约翰内斯堡大学 地质聚合物混凝土块，在200摄氏度下热固化，然后在80摄氏度下在极端碱性介质中浸泡14天(a和b)，比在600摄氏度下热固化并在这一系列扫描电子显微镜图像中经受相同处理(c和d)的块更好地抵抗侵蚀
这些块显示了凝胶状物质的存在，其特征是3M氢氧化钠溶液的碱侵蚀
热固化显著降低了攻击强度，但不能防止攻击
燃煤发电产生的粉煤灰可再利用为高级地质聚合物混凝土
然而，一个关键的耐久性问题是耐碱侵蚀性低
UJ研究人员发现，200摄氏度的高温热处理可以将粉煤灰地质聚合物混凝土的这种有害机制减半
荣誉:约翰内斯堡大学阿卜杜勒侯赛因·纳吉扎德博士
燃煤发电厂产生的飞灰是一个环境难题，巨大的垃圾填埋场和灰坝造成了地下水和空气污染
一些废弃产品可以被重新利用到地质聚合物混凝土中，例如用于结构的预制热固化元件
然而，一个关键的耐久性问题是对极端碱侵蚀的抵抗力低
约翰尼斯堡大学的研究人员发现，高温热处理(HTHT)可以将粉煤灰地质聚合物混凝土中的这种有害机制减少一半
“在之前的一项研究中，我们发现粉煤灰地质聚合物混凝土在极端碱性条件下很脆弱
这项研究的建议是，这种材料不应用于暴露在高碱性介质中的结构，如一些化学储存设施
我们的新研究结果表明，地质聚合物混凝土的耐碱性可以通过将其暴露在评估温度下而得到显著提高，最佳温度为200摄氏度
Abdolhossein Naghizadeh
这项研究是纳吉扎德在约翰内斯堡大学土木工程科学系博士研究的一部分
极端碱性介质 在发表于《建筑材料案例研究》的研究中，粉煤灰地质聚合物砂浆块在100、200、400或600摄氏度下进行不同程度的热固化六小时
然后将它们浸入水、中等碱性介质或极碱性介质中；并在80摄氏度下储存14天或28天，这取决于性能测量
进行28天的延长热固化，以将结果与采用相同固化方案的其他研究的结果进行比较
这种长期养护适用于研究目的，但不建议用于实际施工
中碱性介质是1M氢氧化钠溶液
极端碱性介质是3M氢氧化钠溶液
) 硬化的砌块在200度下热固化，然后浸入极端碱性介质中(“200/3M”砌块)，在22
碱侵蚀时为6兆帕
在其它温度下热固化的块在10℃下保持低得多的残余强度
3至14岁
纳吉扎德说
“浸没在极端碱性介质中的200/3M块仅显示出有限的细裂纹，表明与其他显示出严重裂纹的块相比，膨胀较低
200/3M区块的硅和铝浸出率最低
“x光衍射显示，结晶矿物，钠长石和硅线石，形成于200/3M区块的粘结相中
200/3M粘合剂的扫描电子显微镜图像显示了凝胶状物质的存在，这是碱侵蚀的特征
热固化显著降低了攻击的强度，但无法阻止它，”他说
“200度的高温热处理(HTHT)通过抑制硬化地质聚合物混凝土基质中未反应的粉煤灰颗粒的溶解产生了这种效果
然而，HTHT也将这些砌块的抗压强度降低了26
7%
" 最好用作预制 粉煤灰地质聚合物粘合剂表现出显著的耐久性
纳吉扎德说，这些因素包括对碱-硅反应的高抵抗力、优越的耐酸性和高耐火性、低碳化和有限的硫酸盐侵蚀
粉煤灰地质聚合物水泥主要适用于工厂或车间生产的预制混凝土
原因是地质聚合物水泥混合物的强度发展在环境温度下通常较慢
这使得热固化对于早期强度增加是必要的或必要的
为热养护预制普通硅酸盐水泥而建立的实用方法可适用于此
这使得粉煤灰地质聚合物适用于预制混凝土构件，如建筑物和桥梁的梁或大梁、铁路枕木、墙板、空心楼板和混凝土管
对于普通的粉煤灰地质聚合物混凝土，在60至80摄氏度下加热24小时就足以达到足够的强度
这种养护制度(温度和持续时间)在水泥行业很常见，也用于一些波特兰水泥混凝土
虽然地质聚合物水泥的使用每年都在增长，但与OPC相比，它的使用并不广泛
地质聚合物主要在欧洲国家、中国、澳大利亚和美国被用作住宅结构、桥梁和跑道的粘合剂
S
下一代水泥 自18世纪中叶以来，OPC已被广泛用于生产混凝土
其耐久性性能是众所周知的，其长期性能是可以预测的
然而，在某些应用中，新一代水泥正成为OPC的合适替代物
这些地质聚合物水泥(或地质聚合物粘合剂)的性质和微观结构与有机化学完全不同
用于地质聚合物粘合剂的原材料需要富含氧化铝和硅酸盐含量
