《工程科学学报》录用稿，htps:/doi.org/10.13374/i,issn2095-9389.2021.05.28.004©北京科技大学2020 凝灰岩石粉制备胶凝材料及激发剂模数对抗 压强度的影响 于子豪12)，张彤炜12四，张彤文2)，雷榕)，邓永锋) 1)兰州大学西部灾害与环境力学教有部重点实验室，甘肃兰州730000 2)兰州大学土木工程与力学学院，甘肃兰州730000 3)甘肃华建新材料股份有限公司，甘肃天水741020 4)东南大学交通学院岩土工程研究所，江苏，南京，211189 ☒通信作者，E-mail:ztw@Izu.edu.cn. 摘要为促进凝灰岩固体废弃物的有效利用，该文提出一种凝灰岩石粉胶凝材料的制备方法，并通过抗压 强度测试、pH值测定、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射分析，(XRD入和傅里叶变换 红外光谱(FTIR)等表征，探讨了激发剂模数(n(SiO)/nNaO)对抗压强度的影响规律及相关机理。结 果表明，激发剂模数为0.042~0.055时，试样的28天最大抗压强度达到7133M。随着激发剂模数的降低， 颗粒表面的溶解程度提高，生成的硅铝酸盐增加，使抗压强度提高，但当模数低最优值后，孔隙直径增 大，石粉颗粒表面的粘结面积减小，造成强度降低。当激发剂模数为0.0890.150和0.0340.055时，抗压 强度发展分别主要在3天~7天之间和7天~14天之间，与试样浸出液的值变化有较好对应关系。因为碱 激发反应过程大量消耗OH,强度上升：而过高的OH浓度可能使产物重新解聚，以及片层颗粒间一端静 电斥力的增大使颗粒趋向点-面接触，引起强度的下降。 关键词：天然凝灰岩石粉，激发剂模数，力学性能，微观结构，强度发展机理 分类号：TU526 Preparation of a tuff polymer and the mechanism of alkaline solution influences on compressive strengths YU Zihao2),ZHANG Tongwei2),ZHANG Tongwen'2),LEI Rong,DENG Yongfeng) 1)Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China,MOE,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China 2)College of Civil Engineering and Mechanics;Lanzhou University,Lanzhou 730000,China 3)Gansu huajian New Materials Company Lamited,Tianshui 741020,China 4)Institute of Geotechnical Engineering.School of Transportation,Southeast University,Nanjing 211189,China.) ABSTRACT To promote the effective utilization of tuff powder waste,a preparing method of a tuff polymer was proposed in this paper.The raw material is the by-product in the process of machine-made tuff-based aggregate production.The NaOl and NaSiO,were added to the raw material successively,and cured in airtight condition at 60C Comparing to the production of Portland cement,higher temperature excitation was not necessary and lower carbon dioxide emissions during chemical reaction were achieved.Based on the compressive strength,pl yalue,scanning electron microscopy (SEM),X-ray energy dispersive spectrometer (EDS),X-ray diffraction (XRD)spectrogram and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)tests on samples with a variety modulus(n(Si:)/n(NazO))of activator,the mechanism of modulus of activator influences