粉煤灰-偏高嶺土復(fù)合基地質(zhì)聚合物的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、地質(zhì)聚合物作為一種新型的無機(jī)聚合物膠凝材料，不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕性能以及化學(xué)性能，而且具有與沸石類似的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。目前，其作為固化/穩(wěn)定重金屬和放射性廢物等有毒有害離子的固化基材備受關(guān)注。對(duì)于固化體而言，除了力學(xué)性能的要求之外，更重要的是基體對(duì)離子具有長(zhǎng)期滯留的能力，這包括固溶作用、吸附作用和物理固封作用，該固化能力與固化體基體的物相組成和致密程度密切相關(guān)。因此，本文以粉煤灰、偏高嶺土、NaOH、水玻璃為主要原料

2、制備了地質(zhì)聚合物材料，借助XRD、SEM、MIP、AAS等測(cè)試技術(shù)對(duì)樣品的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、離子浸出率進(jìn)行表征，系統(tǒng)研究了原料組成（包括堿激發(fā)劑的組成、粉料的摻合比、粉料的粒度）和工藝條件（包括低溫養(yǎng)護(hù)制度、高溫水熱合成溫度、成型壓力）對(duì)地質(zhì)聚合物的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響，并將該材料用于固化模擬放射性核素Cs，探索了Cs+在地質(zhì)聚合物基固化體中的浸出機(jī)制。主要結(jié)論如下：
　?。?）通過研究原料組成對(duì)地質(zhì)聚合物孔結(jié)構(gòu)與抗壓強(qiáng)

3、度的影響發(fā)現(xiàn)，水灰比是影響地質(zhì)聚合物孔結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)水灰比恒定時(shí)，堿激發(fā)劑的固含量與模數(shù)、粉料中偏高嶺土與粉煤灰的摻合比、低溫養(yǎng)護(hù)條件的改變對(duì)地質(zhì)聚合物的總孔隙率基本無影響。此外，粉煤灰顆粒的細(xì)化可降低凝膠孔的孔隙率。試樣FF6MF2MK5C1致密性和力學(xué)性能優(yōu)異，養(yǎng)護(hù)28d的孔隙率和抗壓強(qiáng)度分別為11.04％、62.6MPa。各因素對(duì)地質(zhì)聚合物抗壓強(qiáng)度的影響由大到小為偏高嶺土與粉煤灰的摻合比、堿激發(fā)劑的組成和粉煤灰顆粒的細(xì)化。

4、偏高嶺土取代粉煤灰后，可減少未反應(yīng)的粉煤灰顆粒與凝膠相之間的界面缺陷，形成更為連續(xù)的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使抗壓強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。地質(zhì)聚合物抗壓強(qiáng)度與總孔隙率滿足指數(shù)關(guān)系，其中MHS系列地質(zhì)聚合物抗壓強(qiáng)度與總孔隙率滿足Y=844.27exp-8.06X關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.958，F(xiàn)MC系列地質(zhì)聚合物則滿足Y=84.07exp-2.64X關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.96。
　　（2）通過研究制備工藝對(duì)地質(zhì)聚合物孔結(jié)構(gòu)的影響發(fā)現(xiàn)，高溫水熱條件對(duì)地質(zhì)聚合物

5、的孔結(jié)構(gòu)影響顯著。隨著水熱溫度的升高，凝膠相逐漸向NaP1沸石轉(zhuǎn)變，繼而向方沸石相轉(zhuǎn)變，總氣孔率則不斷升高；富方沸石相地質(zhì)聚合物的總孔隙率高達(dá)40.12%。低溫養(yǎng)護(hù)制度和壓制成型方式對(duì)粉煤灰-偏高嶺土基地質(zhì)聚合物的總孔隙率無明顯的影響。采用最佳成型壓力200MPa可制備高強(qiáng)度（>100MPa）地質(zhì)聚合物，試樣PS1的抗壓強(qiáng)度由普通成型的58MPa增至106MPa；摻入樹脂的地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度更是由普通成型的幾個(gè)MPa增加至110MPa

6、。這將為地質(zhì)聚合物固化放射性樹脂提供新的思路。
　?。?）根據(jù)地質(zhì)聚合物固化模擬放射性核素Cs的研究發(fā)現(xiàn)，固化體中原位合成的方沸石、NaP1沸石對(duì)模擬核素Cs的吸附作用顯著優(yōu)于致密固化體對(duì)核素的物理固封作用。富方沸石相地質(zhì)聚合物雖然具有高孔隙率（40.12%），但Cs+在該固化體中42d累計(jì)浸出分?jǐn)?shù)僅為9.9×10-5cm/d。優(yōu)化地質(zhì)聚合物中>50nm的大孔孔隙率，可明顯提高固化體對(duì)模擬核素的物理固封作用。地質(zhì)聚合物固化體中Cs