粉煤灰制土聚水泥毕业论文.doc

湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 利用粉煤灰制备土聚水泥的正交实验研究作者:齐甲 指导老师：彭美勋（湖南科技大学 化学化工学院 无机非金属材料工程）摘要：土聚水泥是很有潜力的新型无机胶凝材料。利用粉煤灰加入碱性混合溶液制备土聚水泥胶砂试块。并通过正交实验方法研究了影响土聚水泥胶砂力学性能的因素并优化了工艺条件, 得到的试块7d饱水抗压和抗折强度分别达到45.3MPa和10.9MPa。关键字：土聚水泥；正交实验；粉煤灰；力学性能Orthogonal experimental research of geopolymeric cement preparation with fly ash Author:Qijia Instructor: Peng meixun(Hunan University of Science and Technology School of Chemistry and Chemical Engineering Inorganic nonmetallic material project)Abstract: The geopolymeric cement is a new category of good potential inorganic cement materials. Fly ash mixed with alkaline solution was applied to prepare geopolymeric cement mortar briquettes, and orthogonal experiment method was used to research the factors affecting the mechanical performance of the briquettes and optimized the technological conditions. The compressive strength and rupture strength of the briquette cured for 7 days reaches up to 45.3 MPa and 10.9MPa respectively. Key words: Geoplymeric cement; Orthogonal experiment; fly ash; mechanical performance1 前言由于煤炭在我国一次性能源消费中占68.9%，我国粉煤灰的排放量已超过 3.0 亿吨/年，鉴于我国石油资源短缺，未来很长一段时期内我国仍将以燃煤发电为主，因而仍将产生大量的粉煤灰。西方发达国家粉煤灰的综合利用率基本达50%以上，个别国家达 90%以上。国内目前对粉煤灰的综合利用率只有约 30%左右，与西方发达国家相比利用率较低。大量的粉煤灰得不到有效利用，采用堆放处理不仅占用了大量的土地，而且还污染环境。本课题探索研究利用粉煤灰制备节能环保低资源消耗的新型硅铝质无机胶凝材料-土聚水泥，研究该种土聚水泥胶砂的抗折和抗压强度等力学性能，探讨影响粉煤灰基土聚水泥胶砂强度的因素，利用正交实验方法优化制备土聚水泥的工艺条件。2 土聚水泥的研究现状2.1 土聚水泥的发展历史1972年，法国的J. Davidovits等1通过对古建筑的研究发现，其所用胶凝材料的耐久性、抗酸性和抗冻融能力极强。随后J. Davidovits对这种胶凝材料的内部结构进行了细致的研究，发现其中不仅含有波特兰水泥所具有的 CSH凝胶组分，而且含大量的沸石相。这种材料就叫土聚水泥（geopolymeric cement）。