on the compressive strengths of this tuff polymer were investigated.Firstly,a superior mechanical performance was indicated in this work.The results showed that the optimum modulus were 0.042~0.055 at the range of 0.034~0.150,and the corresponding maximum strength of the tuff powder was 71.33 MPa.Secondly,the comprehensive microscopic characterization proved the mechanism of strength development.The results of microscopic characterization showed that the alkali activator mainly acted with the surface of tuff powder particles.With the decrease of modulus of activator,the dissolution extent of the particles increased,and more aluminosilicate were produced, 收稿日期：2021-05-28 基金项目：国家自然科学基金委专项项目(42041006)，国家重点研发计划(2019YFC1806004),甘肃 省自然科学基金(20JR5RA259),中国博士后科学基金面上资助二等(2019M653791),中 央高校基本科研业务费专项资金(1 zujbky--2020-pd08)
凝灰岩石粉制备胶凝材料及激发剂模数对抗 压强度的影响 于子豪 1,2)，张彤炜 1,2) ，张彤文 1,2)，雷榕 3)，邓永锋 4) 1）兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室，甘肃 兰州 730000 2）兰州大学土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000 3）甘肃华建新材料股份有限公司，甘肃 天水 741020 4）东南大学交通学院岩土工程研究所，江苏，南京，211189 通信作者, E-mail: ztw@lzu.edu.cn. 摘要 为促进凝灰岩固体废弃物的有效利用，该文提出一种凝灰岩石粉胶凝材料的制备方法，并通过抗压 强度测试、pH 值测定、扫描电镜（SEM）、X 射线能谱仪（EDS）、X 射线衍射分析（XRD）和傅里叶变换 红外光谱（FTIR）等表征，探讨了激发剂模数（n(SiO2)/ n(Na2O)）对抗压强度的影响规律及相关机理。结 果表明，激发剂模数为 0.042~0.055 时，试样的 28 天最大抗压强度达到 71.33 MPa。随着激发剂模数的降低， 颗粒表面的溶解程度提高，生成的硅铝酸盐增加，使抗压强度提高，但当模数低于最优值后，孔隙直径增 大，石粉颗粒表面的粘结面积减小，造成强度降低。当激发剂模数为 0.080~0.150 和 0.034~0.055 时，抗压 强度发展分别主要在 3 天~7 天之间和 7 天~14 天之间，与试样浸出液的 pH 值变化有较好对应关系。因为碱 激发反应过程大量消耗 OH-，强度上升；而过高的 OH-浓度可能使产物重新解聚，以及片层颗粒间一端静 电斥力的增大使颗粒趋向点-面接触，引起强度的下降。 关键词：天然凝灰岩石粉，激发剂模数，力学性能，微观结构，强度发展机理 分类号：[TU526] Preparation of a tuff polymer and the mechanism of alkaline solution influences on compressive strengths YU Zihao1,2) , ZHANG Tongwei1,2) , ZHANG Tongwen1,2) , LEI Rong3) , DENG Yongfeng4) 1) Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China, MOE, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China 2) College of Civil Engineering and Mechanics, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China 3) Gansu huajian New Materials Company Limited, Tianshui 741020, China 4) Institute of Geotechnical Engineering, School