰合成矿物聚合物[1~5]。
利用粉煤灰合成矿物聚合物的过程完全不同于粉煤灰作为混合材在水泥中或作为掺合料掺入混凝土中作用过程。在后者，粉煤灰是作为辅助胶凝材料与硅酸盐水泥共同起作用，并在硅酸盐水泥水化生成的氢氧化钙作用下生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。而在矿物聚合过程中，粉煤灰中的铝硅酸盐聚合体在一定激发剂作用下解聚成为低聚物，然后再缩聚成为三维网络状结构的无机聚合物。所以常用来评价粉煤灰品质的级别（即一级粉煤灰、二级粉煤灰等）方法能否用来评价制备矿物聚合物的粉煤灰品质还有待研究。
1．原材料与试验方法
1.1原材料
1.1.1粉煤灰
本研究所采用的粉煤灰为石景山一级粉煤灰、沧州一级和二级粉煤灰以及定州曲阳粉煤灰，其中前三种粉煤灰为低钙灰，定州曲阳粉煤灰为一级高钙灰。各种粉煤灰的化学成分见表1。
1.1.2激发剂溶液
为了排除杂质成分对反应过程的影响，选用KOH、NaOH、Na2SiO3、K2SiO3分析纯化学试剂配制的不同浓度溶液作为激发剂溶液。
粉煤灰的化学成分 （%） 表1
粉煤灰名称（代号）
Al2O3
SiO2
CaO
MgO
Fe2O3
烧失量
石景山粉煤灰（S）
33.42
47.80
3.04
2.18
5.40
1.16
沧州一级灰（CⅠ）
25.41
46.16
4.38
1.39
5.40
4.86
沧州二级灰（CⅡ）
29.14
48.04
4.40
5.90
1.58
4.57
曲阳粉煤灰（Q）
29.13
39.18
12.19
0.49
8.56
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1.2试验方法
1.2.1矿物聚合物的合成
将一定量的粉煤灰倒入水泥净浆搅拌机中，加入标准稠度净浆所需激发剂溶液，搅拌均匀后，装入20mm×20mm×20mm试模中，振动成型。
1.2.3养护方法
标准养护试件：试件成型后放入标准养护箱中养护24小时后脱模，继续标准养护至28d测定抗压强度。
高温养护试件：试件成型后在35℃、50℃、65℃和80℃蒸汽养护箱中养护1d后拆模，待温度降到室温后测定抗压强度，其余试件的一部分继续在蒸汽养护箱中养护至3d和7d（80℃时养护至2d、3d和7d）后测定抗压强度，另一部分试件则放入标准养护箱中养护至3d、7d和28d后测定抗压强度。
2．试验结果与讨论
2.1标准养护条件下不同激发剂溶液对抗压强度的影响
不同粉煤灰在不同激发剂溶液时的28d抗压强度值（MPa） 表2
粉煤灰种类
激发剂溶液
S
CⅠ
CⅡ
Q
10MNaOH
1.50
15.94
9.31
无
10MKOH
2.38
3.19
1.06
无
2MNa2SiO3
2.00
0.75
2.25
4.00
2MK2SiO3
28.75
12.75
13.75
无
5MK2SiO3
14.75
31.75
9.37
5.69
10MKOH:2MK2SiO3=0.5:1
18.13
6.31
9.83
1.56
经过前期的研究，选择两种碱溶液（10MNaOH和10MKOH）、三种碱硅酸溶液（2MNa2SiO3、2MK2SiO3和5MK2SiO3）和一种复合溶液（10MKOH:2MK2SiO3=0.5:1体积比）作为激发剂溶液制备矿物聚合物，所得28d抗压强度结果见表2。
分析以上结果可以发现：在常温标准养护条件下，定州曲阳高钙粉煤灰在各种激发剂溶液作用下的抗压强度均很低；沧州两种粉煤灰在10MNaOH溶液激发下的强度远远高于石景山粉煤灰试样的强度；就几种激发剂溶液而言，硅酸钾溶液的激发效果最好，尤其是2MK2SiO3溶液，其次是复合激发剂溶液。