Geopolymer一词原意指由地球化学作用形成的铝硅酸盐矿物聚合物，这一概念发展到现在则包括了所有采用天然矿物或固体废弃物制备成的以硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。此后， J. Davidovits2不断改进地质聚合物形成的化学机理和力学性能表征，并证实了这类材料在许多工业领域的应用。1987年，宾州大学教Della. M. Roy,在“Science”杂志上发表了为“New strong cement materials: chemicabonded ceramics”的综述性文章3，提高了各国研究地质聚合物材料的热情，促进了地聚合物科学的蓬勃发展。随后土聚水泥被不断地提高，应用领域也不断地被拓宽目前，世界上有许多专门研究机构如法国的“Geopolymer Institute”、美国的“Watways Experiment Station”等和许多其他科学家们在致力于地质聚合物材料的研究工作有关地质聚合物科学的理论和应用研究成正在快速增长。2.2 土聚水泥的发展前景和研究意义土聚水泥在二十几年的发展过程中，经历了一个从初级到高级的发展过程。最初的土聚水泥制品必须要在一定的温度（60-180）下养护，甚至需要压蒸工艺，所用原材料也比较单一。随着研究的进展，土聚水泥在常温下也能实现硬高强的优异性能，所用原材料也大为丰富，目前，各种工业废渣在土聚水泥中都广为应用，如：矿渣、粉煤灰、硅灰等；各种天然粘土矿物以及火山灰材料在土聚水泥中也有广泛的应用。土聚水泥碱激活剂也由单一的碱金属、碱土金属、氢氧化物扩展到氧化物、卤化物、有机基组分等。土聚水泥的增韧、增强添加物以及制备工艺手段亦日趋进步，材料性能大幅度提高4。 土聚水泥本身具备的优良的物理化学性能决定了其广阔的发展前景，主要可应用于下列几个方面：（1）开发耐久性装饰材料。土聚水泥与颜色偏重于灰黑色的硅酸盐水泥不同，其颜色较浅，甚至可以是纯白色，配以各种无机颜料，可生产颜色丰富多彩的装饰材料。与陶瓷墙地砖相比。土聚水泥装饰材料不仅免除了高温烧结工艺，而且整体性好；与人工大理石材E一般含有机聚合物F相比，由无机聚合物组成的土聚水泥更耐久。（2）生产化学键合陶瓷。所谓化学键合陶瓷、实质上是区别于高温烧结陶瓷而有的：土聚水泥通过水化反应能达到与高温烧结陶瓷相媲美的结构，而且低温浇注土聚水泥便于成型各种复杂形状的制品。（3）开发防火及耐高温材料。土聚水泥能经受1200的高温，可用于制作炉膛、冶金管道、隔热材料等。（4）开发防腐材料；土聚水泥能耐酸碱、硫酸盐及各种有机溶剂，因而是一种优质的防腐材可适用于作各种化工厂的管道衬里。（5）固定工业有毒废渣及核废料。土聚水泥抗渗性好、耐久性优良，其沸石型的三维硅铝网络结构能有效地固定工业有毒废渣。土聚水泥能有效地经受核废料产生的水热作用，所以能较理想地用于核废料的固定。（6）开发早强型快速修补材料。土聚水泥早期强度及界面结合强度高，可用作混凝土结构的快速修补。特别是土聚水泥与硅酸盐水泥复合后，快硬高强的性能更加突出，可用于机场跑道、高速公路等设施的快速修补5。 2.3 粉煤灰基土聚水泥的研究及其意义西方发达国家粉煤灰的综合利用率基本达50%以上，个别国家达90%以上，国内目前对粉煤灰的综合利用率只有约 30%左右，与西方发达国家相比利用率较低。大量的粉煤灰得不到有效利用，采用堆放处理不仅占用了大量的土地，而且还污染环境。因此研究利用粉煤灰制备矿物聚合材料具有重要的意义。本项拟研究以粉煤灰为主要原料，制备矿物聚合材料的可行性，确定优化工艺条件，讨论材料制备过程中的铝硅酸盐聚合反应机理，进而分析影响材料力学性能的主要因素，以期为粉煤灰废物资源化探索新的技术途径。粉煤灰是一种铝硅玻璃质材料，其SiO2和A12O3 的含量之和一般在70以上。过去利用粉煤灰一般是利用其潜在的火山灰活性，即在激发剂作用下粉煤灰中活性SiO2 和A1203与CaO反应形成CSH凝胶与水化铝酸钙产生强度。