of Transportation, Southeast University, Nanjing 211189, China.) ABSTRACT To promote the effective utilization of tuff powder waste，a preparing method of a tuff polymer was proposed in this paper. The raw material is the by-product in the process of machine-made tuff-based aggregate production. The NaOH and Na2SiO3 were added to the raw material successively, and cured in airtight condition at 60 ℃. Comparing to the production of Portland cement, higher temperature excitation was not necessary and lower carbon dioxide emissions during chemical reaction were achieved. Based on the compressive strength, pH value, scanning electron microscopy (SEM), X-ray energy dispersive spectrometer (EDS), X-ray diffraction (XRD) spectrogram and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) tests on samples with a variety modulus (n(SiO2)/ n(Na2O)) of activator, the mechanism of modulus of activator influences on the compressive strengths of this tuff polymer were investigated. Firstly, a superior mechanical performance was indicated in this work. The results showed that the optimum modulus were 0.042~0.055 at the range of 0.034~0.150, and the corresponding maximum strength of the tuff powder was 71.33 MPa. Secondly, the comprehensive microscopic characterization proved the mechanism of strength development. The results of microscopic characterization showed that the alkali activator mainly acted with the surface of tuff powder particles. With the decrease of modulus of activator, the dissolution extent of the particles increased, and more aluminosilicate were produced, 收稿日期：2021-05-28 基金项目：国家自然科学基金委专项项目（42041006），国家重点研发计划（2019YFC1806004），甘肃 省自然科学基金（20JR5RA259），中国博士后科学基金面上资助二等（2019M653791）， 中 央高校基本科研业务费专项资金（lzujbky-2020-pd08）。 《工程科学学报》录用稿，https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.28.004 ©北京科技大学 2020 录用稿件，非最终出版稿
