矿物聚合材料是近年来新发展起来的以铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物为主要原料制备的一类新型无机非金属材料,具有硬化快、强度高等优点。本实验以标准砂为骨料,配以高岭土或粉煤灰为粉体原料,经加入碱性混合溶液产生胶凝相,胶结骨料形成矿物聚合材料。本论文分别以煅烧高岭石和粉煤灰两种硅铝质原料制备矿物聚合材料,通过多次正交实验分别确定了利用两种原料制备矿物聚合材料的优化工艺条件。以煅烧高岭土为原料,石英砂为骨料,采用振动成型方法,在60℃下固化养护24h,制备的矿物聚合材料的7d饱水抗压强度为47.00MPa。以粉煤灰为粉体原料,标准砂为骨料,采用振动成型方法,在90℃下固化养护24h,制备了矿物聚合材料。实验结果显示:利用粉煤灰制备的矿物聚合材料制品的7d饱水抗压强度达75.40MPa,28d饱水抗压强度达89.54MPa;制品的含水率和吸水率分别为5.3%和15.0%;在20℃下,制品在浓度为1.0mol/L的硫酸溶液中浸泡24h,其质量损失率为2.13%。以制品的抗压强度为指标,研究了养护条件、配料中添加少量CaO、硅酸钠水玻璃含量、标准砂用量、固液质量比等因素对制品力学性能的影响。结果表明:在干燥的养护条件下制品抗压强度最高;添加少量CaO制品的饱水抗压强度显著提高;硅酸钠水玻璃在液相中的比例约为70%,且标准砂占固相的比例为70%左右时,可制得力学性能良好的矿物聚合材料;固液质量比影响混合砂浆的粘度,对制品的气孔率、原料分散均匀程度都具有显著影响。制品的显微结构分析表明矿物聚合材料的基体相为非晶质凝胶相,基体相与石英砂骨料之间结合紧密。从样品破坏的自然断面上可以看出石英砂颗粒破碎,表明石英砂和基体相之间的结合强度很大。矿物聚合材料的固结过程为:硅铝质原料在碱硅酸盐溶液中先分解为铝硅酸盐低聚体,低聚体再通过脱羟基聚合反应生成铝硅酸盐胶体相,进一步形成由[SiO4]4-和[AlO4]5-四面体相互连接的具有三维网络结构的矿物聚合材料基体相,从而赋予制品良好的力学性能。