而采用粉煤灰制备土聚水泥是利用粉煤灰具有活性的铝硅酸盐的特点，选择特定的激发剂对其进行激发，使其中的铝硅玻璃体发生解聚，然后在一定条件下再聚合生成无机聚合物，从而制备出一种新的无机胶凝材料。这种对粉煤灰的利用，完全不同于在水泥和混凝土中简单掺人粉煤灰，而是对粉煤灰一种全新的高级利用。由于粉煤灰基矿物聚合物所生成的无机聚合物与天然矿物材料的组成相似，具有许多硅酸盐水泥所没有的优异性能，如耐久性好、抗腐蚀能力强等，所以它不但可以替代水泥，而且可以应用在更多需要胶凝材料的领域7。3 利用粉煤灰制备土聚水泥的实验方法3.1 正交实验方法介绍正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交表。例如作一个三因素三水平的实验，按全面实验要求，须进行33=27种组合的实验，且尚未考虑每一组合的重复数。若按L9(33)正交表按排实验，只需作9次，按L18(37)正交表进行18次实验，显然大大减少了工作量。因而正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。 正交表是一整套规则的设计表格，用 L为正交表的代号，n为试验的次数，t为水平数，c为列数，也就是可能安排最多的因素个数。例如L9(3 4)，它表示需作9次实验，最多可观察4个因素，每个因素均为3水平。一个正交表中也可以各列的水平数不相等，我们称它为混合型正交表，如L8(424)，此表的5列中，有1列为4水平，4列为2水平。根据正交表的数据结构看出，正交表是一个n行c列的表，其中第j列由数码1，2， Sj 组成，这些数码均各出现N/S 次。正交表具有以下两项性质： (1)每一列中，不同的数字出现的次数相等。例如在两水平正交表中，任何一列都有数码“1”与“2”，且任何一列中它们出现的次数是相等的；如在三水平正交表中，任何一列都有“1”、“2”、“3”，且在任一列的出现数均相等。 (2)任意两列中数字的排列方式齐全而且均衡。例如在两水平正交表中，任何两列(同一横行内)有序对子共有4种：(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)。每种对数出现次数相等。在三水平情况下，任何两列(同一横行内)有序对共有9种，1.1、1.2、1.3、2.1、2.2、2.3、3.1、3.2、3.3，且每对出现数也均相等。 以上两点充分的体现了正交表的两大优越性，即“均匀分散性，整齐可比”。通俗的说，每个因素的每个水平与另一个因素各水平各碰一次，这就是正交性。 正交实验处理以L9正交表（见表1）为例说明。Kij表示第 j 列因素第 i 水平实验结果之和；级差表示第 j 列因素最大效应与最小效应之差，表中的 K(i,j)表示第 j 列中凡是对应于 i 水平的实验数据的平均值。它们表示该因素下的三个水平所对应的平均抗压强度。这是正交实验设计的优点。它能在每个因素都变化的情况下清楚地分出每个因素对指标的影响大小。级差表示每个因素三个水平对应平均值的差别，从数量上表示出三水平对抗压强度的影响程度。三因素的级差对比，显示出每个因素对抗压强度的影响大小。级差越大，表明对抗压强度的影响越大。图形分析：将K(j1)、 K(j2) 、K(j3)做为横坐标，纵坐标为影响因素的四个水平，描点画图。从点与点相连得到的图形可以很直观的看到四个水平因素对本实验影响的大小。表1正交表 L9(34)No.1234111112122231333421235223162312731228321393321K(j1)K(j2)K(j3)级差（j）3.2 土聚水泥的形成机理探讨偏高岭土是高岭土在受热到500以上时形成的产物。