which resulted in the strength development.When its modulus below the optimum value,the defects such as pores diameter increased,and the contacting area of the polymer on the surface of the tuff particles decreased,resulting in a strength deterioration.When the modulus of activator were 0.150 and 0.080,the strength development occurred between 3 days and 7 days.When the modulus of activator were 0.050,0.042 and 0.034,the strength development mainly occurred between 7 days and 14 days.The pH value variety of the leaching solution generally corresponded to the strength development.The strengths increased being attributed to the consumption of OH'in the polymerization and polycondensation stages.While,too high pH may result in that the production in the polymerization and polycondensation stages were depolymerized,and the electrostatic repulsion increased,thus the strengths of tuff polymer reduced KEY WORDS Tuff powder:Activator modulus:Compressive strength:Microstructure characterization: Mechanism of strength development 干法生产机制砂石需要经过分级破碎、筛分等工序，过程中会产尘机制砂石总质量 约20%的石粉四。广泛分布在黄河流域的凝灰岩，已成为该地区机制砂炻的重要原材料引。 所以，在该地区每年会因为生产机制砂石产生大量的凝灰岩石粉，其大多通过真空集尘装 置收集山。收集的凝灰岩石粉粒形为尖锐的片状，粒径小天机制砂的最小粒径(0.15 m)，并掺杂了黏土颗粒，若用于制备混凝土，则会因吸附减水剂和不规则的粒形影响 混凝土的和易性4，。石粉的堆存又会造成大气、士壤、水源等环境污染，目前尚缺少有效的 再利用方法。 国内外的众多学者在研究中发现，粉煤灰、高炉们渣等许多硅铝含量高的固体废弃物 可以通过碱激发的方式制备地聚合物(Geopolymer,该方法为凝灰岩石粉的二次利用提 供了参考。目前，己经对不同地聚合物材料的活健激发方法、养护条件和材料性能等方面展 开了研究。研究对象包括：治金、发电等业副产品（如粉煤灰、硅灰和高炉矿渣等）、矿山 开采废料（岩石碎屑、粉末）、天然火山灰和腰烧黏土（偏高岭土）。Shi和Robert(2O01) 研究并比较了机械、热处理、化学激发三种激发天然火山灰活性的方法，发现化学激发方法 在效果、花费和可行性皆为最优阿。张云升等人(2008)以偏高岭土为原材料制备地聚合物， 发现n(SiO2)/n(AlzO3)=4.5、nNaQ)/nl2O3)=0.8、n(H,O)/nNaO)=5.0时性能最优，并建立 了其分子结构模型。Oh笔XQ10)研究了高炉矿渣和粉煤灰基地聚合物的强度和结晶 相的发展，发现在碱激发矿渣水泥和粉煤灰基水泥中均形成了水滑石。Dali等人(201) 研究了激发剂种类、式和用量对碱激发天然火山灰强度的影响，发现KOH比NaOH溶液 具有更好的激发效果。在60℃条件和激发剂模数为2.1时，得到地聚合物强度最高。施惠 生等人(2013对碱组分、硅铝组分、钙组分和水在粉煤灰基地聚合反应中的作用进行综述 o。Cheng等义315)研究了SiO2/Na,O摩尔比对碱激发偏高岭土的影响，发现最佳 SiO,Na0摩尔比为1.93u。Ikmal Hakem等人(2020)研究了碱激发矿渣在 800~1200C下的微观结构和孔隙演化，发现在高温环境下孔隙和晶相的演变引起内部应 变的发展2。Katrijn等人(2020)研究了NaOH用量对疏酸盐碱激发高炉矿渣和磷石膏 水化过程、矿物成分、孔隙率和强度的影响13引。Aleksandar等人(2020)使用铝酸盐对天然 斜发沸石地聚合物的性能作了优化，将其强度最大提升了接近3倍，生成物更加稳定并且 减少了材料的收缩率141。郭晓潞等人(2020)发现3D打印粉煤灰基地聚合物的流变性能随 着硅酸镁铝外加剂掺量的增加而增加，且随着静置时间呈现增长趋势阿。杨凯等人 (2021)研究了矿渣/偏高岭土复合胶凝材料的干燥收缩机理，发现过高碱当量与过长高 温养护时间会降低干缩16)。但是，凝灰岩是一种火山碎屑岩，由火山喷出后的火山灰和砂 胶结而成，其破碎过程中产生的粉末在矿物组成、形成过程等方面，与目前已开展大量研 究的地聚合物材料不同，其能否通过碱激发的方法形成聚合物胶凝材料，相关研究较少
