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地聚物是硅铝质材料在碱性激发剂的作用下所制备的一种绿色、环保及新型的无机胶凝材料,它主要由晶态或非晶态的硅氧四面体与铝氧四面体三维网络状结构构成;地聚物具有强度高、耐高温、耐腐蚀、防辐射性能好以及较高的重金属固化能力等优点,在机场跑道、核工业、医疗等方面具有广阔的应用前景;地聚物可以取代水泥,减少制备水泥所产生的二氧化碳对环境的污染,非常符合绿色可持续发展的道路。本文以制备具有一定力学性能、防辐射性能和重金属固化能力的碱浸铅锌渣粉地聚物为目的,以碱浸铅锌渣粉和偏高岭土为原材料、硅酸钠溶液和氢氧化钠混合配制碱激发剂,通过碱激发聚合反应制备碱浸铅锌渣粉地聚物;首先通过正交试验研究模数、液灰比及灰砂比对碱浸铅锌渣粉地聚物强度的影响,并进行XRD及SEM表征分析;其次,研究PVA纤维长度及掺量对碱浸铅锌渣粉地聚物力学性能的影响,并进行SEM分析;最后研究碱浸铅锌渣粉掺量及煅烧温度对碱浸铅锌渣粉地聚物的防辐射及浸出毒性的影响。主要得出如下几个结论:(1)力学性能研究通过三因素四水平正交试验分析得出:碱浸铅锌渣粉地聚物的28d抗压强度和抗折强度最大分别为44.49MPa、5.54MPa,最佳配比为复合碱激发剂模数为1.0、液灰比为0.50、灰砂比为0.30时;28d抗压强度高于42.5MPa,说明制备碱浸铅锌渣粉地聚物是可行的。(2)PVA纤维增强碱浸铅锌渣粉地聚物通过单因素试验研究得出:掺加PVA纤维可以明显提高地聚物的抗压强度和抗折强度;当纤维长度为3mm,掺量为0.6%时,碱浸铅锌渣粉地聚物28d抗折强度和抗压强度最大值分别为7.68MPa和50.61MPa,分别比基准组高出63.40%和78.64%;当纤维长度为9 mm,掺量为0.9%时,3d折压比最大值为20.15%,比基准组高出25.39%,早期韧性增强效果显著。(3)防辐射性能不同掺量或不同煅烧温度的碱浸铅锌渣粉所制备的地聚物均具有一定的防辐射性能。γ射线屏蔽效果随着掺量的增加而增加,碱浸铅锌渣粉最优掺量为45%,线性吸收系数和半衰减层厚度最优值分别为0.1822cm-1、3.8025cm。γ射线屏蔽效果随着煅烧温度的增加先降低然后有稍许增加再降低;当煅烧温度为600℃时屏蔽效果最好。(4)浸出毒性碱浸铅锌渣粉地聚物具有较强的重金属固化能力。碱浸铅锌渣粉在5%～45%范围内,金属Pb、Zn的浸出值随着掺量的增加而增加;煅烧温度为800℃时,金属Pb、Zn的浸出值最低,效果最好;碱浸铅锌渣粉地聚物的浸出值均符合标准要求。(5)碱浸铅锌渣粉地聚物聚合机理分析SEM表征分析得出:未掺加PVA纤维的碱浸铅锌渣粉地聚物内部硅铝酸盐凝胶相与砂子结合紧密,密实度比较高,聚合反应比较彻底;掺加PVA纤维的碱浸铅锌渣粉地聚物裂缝及孔隙率均比较低,PVA纤维分布均匀,起到了良好的桥连作用,抗压强度及抗折强度增长率比较高。XRD分析得出:地聚物通过碱激发缩聚反应,生成结构复杂的无机硅铝酸盐无定型胶凝材料,主要生成物为纳沸石(Na2A12Si4O12·7H2O与Na2(Al,Si)9018·8H2O)和复杂网构硅酸盐(NaCa2.5(Si10A116)O32·14H2O),其可能的聚合反应为:① x(SiO2,Al2O3)+Na2SiO3+2NaOH+10CaO+55H2O(?)4NaCa2.5(Si10Al16)O32-14H2O②y(SiO2,Al2O3)+Na2SiO3+2NaOH+7H2O (?) 2Na2(Al,Si)9O18·8H2O③Z(SiO2,Al2O3)+Na2SiO3+2NaOH+6H2O (?)2Na2Al2Si4O12·7H2O(?)