摘要:研究了由不同产地的高岭土经不同煅烧条件所得的偏高岭土、水玻璃类型和模数及碱含量等对地质聚合物合成的影响规律。研究结果表明：某种苏州高岭土经800℃煅烧6h 活性{zh0}，即在碱液中硅铝溶出率{zd0}；当水玻璃模数为1.4，碱含量为10%时，制得的地质聚合物在20℃（相对湿度大于90%）的条件下养护28 天，其抗压强度达到82.5MPa。结论是合成地质聚合物中的偏高岭土的活性、水玻璃模数和碱含量达到{zj0}匹配条件时，其抗压强度{zd0}。

　　地质聚合物是法国的J.Davidovits 在20 世纪70 年xx发的，并将它取名为Geopolymer[1-2]。地质聚合物具有普通水泥所没有的独特性能：优良的耐热性、耐酸性、耐久性和制备过程的节能环保性，因此，近30 年来受到国内外材料研究者的极大关注。Geopolymer 与普通水泥的本质区别是：前者是无定形的碱铝硅酸盐凝胶，具有类似沸石的三维网状结构[1-2]，后者的主要水化产物是C-S-H 和Ca（OH）2，主要靠氢键结合。

　　Davidovits 最初使用偏高岭土（煅烧高岭土）作为制备Geopolymer 的原料。现在将制备Geopolymer 的原料扩大到粉煤灰、矿渣、硅灰、xx铝硅酸盐矿物等[3-5]。国内学者也采用各种不同的原材料制备出各种强度的地质聚合物。国内外的研究都表明，不同的原材料所合成的地质聚合物的强度差异是很大的，但是，对于形成这些差异的原因还分析得不够，本文通过试验找出规律并进行了深入的分析，得出的结论是在一定的养护条件下，合成地质聚合物中的偏高岭土的活性、水玻璃模数和碱含量达到{zj0}匹配条件时,其抗压强度{zd0}。

　　抗压强度测试方法：按照国家标准GB/T17671-1999 的方法进行。偏高岭土中活性Al2O3 和SiO2 的测定方法：准确称取1g 样品，放入250ml 的锥形瓶中，加入５ｇ⁄L 的NaOH 溶液200mL，采用回流冷凝的方法煮沸30 分钟，然后加入8ml浓盐酸，再煮沸5 分钟，冷却后过滤，将滤液定容到250ml 的容量瓶中，做为活性SiO2和Al2O3 的待测溶液，其活性SiO2 和Al2O3 分别用氟硅酸钾容量法和EDTA 络合滴定法测定[6,7]。

　　水玻璃俗称泡花碱，是一种碱金属硅酸盐。根据其碱金属氧化物种类的不同，又分为硅酸钠水玻璃（Na2O·nSiO2）和硅酸钾水玻璃（K2O·nSiO2）等，他们是化学激发胶凝材料中常用的碱激发剂。其中，二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比n 称为水玻璃的摩数。本文研究了水玻璃的类型（即硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃）和水玻璃模数（1.0, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5,1.6, 1.7, 2.0）对地质聚合物合成的影响，其中碱含量固定为10%，试块在65 ℃温度下养护1.5h 时间，其抗压强度的试验结果见图4。

　　从图4 可以看出，无论是钠水玻璃还是钾水玻璃作激发剂，地质聚合物的抗压强度都随水玻璃模数的增加而升高，在模数为1.4 的时候达到峰值，然后随着水玻璃的模数的增加反而降低；由钾水玻璃作激发剂的地质聚合物的抗压强度比钠水玻璃作激发剂的地质聚合物的抗压强度更高一些，这种差异在水玻璃模数低于1.6 时更明显一些。为了了解碱含量的变化对地质聚合物抗压强度的影响规律，本文进行了两组试验，一组是将800℃煅烧6h 后的偏高岭土与水玻璃模数为1.4 的钠水玻璃混合，控制其中碱含量为12%、10%、8%和6%；另一组是将800℃煅烧6h 后的偏高岭土与纯NaOH 溶液混合，控制其中碱含量为15%、20%和25%。试块都在65 ℃温度下养护1.5h 时间，其抗压强度的试验结果见表3。

　　由表3 分析发现，当模数为1.4 的钠水玻璃为碱性激发剂时，碱含量为10%的地质聚合物的抗压强度{zg}；碱量再增大，强度开始降低；碱量减小，强度也降低，要想地质聚合物具有一定强度，碱含量应该大于6%；当以纯NaOH 溶液为激发剂时，碱含量高达25%，地质聚合物的抗压强度也才8.5MPa，这一结果说明水玻璃引入的初始二氧化硅有极其重要的作用。水玻璃的模数越大，其中二氧化硅的聚合度越大；当水玻璃模数大于2 时，其硅酸聚合度为15~150[10]。本试验结果也表明，当水玻璃模数大于2 时，地质聚合物只有极低的强度，说明没有发生地质聚合反应；当水玻璃模数为1.4 时，碱液中含有一定量的单体[SiO4]。当碱含量大于6%时，首先解聚出偏高岭土中的铝离子，这种铝离子与碱液中的单体[SiO4]发生聚合反应，反应到一定程度就成核，为进一步的聚合反应创下条件。当合成地质聚合物的原材料中偏高岭土的活性、水玻璃的模数和碱含量以及养护温度都达到匹配时，偏高岭土在碱液中的解聚和地质聚合物的聚合反应越充分，试块的抗压强度会越高。

当碱含量过多时，会与空气中的CO2 反应生成碳酸盐导致材料强度下降；碱含量过大导致材料下降的另一个主要原因可能是地质聚合物体系中的解聚和聚合反应速度不匹配造成的。养护温度（在保湿条件下）过高也会限制地质聚合物强度的发展（如表4），这也是因为温度对地质聚合物体系中的解聚和聚合反应速度都有影响，结果破坏了其中的匹配关系。从表4 可看出，当用某种苏州高岭土经800℃煅烧6h 得的偏高岭土为原料，水玻璃模数为1.4，碱含量为10%时，制得的地质聚合物在20℃（相对湿度大于90%）的条件下养护28 天，其抗压强度达到82.5MPa，并在{yt}内脱膜（静置在室内空气中，室温约20℃）。

Abstract: The influence on the raw materials (i.e. including metakaolinites produced by calcining different　kaolines under different conditions, type and modulus of water-glass and alkali content and so on ) on the　synthesis of metakaolinite-based geopolymer was studied. The results show that the metakaolinite produced a　type of kaoline from Suzhou after 800℃×6h heat treatment has the biggest reactivity (i.e. elution SiO2 and Al2O3　content of the metakaolinite in alkali solution reaches the biggest value); the 28d compressive strength of the　geopolymer produced by the metakaolinite and water-glass with modulus of 1.4 and 10% Na2O reaches 82.5MPa　under curing condition of 20℃(R.H.>90%). It is a conclusion that the compressive strength of geopolymer　reaches the biggest value when the reactivity of metakaolinite and the modulus of water-glass and alkali content　in the raw materisls of synthesizing geopolymer have best match.