which resulted in the strength development. When its modulus below the optimum value, the defects such as pores diameter increased, and the contacting area of the polymer on the surface of the tuff particles decreased, resulting in a strength deterioration. When the modulus of activator were 0.150 and 0.080, the strength development occurred between 3 days and 7 days. When the modulus of activator were 0.050, 0.042 and 0.034, the strength development mainly occurred between 7 days and 14 days. The pH value variety of the leaching solution generally corresponded to the strength development. The strengths increased being attributed to the consumption of OH- in the polymerization and polycondensation stages. While, too high pH may result in that the production in the polymerization and polycondensation stages were depolymerized, and the electrostatic repulsion increased, thus the strengths of tuff polymer reduced. KEY WORDS Tuff powder; Activator modulus; Compressive strength; Microstructure characterization; Mechanism of strength development 干法生产机制砂石需要经过分级破碎、筛分等工序，过程中会产生占机制砂石总质量 约 20%的石粉[1]。广泛分布在黄河流域的凝灰岩，已成为该地区机制砂石的重要原材料[2, 3]。 所以，在该地区每年会因为生产机制砂石产生大量的凝灰岩石粉，其大多通过真空集尘装 置收集[1]。收集的凝灰岩石粉粒形为尖锐的片状，粒径小于机制砂的最小粒径（0.15 mm），并掺杂了黏土颗粒，若用于制备混凝土，则会因吸附减水剂和不规则的粒形影响 混凝土的和易性[4, 5]。石粉的堆存又会造成大气、土壤、水源等环境污染，目前尚缺少有效的 再利用方法。 国内外的众多学者在研究中发现，粉煤灰、高炉矿渣等许多硅铝含量高的固体废弃物 可以通过碱激发的方式制备地聚合物（Geopolymer），该方法为凝灰岩石粉的二次利用提 供了参考。目前，已经对不同地聚合物材料的活性激发方法、养护条件和材料性能等方面展 开了研究。研究对象包括：冶金、发电等工业副产品（如粉煤灰、硅灰和高炉矿渣等）、矿山 开采废料（岩石碎屑、粉末）、天然火山灰和煅烧黏土（偏高岭土）。Shi 和 Robert（2001） 研究并比较了机械、热处理、化学激发三种激发天然火山灰活性的方法，发现化学激发方法 在效果、花费和可行性皆为最优[6]。张云升等人（2008）以偏高岭土为原材料制备地聚合物， 发现 n(SiO2)/ n(Al2O3)=4.5、n(Na2O)/ n(Al2O3)=0.8、n(H2O)/ n(Na2O)=5.0 时性能最优，并建立 了其分子结构模型[7]。Oh 等人（2010）研究了高炉矿渣和粉煤灰基地聚合物的强度和结晶 相的发展，发现在碱激发矿渣水泥和粉煤灰基水泥中均形成了水滑石[8]。Dali 等人（2011） 研究了激发剂种类、方式和用量对碱激发天然火山灰强度的影响，发现 KOH 比 NaOH 溶液 具有更好的激发效果。在 60℃条件和激发剂模数为 2.1 时，得到地聚合物强度最高[9]。施惠 生等人（2013）对碱组分、硅铝组分、钙组分和水在粉煤灰基地聚合反应中的作用进行综述 [10]。Cheng 等人（2015）研究了 SiO2/Na2O 摩尔比对碱激发偏高岭土的影响，发现最佳 SiO2/Na2O 摩 尔 比 为 1.93[11] 。 Ikmal Hakem 等 人 （ 2020 ） 研 究 了 碱 激 发 矿 渣 在 800~1200℃下的微观结构和孔隙演化，发现在高温环境下孔隙和晶相的演变引起内部应 变的发展[12]。Katrijn 等人（2020）研究了 NaOH 用量对硫酸盐碱激发高炉矿渣和磷石膏 水化过程、矿物成分、孔隙率和强度的影响[13]。Aleksandar 等人（2020）使用铝酸盐对天然 斜发沸石地聚合物的性能作了优化，将其强度最大提升了接近 3 倍，生成物更加稳定并且 减少了材料的收缩率[14]。郭晓潞等人（2020）发现 3D 打印粉煤灰基地聚合物的流变性能随 着硅酸镁铝外加剂掺量的增加而增加，且随着静置时间呈现增长趋势 [15]。杨凯等人 （2021）研究了矿渣/偏高岭土复合胶凝材料的干燥收缩机理，发现过高碱当量与过长高 温养护时间会降低干缩[16]。但是，凝灰岩是一种火山碎屑岩，由火山喷出后的火山灰和砂 胶结而成，其破碎过程中产生的粉末在矿物组成、形成过程等方面，与目前已开展大量研 究的地聚合物材料不同，其能否通过碱激发的方法形成聚合物胶凝材料，相关研究较少。 录用稿件，非最终出版稿
