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煤炭能源应用的大量增加产生了数以万计的粉煤灰（FA）,由于传统储存和处置能力有限,对生态构成了严重威胁,因此当前迫切需要从粉煤灰开发新的绿色产品流以减少粉煤灰大量堆积对环境的威胁。粉煤灰基地质聚合物（FGPC）是一种大掺量资源化粉煤灰的方法,由于应用性能和附加值的限制,目前没有得到大范围的推广。本文针对粉煤灰基地质聚合物应用中存在的问题进行了研究,通过结构设计的方法制备具有优异力学性能的粉煤灰基地质聚合物、有机改性粉煤灰基地质聚合物和粉煤灰基多孔地聚物（FPGPC）,并对其在不同应用场景中表现出的性能进行评价。解决这些问题,对提高产品附加值和大掺量资源化粉煤灰,促进粉煤灰地聚物的应用具有实际的意义。（1）高强度FGPC的结构设计与性能分析。以FA为主要原料,使用Na OH为碱激发剂中主要成分制备FGPC,通过研究碱激发剂的配比、固化温度、固化时间和养护龄期等不同影响因素下FGPC结构所发生的变化,即羟基方钠石(Na4Al3Si3O12OH)的发育情况和基体断面微观结构分析FGPC抗压强度的提升原因。试验结果表明,当Na2Si O3/Na OH比例设置成1.7,碱激发剂/粉煤灰比例设置成0.58,固化温度设置成75℃、固化时间设置成24 h时,样品的抗压性能最佳,28 d可达110.2 MPa。同时,通过对比不同制备参数下的FGPC抗压强度结果,结合SEM、XRD和FT-IR的分析观察FGPC中羟基方钠石的微观结构,发现在一定范围内增加Na OH溶液浓度、固化温度和固化时间可有效提升粉煤灰的活性、促进N-A-S-H凝胶和羟基方钠石的生成,基体结构趋于致密化,从而将FGPC的抗压强度得到了充分的挖掘,制备了高抗压强度的FGPC。（2）有机物复配FGPC的结构设计与性能分析。在FGPC中添加有机物是复合材料发展的趋势,因此研究有机物的添加会对FGPC结构和性能产生的影响。把有机碱和亲水性有机聚合物与粉煤灰复合制备地聚物复合材料,考察有机物添加种类、添加量和不同龄期下制备的FGPC的抗压性能,对FGPC断裂面的微观结构形貌进行分析。试验结果表明:少量2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP-95）可以促进地聚物强度的提高,羟乙基纤维素（HEC）、聚氨基甲酸酯（PU）未能有效地提升FGPC的抗压强度,但都改善了FGPC的抗压破坏特征。通过总结有机物的添加对FGPC抗压性能的影响,为粉煤灰基有机无机复合地聚物材料的应用研究提供参考。（3）FPGPC的结构调控设计与性能分析。以FA为主要原料,以Al和H2O2作为发泡剂,以硬脂酸钙（CS）作为稳泡剂,通过对FPGPC的结构设计,达到调控FPGPC的密度、抗压强度、孔结构特征。试验结果表明:Al添加0.195 g,CS添加0.65 g时,所制备的地聚物多孔材料密度最低可达459.4 kg/m~3,抗压强度最高可达3.1 MPa;H2O2添加2.6 g,CS添加0.65 g时,所制备的FPGPC密度最低可达478.8 kg/m~3,抗压强度最高可达3.2 MPa。结合SEM和吸水率结果发现,Al-H2O2等比例复合发泡在9:1或1:9时,这种特定配比的复合发泡剂会增强FPGPC体积吸水率和抗压强度,并且可以将单一发泡剂的吸水特性复合,这将大大丰富了多孔材料的孔结构特性。从单一发泡剂到复合发泡剂,为多孔材料孔结构的调控提供了一种新的方法。（4）FGPC的应用研究。以最佳抗压强度配方的FGPC不同应用场景下测试的样品,通过75～1000℃高温、0.2～1.2 mol/L H2SO4和Na OH溶液浸泡,以测试其力学性能。高温环境试验结果表明:样品质量损失随在200℃内最大,在400～1000℃内质量损失不大;抗压强度在200℃后产生下降,在1000℃时抗压强度为28.2 MPa。再结合XRD和SEM认为抗压强度的主要下降原因有FGPC微观结构的开裂和高温下N-A-S-H凝胶、羟基方钠石的分解所导致。酸、碱环境实验结果表明:在H2SO4溶液浸泡中,抗压强度和质量随H2SO4溶液浓度和龄期的增加而减小,1.2 mol/L H2SO4溶液中浸泡28 d仍有70.9 MPa;在Na OH溶液浸泡中,质量随Na OH溶液浓度和浸泡龄期的增加而增加,抗压强度随Na OH溶液浓度和浸泡龄期的增加而减小,1.2 mol/L的Na OH溶液中浸泡28d仍有89.3 MPa。再结合SEM和XRD认为,在酸、碱浸泡中抗压强度的减小源于H2SO4、Na OH对微观结构的腐蚀所导致。但最终抗压强度结果表明本文所制备的FGPC仍具有很好的耐高温和耐酸、碱性。FPGPC也在碱环境下展现了良好的抗压性能,并在H2SO4溶液浸泡后大大提升了FPGPC对亚甲基蓝（MB）溶液的吸附率,即吸附5 d其MB溶液在紫外可见光下的吸收波长消失,最高5 d可达100%,使这种材料对有机废水展现出了不错的吸附效果。综上所述,完全使用粉煤灰制备地质聚合物材料,一方面可以获得一种抗压强度远超于普通硅酸盐水泥的替代品,这不但可以促进粉煤灰固废的再利用,也有利于减少粉煤灰对环境的危害。另一方面,制备的粉煤灰基地质聚合物材料可在严苛的环境中应用,并且经结构化设计后还可在有机印染废水处理中有效应用。解决了以往粉煤灰利用过程中应用性能差和附加值低的问题,这对环境保护和经济效益提升有双重意义。图[63]表[17]参[185]