我国每年产生的建筑废弃物近2亿吨,随着建筑废弃物资源化利用率不断提高,在建筑废弃物资源化过程中产生的大量建筑废弃物粉尘与其难于处理的问题且显得十分突出,不利于节约资源和保护环境。建筑废弃物粉尘的主要成分是氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝等,其粒径较细,具有用于制备地质聚合物材料的基本性质。地质聚合物材料是近年来新发展起来的一种以硅铝质材料为主要原料,通过碱性激发剂的作用,采用适当工艺处理得到的强度高、耐腐蚀和耐久性良好的新型高性能无机聚合物材料。利用建筑废弃物粉尘制备地质聚合物可以解决在建筑废弃物资源化过程产生的粉尘难于处理的问题,有助于建筑废弃物的资源化研究。本论文研究了利用固体废弃物为原料制备地质聚合物,主要研究探讨了建筑废弃物粉尘制备地质聚合物材料的技术可行性,并对其性能、结构以及地聚合反应机理进行了探讨。本试验以建筑废弃物粉尘和粉煤灰为主要原料,氢氧化钠为激发剂制备了建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物材料,对主要原料、地质聚合物材料的有关性能进行了检测、分析,主要研究了掺合料的种类及掺量、激发剂种类及浓度、水灰比及养护温度和养护时间等制备建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物材料的主要影响因素。(1)通过单因素实验得到制备建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物材料的优化工艺条件为：建筑废弃物粉尘占粉体总量的75%,粉煤灰掺量占25%；NaOH溶液浓度为8mol/L,水灰比为0.34,高温养护温度为60℃,高温养护时间为1h。制得的建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物材料试样经7d(自然)养护的抗折强度可以达到2.75MPa,抗压强度可以达到21.34MPa；制品具有较强耐酸侵蚀性,酸浸损失率仅为2.45%；密度与抗压强度表现为“当降低材料的密度时,材料的强度大幅下降”,限制了材料的轻质化；并且其含水率和吸水率较高。(2)通过XRD和SEM等测试技术对建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物材料的微观结构、形貌特征、聚合行为等进行了实验研究。结果表明：材料中晶态和非晶体并存；聚合产物中同时存在C-S-H凝胶和非晶态无机聚合物；试样断口的显微形貌中存在少量片状凝胶体,絮状凝胶体很少；材料本身结合紧密,没有明显的裂纹和间隙存在,虽然出现了微孔,但未观察到对材料微观结构致密性影响的其他现象。(3)根据地质聚合物材料聚合的基本原理,对建筑废弃物粉尘/粉煤灰地聚合物材料的聚合过程及机理进行了探讨。分析认为含硅铝质的建筑废弃物粉尘和粉煤灰在碱溶液中不同程度的先被分解为铝硅酸盐低聚体,低聚体再通过脱羟基聚合反应生成铝硅酸盐胶体相,进一步形成由[Si04]4-和[A104]5-四面体相互连接的具有三维网络结构的地质聚合物材料基体相。(4)根据对活化之后的建筑废弃物粉尘制备出来的建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物的宏观性能、微观结构和形貌特征等进行研究。结果表明热法活化对建筑废弃物粉尘的活性提高有作用。当热处理保温温度为600℃,保温时间为4h时,制得的建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物材料试样经7d(自然)养护的抗折强度可以达到3.25MPa,抗压强度可以达到24.73MPa,与不活化的建筑废弃物粉尘相比,建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物材料的抗折强度提高18.2%、抗压强度提高15.9%,进一步表明热法活化-碱性激发方法可用于建筑废弃物粉尘/粉煤灰地质聚合物的制备。