本研究以甘肃天水地区的凝灰岩石粉为原料，采用NaOH和NazSiO3溶液激发并60℃ 密闭养护的方法制备胶凝材料，围绕激发剂模数(n(SiO2)/nNaO))对硬化浆体强度的影 响规律，开展了不同龄期的抗压强度试验，并根据扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪 (EDS)、X射线衍射分析(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)的表征，以及反应过 程的pH值测试结果，阐释了力学性能的演化机理。研究成果有利于凝灰岩固体废弃物的有 效利用，并为地聚合物材料的研究提供基础数据和理论支撑。 1试验 1.1原材料 Differential Cumulative 稿 100 60 20 0 10 Particle size(um) 图1凝灰岩石粉的粒径分布 Fig.I The particle size distribution ef tuff powder 表1凝灰岩石粉的氧化物成分 Table 1 The oxide composition of tuff powder Chemical composition Fe2O; SiO2 Al:O;Mgo Cao NaO K2O Others Mass fraction/% 1.58 99211.510.351.003.894.816.94 表2 不同试样的碱减发剂组成 Table 2 The concentrations and dosages of activators in samples NaSiO,solution Modulus Mix ID Concentration /M Dosage/ml Concentration/M Dosage/ml [n(SiO2/n(Na2O)] 2 5M 250 150.00 1.64 20.00 0.150 5.00 150.00 1.64 20.00 0.080 7.50 150.00 1.64 20.00 0.055 IOM 10.00 150.00 1.64 20.00 0.042 12.5M 12.50 150.00 1.64 20.00 0.034
本研究以甘肃天水地区的凝灰岩石粉为原料，采用 NaOH 和 Na2SiO3溶液激发并 60℃ 密闭养护的方法制备胶凝材料，围绕激发剂模数（n(SiO2)/ n(Na2O)）对硬化浆体强度的影 响规律，开展了不同龄期的抗压强度试验，并根据扫描电镜（SEM）、X 射线能谱仪 （EDS）、X 射线衍射分析（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）的表征，以及反应过 程的 pH 值测试结果，阐释了力学性能的演化机理。研究成果有利于凝灰岩固体废弃物的有 效利用，并为地聚合物材料的研究提供基础数据和理论支撑。 1 试验 1.1原材料 0.1 1 10 100 1000 0 1 2 3 4 5 Differential distribution/% Particle size (m) Differential 0 20 40 60 80 100 Cumulative Cumulative distribution/% 图 1 凝灰岩石粉的粒径分布 Fig.1 The particle size distribution of tuff powder 表 1 凝灰岩石粉的氧化物成分 Table 1 The oxide composition of tuff powder Chemical composition Fe2O3 SiO2 Al2O3 MgO CaO Na2O K2O Others Mass fraction / % 1.58 69.92 11.51 0.35 1.00 3.89 4.81 6.94 表 2 不同试样的碱激发剂组成 Table 2 The concentrations and dosages of activators in samples Mix ID NaOH solution Na2SiO3 solution Modulus Concentration /M Dosage/ml Concentration /M Dosage/ml [n(SiO2)/ n(Na2O)] 2.5M 2.50 150.00 1.64 20.00 0.150 5M 5.00 150.00 1.64 20.00 0.080 7.5M 7.50 150.00 1.64 20.00 0.055 10M 10.00 150.00 1.64 20.00 0.042 录用稿件，非最终出版稿 12.5M 12.50 150.00 1.64 20.00 0.034