受热时，高岭土层间结构中的羟基会脱去，同时六配位的铝氧八面体晶体结构层被破坏，转变为具有无定形结构的铝氧四面体，使铝氧键处于高能量状态，偏高岭土具有了化学反应活性。 当偏高岭土与碱溶液混合时，层间高能态的铝氧键(一Al一0一)首先受到0H一的攻击，电荷分布发生偏移，Al一0键断裂。同时结构中的硅氧键(一Si一0一)发生类似的变化，偏高岭土的铝硅酸盐结构解体，形成类似玻璃体的无规网络结构。伴随断键解聚过程，不同聚合状态的硅酸根、铝酸根和硅铝酸根重新聚合、晶化。一般认为矿物聚合材料的聚合反应过程为各种铝硅酸盐(Al3+ 呈 或次配位)与强碱性硅酸盐溶液之间的化学反应8。n(Si2O5,Al2O3)+2nSiO2+4nH2O+4n(NaOH,KOH)（Na+,K+）+n(OH)3一Si一O一Al-一(OH)3 （1） | (OH)2 (矿聚物前驱体) (OH)2|n(OH3) 一Si一O一Al-一(OH)3+NaOH或 KOH(Na+,K+)一(一Si一O一Al-O一Si一O一)+4nH2O （2） | | | (聚合物骨架)以上聚合反应表明，任何硅铝物质都可作为制备矿物聚合材料原料。此类材料的基体相的化学组成与沸石类似，而结构上呈非晶质至半晶质，制备过程需要类似于水热合成沸石的条件，但其反应速率要快得多。矿物聚合物材料形成的基体相是一种与沸石化学成分相似的无定形物质，合成需要的温度低，一般在25-120。王刚等9认为矿物聚合反应过程为强碱溶液与硅酸盐矿物颗粒发生解聚-聚合反应，并在其表面形成具有硅铝酸盐长链结构的凝胶相，凝胶相固化脱水后形成的物相（称之为基体相）在矿物颗粒（如粉煤灰）表面与其发生键合，从而形成具有一定强度的材料，并对基体相的形成过程进行了深入的研究10。3.3 粉煤灰基土聚水泥正交实验方案设计和配料计算对影响土聚水泥性能的因素做L9(3 4)的正交实验表见表2。配料计算： 假设所用的高岭土为理想的高岭土（煅烧高岭土）2SiO2，Al2O3，其摩尔质量为222.1g/mol。高岭土用量450g。水玻璃的比重1.36g/cm3，其中SiO2含量22%-27%、Na2O含量8.6%-9.0%、因此SiO2平均含量24.5%，Na2O平均含量8.8%。SiO2的摩尔质量为60.1g/mol，Al2O3的摩尔质量为102g/mol， Na2O的摩尔质量为62g/mol。表2粉煤灰基土聚水泥实验方案表实验号粉煤灰/粉煤灰+高岭土（wt）nR2O/nAl2O3nSiO2/nR2OnH2O/nAl2O3F2-1100%0.251.25F2-2100%0.31.55.5F2-3100%0.351.86F2-480%0.251.56F2-580%0.31.85F2-680%0.351.25.5F2-760%0.251.85.5F2-860%0.31.26F2-960%0.351.55烧碱NaOH质量为Xg， 水玻璃体积为Yml， 水的体积为Zml， (NaOH摩尔质量为40g/mol，水的密度1.0g/cm3)(Y*1.36*0.245/60.1)/（X/80+Y*1.36*0.088/62）= nSiO2/nR2O （3）(Z/18+Y*1.36*0.667/18) / (450/222.1) = nH2O/nAl2O3 （4）(X/80+Y*1.36*0.088/62) / (450/222.1) = nR2O/nAl2O3 （5）3.4 粉煤灰基土聚水泥的制备实验过程 3.4.1 实验仪器、原料（1） 仪器：JJ-5水泥胶砂搅拌机（无锡建材议器机械有限公司），ZS-15水泥胶砂振实台（无锡建材仪器机械有限公司），KZJ-500型电动抗折试验机（最大负荷5000N、精度1%、电压220V、无锡市华南实验仪器有限公司），4040水泥抗压夹具，SYE-600型压力试验机（最大负荷600KN、精度1级、无锡市中科建材仪器有限公司），振筛机，马夫炉，电子称，烧杯，量筒。