根据这一标准，多种工业废物或副产品合格，包括稻壳灰、棕榈油燃料灰和煤电厂飞灰
然而，纳希扎德说，粉煤灰作为地质聚合物水泥有两个优点
这组照片显示了粉煤灰地质聚合物混凝土块的膨胀，这些混凝土块被热固化，然后在80摄氏度的极端碱性介质中浸泡14天
与其他砌块相比，在200摄氏度下热固化的砌块仅显示出有限的细微裂纹，表明低膨胀
煤发电产生的粉煤灰可以重新用于地质聚合物混凝土
然而，一个关键的耐久性问题是耐碱侵蚀性低
约翰内斯堡大学的研究人员发现，200摄氏度的高温热处理可以将粉煤灰地质聚合物混凝土中的这种有害机制减半
荣誉:约翰内斯堡大学阿卜杜勒侯赛因·纳吉扎德博士
首先，在全球范围内，包括在发展中国家，粉煤灰有数百万吨
将粉煤灰重新用作建筑材料有可能减少其对环境的影响
目前，它被弃置在燃煤发电厂附近的巨大灰坝和垃圾填埋场，这些地方会产生空气和地下水污染
粉煤灰作为地质聚合物水泥原料的第二个优点是其化学组成
通常，粉煤灰富含活性硅和氧化铝，这导致更好的地质聚合
与使用其它含铝硅酸盐的废弃产品制成的地质聚合物混凝土相比，这又产生了具有优异的机械、物理和耐久性的粘合剂
更复杂的混合设计 设计建筑时，工程师需要确保结构中使用的混凝土在使用寿命内具有预期的强度
然而，混凝土和其他建筑材料的物理和机械性能会随着时间而变化
这种变化会影响结构使用寿命内的材料性能
通常，OPC混凝土混合物包括水泥、水和骨料
土木工程师使用这三种成分的特定比例为预期结构开发一种OPC混合设计
纳吉扎德说:“对于由硅酸钠和氢氧化钠活化的基于粉煤灰的地质聚合物混凝土来说，混合设计比OPC更复杂。”
“更多的参数包括:粉煤灰、硅酸钠、氢氧化钠、水和骨料的数量；以及氢氧化钠的浓度；玻璃在碱中的比例和质量
" 来自灰坝的飞灰 斯蒂芬·埃克卢教授说，在南非，对粉煤灰作为地质聚合物水泥的研究很有限
埃克卢是这项研究的合著者，也是约翰内斯堡大学土木工程和建筑环境学院的前任院长
“关于粉煤灰地质聚合物混凝土的现有研究使用直接从发电站供应的粉煤灰
需要进一步研究如何利用垃圾填埋场和灰坝产生的粉煤灰(技术上称为“底灰”)来生产地质聚合物水泥
“最大的研究问题是材料质量、混合设计和开发允许在环境条件下固化的技术，而不是目前在高温下固化的做法
一旦这三个科学问题得到解决，粉煤灰和大多数其他形式的地质聚合物水泥就可以更好地在全球范围内替代石化产品
不是混凝土增量器 目前，少量的粉煤灰被用作普通的水泥填充剂
在南非，这个数量是每年3600万吨产量的10%
它与熟料混合生产火山灰硅酸盐水泥
虽然粉煤灰是一种常用的有机化学膨胀剂，但粉煤灰基地质聚合物混凝土并不与有机化学混凝土结合
原因是OPC的水化过程与FA-GC的地质聚合反应完全不同
此外，基于OPC的混凝土和地质聚合物混凝土都需要不同的养护条件
与OPC不同的生产 OPC生产的主要阶段是煅烧和研磨过程
与石化不同，地质聚合物生产不需要这些阶段
基于粉煤灰的地质聚合物粘合剂由两种组分组成:粉煤灰和碱性活化剂
通常情况下，粉煤灰是作为发电站产生的，不需要进一步处理
碱性活化剂溶液如硅酸钠和氢氧化钠也在工业中广泛生产
这些产品有多种用途，如洗涤剂和纺织品生产
“绿色”混凝土 “地质聚合物水泥在不同环境条件下的长期耐久性需要进一步研究
此外，全球建筑业缺乏地质聚合物生产的技术知识
纳吉扎德说:“为了使用地质聚合物粘合剂，工程师、技术人员和建筑工人需要接受设计和生产具有所需性能的地质聚合物混凝土配合比设计的培训。”
“毫无疑问，波特兰水泥的生产在未来需要受到限制，因为它对环境影响巨大
这包括大约5%到8%的全球人为二氧化碳排放到大气中，这导致了气候变化
几项研究，包括约翰内斯堡大学的研究表明，粉煤灰地质聚合物可以表现出优于或类似于波特兰水泥的性能
这使得它在某些应用中成为替代波特兰水泥的合适选择
此外，从一种有问题的废物产品的潜在再利用的角度来看，全世界，特别是发展中国家的粉煤灰的可获得性提供了生产比普通硅酸盐水泥更经济的“绿色”混凝土的机会
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