63.DK EDS Spot 1 3m 210m 7.0x 1Oum 36264 D.000 keV EDS Spot 2 EDS Spot 3 8K 7 72 33K 》是不u 3 米 60 259 Det ctane Ultra De 260 终 rtz,syn-SiO. :Orthoclase-K[AlSi,Ol Albite,calcian,ordered-Na[AlSiO Kusu3ju M:Microcline,intermediate-K[AlSi;Ox] 0,M ee O.A,M Q Characteristic peak sition of mixture 10 20 30 35 40 50 55 60(20) 图3凝灰岩石粉的XRD分析 Xray diffraction patterns of tuff powder 录用稿代 96 1036 40003600320028002400200016001200800400 Wavenumber/cm 图4凝灰岩石粉的FTR图谱 Fig.4 FTIR patterns of tuff powder 试验材料取自甘肃天水地区凝灰岩机制砂矿山，天然凝灰岩的标准抗压强度为170 MPa。采用氮气吸附法(BET)测得凝灰岩石粉的比表面积为1164.4mg。采用X射线荧 光光谱分析(XRF)对其进行氧化物成分分析，结果见表1，其中SiO2,Al2O3和F2O3的和 为83.01%。采用激光粒度仪测定其粒径分布，结果见图1，凝灰岩石粉的平均粒径为17.3
图 2 凝灰岩石粉的 SEM 照片和 EDS 能谱 Fig.2 The SEM images and EDS energy spectrum of tuff powder Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q A A O,A M O,A,M O,A AO,A O,A,M M O,A,M O,A,M Q : Quartz,syn-SiO2 O : Orthoclase-K[AlSi3O8 ] A : Albite,calcian,ordered-Na[AlSi3O8 ] M : Microcline,intermediate-K[AlSi3O8 ] Characteristic peak position of mixture O 图 3 凝灰岩石粉的 XRD 分析 Fig.3 X-ray diffraction patterns of tuff powder 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 463 589 779 3430 1036 Wavenumber/cm-1 图 4 凝灰岩石粉的 FTIR 图谱 Fig.4 FTIR patterns of tuff powder 试验材料取自甘肃天水地区凝灰岩机制砂矿山，天然凝灰岩的标准抗压强度为 170 MPa。采用氮气吸附法（BET）测得凝灰岩石粉的比表面积为 1 164.4 m2 /kg。采用 X 射线荧 光光谱分析（XRF）对其进行氧化物成分分析，结果见表 1，其中 SiO2, Al2O3和 Fe2O3的和 为 83.01 %。采用激光粒度仪测定其粒径分布，结果见图 1，凝灰岩石粉的平均粒径为 17.3 录用稿件，非最终出版稿
um,粒径分布范围为0.5m~210um。试样的激发剂(NaOH和Na2SiO3)的模数(n(SiO2)/ nNa2O)以及各组成成分见表2，本研究通过改变NaOH的掺量来改变激发剂的模数。由 于采用较高的NaOH浓度，因此本文选用的模数(n(SiO2)/nNa2O))较低。试验中所使用的 溶液均采用分析纯与去离子水配制而成。凝灰岩石粉的SEM照片及相应点的EDS能谱， XRD谱图和FTIR图谱分别如图2，图3和图4所示，可以看出，凝灰岩主要由石英，正长 石，钠长石，微斜长石四种晶体组成，晶体内部主要是Si,A1和O形成的共价键，且Si-O 共价键占大多数，粒形为不规则片状。 1.2试样制备 首先，取500g凝灰岩石粉加入l50mL不同浓度的NaOH溶液，先低速搅拌3分钟， 再高速搅拌2分钟，然后停止搅拌。10分钟后加入20mL同一浓度的Na2SiO3溶液，低速搅 拌3分钟，再高速搅拌2分钟。然后将浆体倒入边长20mm的立方体硅胶武模中，在振动 台上震动3分钟以上，排出浆体中的气泡。抹平后，放入60℃烘箱中养换2小时，对试样 进行脱模。将试样置于培养皿中封闭，放回60℃烘箱中继续养护，分别3天，7天，14 天，28天取出试样进行抗压强度测试。 将抗压强度试验后试样的碎片进行60秒的喷金镀膜，作为SM和EDS的样品。另取 部分碎片，使用矿石粉碎球磨机将试样破碎成0.9mm~0.074mm的不均匀粉末，然后置于 60C的鼓风干燥箱中烘干至恒重后，用振动磨继续研磨30秒，得到用于XRD,FTIR和 pH测定的粉末。 