地聚合物中Mg-Al插层材料的形成及其抑制碳化侵蚀的作用机理

The geopolymers, as high alkaline-inorganic binders, present a high susceptibility to severe carbonation in atmospheric CO2 environment. This is one of the major problems for restricting engineering application of the geopolymers. Based on ion-exchange characteristics of layered double hydroxides, this project utilizes high magnesium non-ferrous metal slag and aluminate-bearing fly ash to induce the nucleation/crystallization of Mg-Al hydrotalcites in the alkali-activation, which act as CO32- sorbent to restrain carbonation of the geopolymers. The nucleation/crystallization mechanisms of the hydrotalcites in the geopolymers are studied through a method of thermokinetics. The microscopic essence and working rule of CO32- solidification in the hydrotalcites are investigated through a method of adsorption kinetics. This work will develop a new method of mitigating carbonation of the geopolymers, and a theory reference for high-efficiency utilization of the high magnesium slag in geopolymer production. This research is available for plenty of theory and application values.

地聚合物属于强碱体系无机胶凝材料，易与环境中的CO2反应，引发严重的碳化侵蚀，这成为制约其工程化应用的重要问题之一。本项目基于插层材料具有的离子交换能力，充分利用有色金属冶金废渣镁质组分高的特性，并结合粉煤灰提供的铝质组分，在碱激发剂作用下诱发成核晶化反应，生成Mg-Al型插层材料，交换吸附地聚合物基体中因碳化作用而形成的CO32-，抑制碳化侵蚀。通过Mg-Al插层材料的成核晶化机制研究，从热动力学角度探明地聚合物中镁、铝质组分生成插层材料的反应机理；从吸附平衡动力学角度揭示插层材料固化CO32-的微观本质和作用规律。项目成果的取得可为地聚合物抗碳化性能的改善提供新方法，同时为促进富镁废渣的高值化利用提供技术支持，研究工作具有重要的理论和应用价值。

地聚合物属于强碱体系无机胶凝材料，易与环境中的CO2反应，引发严重的碳化侵蚀，这成为制约其工程化应用的重要问题之一。本项目基于插层材料具有的离子交换能力，充分利用有色金属冶金废渣镁质组分高的特性，并结合粉煤灰提供的铝质组分，在碱激发剂作用下诱发成核晶化反应，生成Mg-Al型插层材料，交换吸附地聚合物基体中因碳化作用而形成的CO32-，抑制碳化侵蚀。通过Mg-Al插层材料的成核晶化机制研究，从热动力学角度探明地聚合物中镁、铝质组分生成插层材料的反应机理；从吸附平衡动力学角度揭示插层材料固化CO32-的微观本质和作用规律。地聚合物中Mg-Al插层材料的生成同时有助于固化Cl-离子和Pb2+、Cu2+和Cr3+等其他重金属离子。项目开发了一种绿色环保的一步法碳酸钠激发地聚合物制品及其配套无机分散剂。研究了富镁镍渣细骨料在地聚合物中的碱-硅酸反应。项目成果的取得可为地聚合物抗碳化性能的改善提供新方法，同时为促进富镁废渣的高值化利用提供技术支持，研究工作具有重要的理论和应用价值。