创新的单步地质聚合物化技术，用于高效回收高反应性的明矾污泥废弃物

《CEMENT & CONCRETE COMPOSITES》：Innovative One-Part Geopolymerisation for Efficient Recovery of Highly Reactive Alum Sludge Waste

　　

雷泽豪|萨拉·帕维亚

摘要

明矾污泥（AS）是饮用水处理过程中的副产品，由于其铝含量高、活性二氧化硅含量低以及相关的相容性问题，难以在水泥基系统中使用。尽管基于明矾污泥的粘合剂和单组分地质聚合物都已被研究过，但将富含铝的明矾污泥纳入单组分地质聚合物中的可行性仍不够明确。在本研究中，将煅烧后的明矾污泥作为反应前驱体，与磨碎的高炉矿渣（GGBS）混合，并用固体硅酸钠和碳酸钠进行活化。系统地探讨了硅酸钠模量（Ms）、Na₂O/Al₂O₃、SiO₂/Al₂O₃比例以及明矾污泥含量对混合物流动性、力学性能和微观结构的影响。结果表明，当活化剂组成设计得当时，可以制备出具有良好工作性能和力学效果的单组分明矾污泥/高炉矿渣地质聚合物。在研究范围内，最佳参数为Ms = 2.0、Na₂O/Al₂O₃ = 1.0和SiO₂/Al₂O₃ = 2.5，此时28天抗压强度可达66.5 MPa。仅用硅酸钠或碳酸钠活化的混合物几乎没有或完全没有强度提升，而两者联合使用则显著改善了工作性能和强度，表明这两种固体活化剂具有互补作用。微观结构分析证实形成了主要由非晶态结合基质组成的体系，其中包含针铁矿和方解石等结晶相，这与C-(N)-A-S-H型反应产物一致。明矾污泥含量的增加降低了最终强度，但降低了抗压强度对混合料配比变化的敏感性。总体而言，本研究表明，强度的发展取决于明矾污泥释放的铝、高炉矿渣提供的钙/硅离子、可溶性硅酸盐的供应以及碳酸盐诱导的相形成的平衡。