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粉煤灰是火力发电厂燃煤产生的固体废物，是我国大宗固体废物之一。大量堆积存放的粉煤灰不仅占用了我国本来就很稀缺的耕地资源，从中浸出的有毒有害元素还会造成局部地下及地表水的污染，同时随风飘起的细颗粒还极易导致局部的空气污染。因此，研究粉煤灰综合利用的新方法和新途径是我国当前所面临的重要环境课题之一。地质聚合物是最近几十年发展起来的粉煤灰综合利用新技术之一。由于其是一种“绿色”胶凝材料，地质聚合物被公认为是传统高污染水泥及混凝土材料的替代品，具有很广阔的应用前景。但是，目前对于地质聚合物材料反应机理的研究仍处于理论阶段，尚无成熟的动力学方程和机理提出。本论文的研究目标为在充分研究粉煤灰与强碱反应体系影响因素的基础上，提出适用于该反应体系的动力学方程及各阶段动力学参数，初步揭示粉煤灰基地质聚合物的反应机理，为粉煤灰地质聚合物反应机理的深入研究提供理论指导。本论文的主要研究内容及结论包括如下几个方面: 一、粉煤灰样品的理化性能 本文通过XRF、XRD、FT-IR及SEM等测试手段对粉煤灰样品的化学成分、矿物相、特征基团、微观形貌及成分等进行了全面的分析。结果表明:所有粉煤灰样品均属于F类粉煤灰，粉煤灰样品中均存在较多的玻璃态物质，晶体矿物相以石英和莫来石为主，部分样品含有少量的磁赤铁矿。样品的微观颗粒主要由玻璃体残渣、实心球型玻璃微珠以及“子母”微珠组成。 二、粉煤灰碱浸出体系下的反应影响因素 本文在碱浸出反应体系下，研究了反应时间、反应温度以及粉煤灰性质对反应过程的影响，结果表明:粉煤灰在碱浸出条件下的反应过程是典型的降速反应过程且对温度非常敏感。反应过程中形成并沉积在粉煤灰颗粒表面的晶体矿物相Linde TypeF(K)和硅铝胶状物质是阻碍反应进行的因素之一。Linde Type F(K)可以在20℃至75℃的温度范围内和5M至10M的碱浓度范围内形成，升高温度可以在缩短形成所需时间的同时提高形成的量。碱浓度对粉煤灰反应速率的提升作用主要体现在从1M增加到5M的过程当中。粒度较小的粉煤灰样品具有较高的反应速率，其反应产物中Linde Type F(K)的含量也较高。 三、碱浸出体系下的反应动力学 本论文以实验数据为基础，对粉煤灰在强碱性条件下的反应动力学进行了研究。结果表明:粉煤灰在强碱溶液中的反应过程主要分为表面反应阶段，早期扩散阶段和中后期扩散阶段。温度的升高可以提高每个反应阶段的反应速率常数并缩短该阶段反应时长。粒度较小的粉煤灰其各个阶段的反应速率常数较大。表面反应阶段的反应活化能为约102kJ/mol，初期扩散阶段的扩散活化能为60kJ/mol至66kJ/mol。碱溶液浓度的升高有利于提高早期扩散阶段的反应速率。 四、粉煤灰地聚物体系下的反应影响因素 本论文研究了反应时间、反应温度和反应碱浓度对地聚物反应过程的影响，同时讨论了这些因素与地聚物物理强度之间的关系。结果表明:粉煤灰在地聚物体系下的反应也是一个降速反应过程且反应程度无法达到理论上的最高值。粉煤灰地聚合物材料物理强度的增长则主要体现在反应的中后期。粉煤灰地聚合物体系反应过程中产生的反应产物是无定形的硅铝胶凝体。地聚合物材料的微观结构与宏观强度直接相关。反应温度的升高不仅可以提高粉煤灰的反应速率，还可以促进硅铝胶凝体的形成和硬化，增进力学性能的提高。通过增加碱溶液的浓度，不仅能够有效提高粉煤灰的反应速率、增加可到达的反应程度，还可以使微观结构更加紧密，增强材料的力学性能。 五、地聚物体系下的反应动力学 本论文以实验数据为基础，对粉煤灰在地聚物反应体系下的反应动力学及反应机理进行了研究。结果表明:降低液固比在造成反应速率下降的同时，会导致固相产物形成所需反应程度的降低和反应产物形态的变化。粉煤灰地聚物反应体系中表面反应阶段只在25℃的反应温度下存在，当温度高后，整个反应阶段都受扩散控制。温度的升高在提高各个反应阶段反应速率的同时可降低反应时长。地聚物胶凝体在反应处于早期扩散阶段时初步形成，反应产物中的SiO2/Al2O3不断升高，K2O/Al2O3不断降低。当反应进入中后期扩散阶段以后，地聚物胶凝体发生聚合与硬化反应，此时反应产物中的SiO2/Al2O3几乎不再变化而K2O/Al2O3则不断降低。