（2） 原料1）粉煤灰本研究采用的粉煤灰是湖南湘潭发电有限责任公司排放的1级粉煤灰，其主要成分(wt%)11：烧失量3.2%，含水率1%，SO30.45%，SiO251.8%，Fe2O35.0%，Al2O326.4%，CaO4.1%，MgO1.0%，K2O1.3%，Na2O1.0%，28d抗压强度比101.5%，比表面积605m2/kg。并对粉煤灰做了粒径分布实验，实验结果如表3（称取粉煤灰100g进行筛分试验）。2）石英砂本实验采用的石英砂参考标准砂的粒径分布进行配制，由于实验条件和周边砂子粒度的限制，实际砂子配比如表4表3 湘潭发电有限责任公司1级粉煤灰粒度分布特征方孔边长/mm 粒径范围/mm 含量*/wt% 大于0.15 00.15 0.15-0.076 1.220.076 小于0.076 98.10*损失0.68g表4 配制标准砂的粒径分布粒径/mm 标准砂应有量（kg） 实配量（kg）2.0以上 0 02.0-1.0 33 18.51.0-0.5 34 48.50.5-0.15 20 29.80.15-0.076 12 2.200.076以下 1 1总和 100 1003）高岭土高岭石的结构式是Al4Si4O10(OH)8,煅烧后的偏高岭土失水得以偏高岭土：（分子量：222：SiO2:61.23%, Al2O3: 37.9%，其他：0.87%)。Al4Si4O10(OH)84+4H2O （6）4）NaOH高浓度的氢氧化钠溶液是铝硅酸盐聚合反应的激活剂，能够与硅铝质原料反应生成胶体相。本实验NaOH采用工业纯片碱，品牌：红三津，标准：GB 209-93，含量：96%UP，厂家：焦作化电集团红津化工有限公司。5）水玻璃本论文所用水玻璃为湘潭玻璃厂生产，模数(SiO2/Na2O)在3-3.4、SiO2含量22%-27%、Na2O含量8%-9%、比重1.36g/cm3。3.4.2 粉煤灰基土聚水泥胶砂制备(1) 实验流程图实验流程图见图1。(2) 实验步骤 1）烧高岭土：称取一定质量的高岭土放入马夫炉中，将温度调节到750，炉子是一个逐渐图1 粉煤灰基土聚水泥胶砂制备实验流程图常温养护固化蒸养转入固体反应物料混合水玻璃+碱溶液搅拌胶砂成型脱模检测升温的过程，待炉子温度上升到750记录时间，并煅烧3个小时。3小时后，取出，待自然冷却后称取质量，然后过200目筛，200目以下的放入塑料袋中密封待用。2）配料：用电子称称取规定质量的粉煤灰、高岭土、标准砂放入搅拌器的锅中，在称取规定质量的氢氧化钠，用量筒量取规定体积的水和水玻璃。3）物料混合：将盛有粉煤灰、高岭土、标准砂固体物料的锅置于JJ-5水泥胶砂搅拌机中用慢速搅拌将固体物料混合均匀，取一烧杯将量取好地水倒入烧杯中，再将氢氧化钠和水玻璃倒入有水的烧杯中搅拌直到氢氧化钠完全溶解时至，然后加入将配制好的混合液倒入锅中启动搅拌机搅拌。4）装模成型：将混合砂浆搅和物置于 40mm40mm160mm（涂抹脱模剂） 三联模具中，放在ZS-15水泥胶砂振实台上振动成型。振实台停止后取下模具，刮去表层多余砂浆。5）静置固化：连试模一起用塑料袋密封，放于烘箱内调到60蒸养24h。24小时取出后待自然冷却后进行脱模，试样脱模后再置于室温中继续固化。6）养护：将脱模后的试件放入塑料袋中保水密封养护（早晚各向试件上洒水以保证试件处于保水状态）6天。用一个试件进行泡水，观察会不会泡坏。7）性能检测：养护时间到时拿出试块，拭干表面水分，对试件进行标号，在半个小时内检测抗折强度和抗压强度，记录数据。4 实验结果讨论4.1 实验结果实验结果和数据分析见表5和表6。表5内黑体表示最优配方，K(1j)（2、3类同）表示：第一列表示粉煤灰在100%时三个抗压强度的平均值，第二列表示碱铝比在0.25时三个抗压强度的平均值，第三列表示碱激发剂的模数在1.2时三个抗压强度的平均值，第四列表示水铝比在5时三个抗压强度的平均值，极差越大表示这个因素对实验的影响越大。