1.3测试方法 为深究激发剂模数对硬化浆体强度的影响，将 中A1~A5试样养护3、7、14、28天后， 依据ASTM C109规范进行单轴抗压强度测试，试验值取每组3个试件的平均值m。 采用美国麦克仪器公司ASAP202OM型物理吸附仪对凝灰岩石粉的比表面积进行测试， 主要基于氮气吸附法，即将烘干脱气处理后的样品置于液氮中，由覆满粉体表面所需气体 分子的值换算出粉体比表面积。 采用美国赛默飞公司Apreo S SEM扫描电子显微镜和能谱仪，观察凝灰岩石粉以及碱 激发28天后试样的形貌特征，并结合EDS能谱分析以上材料在特定区域的元素组成。 采用荷兰帕纳科公司EMPYREAN X射线衍射分析仪，测试凝灰岩石粉以及碱激发28 天后生成物的物相组成，实验采用Cu靶辐射，电压45kV,电流40mA,步长为0.04°，扫 描范围为5~45°。 采用德国Bruker公司S66vs型红外光谱仪，对碱激发28天后生成物的化学结构和 基团特征谱带进分测试扫描范围4000~400cm'。 另外，将不涧龄期的聚合物粉末与水按1：10的质量比混合，振荡均匀后置于HY4B 调速多用振荡器上以200转/分钟的频率振荡，24小时后将混合液用高速离心机以6000转/ 分钟的转速离心20分钟，取离心后的上清液，然后采用上海科电仪器公司生产的PH$-3E 型pH计对不同龄期试样浸出液的pH进行测定，探讨浸出液的pH值对试样强度的影响。 2结果及分析 2.1Na0H浓度对抗压强度的影响
μm，粒径分布范围为 0.5 μm ~210 μm。试样的激发剂（NaOH 和 Na2SiO3）的模数（n(SiO2)/ n(Na2O)）以及各组成成分见表 2，本研究通过改变 NaOH 的掺量来改变激发剂的模数。由 于采用较高的 NaOH 浓度，因此本文选用的模数（n(SiO2)/ n(Na2O)）较低。试验中所使用的 溶液均采用分析纯与去离子水配制而成。凝灰岩石粉的 SEM 照片及相应点的 EDS 能谱， XRD 谱图和 FTIR 图谱分别如图 2，图 3 和图 4 所示，可以看出，凝灰岩主要由石英，正长 石，钠长石，微斜长石四种晶体组成，晶体内部主要是 Si，Al 和 O 形成的共价键，且 Si-O 共价键占大多数，粒形为不规则片状。 1.2试样制备 首先，取 500 g 凝灰岩石粉加入 150 mL 不同浓度的 NaOH 溶液，先低速搅拌 3 分钟， 再高速搅拌 2 分钟，然后停止搅拌。10 分钟后加入 20 mL 同一浓度的 Na2SiO3溶液，低速搅 拌 3 分钟，再高速搅拌 2 分钟。然后将浆体倒入边长 20 mm 的立方体硅胶试模中，在振动 台上震动 3 分钟以上，排出浆体中的气泡。抹平后，放入 60 ℃烘箱中养护 2 小时，对试样 进行脱模。将试样置于培养皿中封闭，放回 60 ℃烘箱中继续养护，分别于 3 天，7 天，14 天，28 天取出试样进行抗压强度测试。 将抗压强度试验后试样的碎片进行 60 秒的喷金镀膜，作为 SEM 和 EDS 的样品。另取 部分碎片，使用矿石粉碎球磨机将试样破碎成 0.9 mm~0.074 mm 的不均匀粉末，然后置于 60℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重后，用振动磨继续研磨 30 秒，得到用于 XRD，FTIR 和 pH 测定的粉末。 1.3测试方法 为探究激发剂模数对硬化浆体强度的影响，将表 1 中 A1~A5 试样养护 3、7、14、28 天后， 依据 ASTM C109 规范进行单轴抗压强度测试，试验值取每组 3 个试件的平均值[17]。 采用美国麦克仪器公司 ASAP 2020M 型物理吸附仪对凝灰岩石粉的比表面积进行测试， 主要基于氮气吸附法，即将烘干脱气处理后的样品置于液氮中，由覆满粉体表面所需气体 分子的值换算出粉体比表面积[18]。 采用美国赛默飞公司 Apreo S SEM 扫描电子显微镜和能谱仪，观察凝灰岩石粉以及碱 激发 28 天后试样的形貌特征，并结合 EDS 能谱分析以上材料在特定区域的元素组成。 采用荷兰帕纳科公司 EMPYREAN X 射线衍射分析仪，测试凝灰岩石粉以及碱激发 28 天后生成物的物相组成，实验采用 Cu 靶辐射，电压 45 kV，电流 40 mA，步长为 0.04°，扫 描范围为 5~45°。 采用德国 Bruker 公司 IFS 66v/s 型红外光谱仪，对碱激发 28 天后生成物的化学结构和 基团特征谱带进行测试，扫描范围 4000 ~ 400 cm-1。 另外，将不同龄期的聚合物粉末与水按 1：10 的质量比混合，振荡均匀后置于 HY-4B 调速多用振荡器上以 200 转/分钟的频率振荡，24 小时后将混合液用高速离心机以 6000 转/ 分钟的转速离心 20 分钟，取离心后的上清液，然后采用上海科电仪器公司生产的 PHS-3E 型 pH 计，对不同龄期试样浸出液的 pH 进行测定，探讨浸出液的 pH 值对试样强度的影响。 2 结果及分析 2.1NaOH 浓度对抗压强度的影响 录用稿件，非最终出版稿