表6内黑体表示最优配方，K(1j)（2、3类同）表示：第一列表示粉煤灰在100%时三个抗折强度的平均值，第二列表示碱铝比在0.25时三个抗折强度的平均值，第三列表示碱激发剂的模数在1.2时三个抗折强度的平均值，第四列表示水铝比在5时三个抗折强度的平均值，极差越大表示这个因素对实验的影响越大。表5 粉煤灰基土聚水泥正交实验抗压强度直观分析表所在列1234因素粉煤灰+高岭土碱铝比碱激发剂的模数水铝比抗压强度（MP）实验1450+00.251.2520.2实验2450+00.31.55.531.3实验3450+00.351.8620.3实验4360+900.251.567.3实验5360+900.31.8528实验6360+900.351.25.531.4实验7270+1800.251.85.519.5实验8270+1800.31.2620.8实验9270+1800.351.5545.3K(1j)23.93315.66724.13331.167K(2j)22.23326.70027.96727.400K(3j)28.53332.33322.60016.133极差6.30016.6665.36715.034表6 粉煤灰基土聚水泥正交实验抗折强度直观分析表所在列1234因素粉煤灰+高岭土碱铝比碱激发剂的模数水铝比抗折强度（MP）实验1450+00.251.254.2实验2450+00.31.55.55.7实验3450+00.351.863.5实验4360+900.251.562.025实验5360+900.31.855.975实验6360+900.351.25.59.75实验7270+1800.251.85.55.325实验8270+1800.31.264.725实验9270+1800.351.5510.9K(j1)4.4673.8506.2087.025K(j2)5.9175.4676.2256.925K(j3)6.9838.0504.9333.417极差2.5164.2001.2923.6084.2 影响因素分析 图25中，纵坐标为粉煤灰基土聚水泥正交实验抗压强度K(j1) K(j2) K(j3)值（单位：MPa），横坐标为影响强度大小的4个因素（比值无单位）。图2 粉煤灰量对试样抗压强度的影响图3碱铝比对试样抗压强度的影响图4碱激发剂的模数对试样抗压强度的影响图5 水铝比对试样抗压强度的影响图69中，纵坐标为粉煤灰基土聚水泥正交实验抗折强度K(j1) K(j2) K(j3)值（单位：MPa），横坐标为影响强度大小的4个因素（比值无单位）。图6 粉煤灰量对试样抗折强度的影响图7 碱铝比对试样抗折强度的影响图8 碱激发剂的模数对试样抗折强度的影响图9 水铝比对试样抗折强度的影响4.2.1 粉煤灰掺量实验表明，对于抗压强度而言，根据图2可知当粉煤灰掺量在80%100%时随着其量的增加抗压强度随之下降，掺人量60%80%时，抗压强度随之增加，到达60%时抗压强度达到最大值。对于抗折强度，根据图6可知抗折强度的图形中间出现一个拐点（即粉煤灰掺量在80%时），直线的斜率都为正值，拐点上方斜率明显大于下方斜率，表明随着粉煤灰掺量的减少强度变大，但是80%后变化趋势明显不如80%100%时，当粉煤灰掺量在60%时抗折强度达到最大值。粉煤灰基土聚水泥中的骨料粉煤灰和煅烧高岭土从结构上讲都属于无定形体，但粉煤灰是在较高温度下的煅烧产物，其稳定性及表面活性都比煅烧高岭土差，在碱性激发剂及煅烧高岭土的联合作用下，粉煤灰颗粒表面可和煅烧高岭土表面发生聚合作用，从而产生强度。而单纯粉煤灰在碱性激发剂的作用下，短时间的养护，所产生的聚合反应有限，颗粒间的强度很低。随着粉煤灰的掺入量的增加，当出现大量的粉煤灰颗粒一粉煤灰颗粒接触时，这种粉煤灰一粉煤灰间的接触，实际上相当于在试样中形成了一个微裂纹腔，其强度就会降低。4.2.2 碱铝比（nR2O/nAl2O3）实验表明，对于抗压强度而言，根据图3得知直线斜率一直为正，即表示随着碱铝比的升高抗压强度随之升高，但是碱铝比达到0.3时直线出现一个拐点，当碱铝比超过0.3时强度随着碱铝比的升高上升速度没有0.3之前那么快，当碱铝比达到0.35时抗压强度达到最大值。对于抗折强度而言，根据图7得知直线斜率一直为正，即表示随着碱铝比的升高抗折强度随之升高，在达到碱铝比为0.3时也出现一个拐点，此拐点后出现的是直线斜率减小（即在0.30.35间抗折强度随着碱铝比的升高上升的速度变快），碱铝比在0.35时抗折强度达到最大值。当偏高岭土与碱溶液混合时，层间高能态的铝氧键(一Al一0一)首先受到0H一的攻击，电荷分布发生偏移，Al一0键断裂。同时结构中的硅氧键(一Si一0一)发生类似的变化，偏高岭土的铝硅酸盐结构解体，形成类似玻璃体的无规网络结构。伴随断键解聚过程，不同聚合状态的硅酸根、铝酸根和硅铝酸根重新聚合、晶化。一般认为矿物聚合材料的聚合反应过程为各种铝硅酸盐(Al3+ 呈 或次配位)与强碱性硅酸盐溶液之间的化学反应8。4.2.3 碱激发剂的模数（nSiO2/nR2O）实验表明，对于抗压强度而言，根据图4可知碱激发剂的模数在1.21.5时直线斜率为正（即模数增加抗压强度增加），当模数达到1.5时出现拐点，1.51.8时直线斜率为负（即模数增加抗压强度减小），当模数为1.5时抗压强度取得最大值。对于抗折强度而言，根据图8可知直线斜率前段为正，后段为负，变化确实有明显差别，在1.5处同样出现拐点，1.21.5时抗折强度增大趋势较慢，1.51.8抗折强度减小趋势明显变大，当模数在1.5时抗折强度达到最大值。由于一Si一0一和Al一0发生了类似的化学变化，当碱激发剂的模数增加到一定数值时0H一作用在固体物料上的数量越来越少，由于碱激发剂的模数的增加一Si一0一变多，固体物料中的一Si一0一不能充分反应，故引起这样的效果。4.2.4 水铝比（nH2O/nAl2O3）实验表明，对于抗压强度而言，根据图5可知当直线斜率一直为负（即随着水铝比的升高抗压强度降低），直线在5.5处出现一个拐点，致使5.56区间的抗压强度下降的趋势较55.5时变大，当水铝比在5时抗压强度达到最大值。对于抗折强度而言，根据图9可知当直线斜率一直为负（即随着水铝比的升高抗折强度降低），直线在5.5处出现一个拐点，致使5.56区间的抗折强度下降的趋势较55.5时明显变大，当水铝比在5时抗折强度达到最大值。在一定范围内，含水量的多少对土聚水泥聚合反应的发生影响并不显著，但含水量的过多或过少对地质聚合物的强度呈显著的影响。含水量小时，影响成型性，聚合反应含水量过多时，使碱性激发剂在颗粒之间的溶液中浓度降低，使颗粒间的聚合作用降低。同时，水量的增加 ，也使试样的气孔率增加，降低了强度。5 结论通过对粉煤灰基土聚水泥的正交实验，并对粉煤灰基土聚水泥胶砂强度的测定，对强度数据进行正交实验后的数据处理数可以得到以下结论：1）粉煤灰基土聚水泥，以质量分数计，粉煤灰掺量在60%时，胶砂的抗压和抗折强度达到了最大值。2）碱含量以碱铝比计，当碱铝比为0.35时，强度达到了最大值。3）水玻璃掺量以碱激发剂的模数计，当碱激发剂的模数为1.5时，强度可以达到最大值。4）胶砂制备中水的掺量，水份的多少很大程度上影响胶砂成型和强度的大小，水份以水铝比计，当水铝比在5时，强度达到了最大值，成型效果良好。5）以粉煤灰（高岭土）为主要原料，石英砂作为骨料，在优化条件下，即粉煤灰掺量在60%，碱铝比0.35，碱激发剂的模数1.5，水铝比5，可制备 7 d饱水抗压强度达 45.3MP的土聚水泥胶砂试件，制品的力学性能及耐酸性能良好，且制备工艺简单，生产过程可在 20100的低温下进行，生产能耗低无温室气体排放，符合“清洁生产