[发明专利]地质聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质聚合物的制备方法，属于无机非金属胶凝材料领域。

背景技术

地质聚合物(Geopolymer)的概念最早是由法国学者Joseph Dayidovtis于1978年提出的，地质聚合物被认为是由地球化学作用或人工模仿地质合成作用而制造出的以无机聚合物为机体的人造岩石。这种人造岩石具有天然岩石一样的强度、耐久性和体积稳定性。目前，比较普遍被接受的地质聚合物形成的原理是，具有一定活性的含铝硅酸盐物质，在氢氧化钠或氢氧化钾的作用下向水溶液中游离出AI(OH)₄^-和OSi(OH)₃^-，然后逐渐聚合形成硅铝氧结构的聚合体，使成型体的强度不断增加。其硬化与产生强度的过程与传统的硅酸盐水泥有明显的区别。

国外生产地质聚合物均以轻烧高岭土和碱溶液或水玻璃为主要原料。以具有火山灰活性的工业废渣(如高炉水渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石、废砖粉、废玻璃等，以及城市垃圾后的炉渣)为主要原料制备的地质聚合物，是一类不同于水泥，但可以在许多场合取代水泥，并具有比水泥更优异性能的胶凝材料体系。地质聚合物是以硅氧四面体和铝氧四面体以角顶相连而形成的具有非晶态和半晶态特征的三维网络状固体材料。其主要特点有：①地质聚合物具有很高的强度，地质聚合物容易获得高强度且后期强度稳步增长，地质聚合物28天强度可达60～150MPa，1年强度比28天强度增长20％以上。地质聚合物标准稠度用水量为28～30％，同时由于碱组分的表面活性作用，使地质聚合物拌合物有很好的和易性，便于成型和施工。②硬化快早期强度高：1天强度可达30～60Mpa，可用于混凝土路面修补和抢修工程。③地质聚合物具有良好的耐酸性。④地质聚合物具有良好的体积稳定性。⑤地质聚合物的水化热低，属于低热水泥，可用于大体积混凝土工程。⑥地质聚合物具有良好的抗冻融性能好：普通混凝土抗冻融循环一般在300次以内，而地质聚合物混凝土能经受300～1000次冻融循环，可用于抗冻混凝土施工。经专利检索发现在我国申请有关地质聚合物制备和应用的相关技术专利有8条。国外申请有关地质聚合物制备与应用技术的专利共62条，以美国最多，为27条，欧洲各主要国家以及日本、澳大利亚、加拿大等国都有申请。在已申请的专利中，以利用粉煤灰和煅烧高岭土为主要原料的最多，制备的典型方法都以铝硅酸盐、硅酸(钾)钠、氢氧化钠或氢氧化钾为主要原料，地质聚合物制备多数是固体和液体双组份，使用不方便。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高瓦斯灰利用率，降低水泥生产过程中对环境造成的污染的地质聚合物的制备方法。

技术解决方案：本发明包括下列原料的重量百分比：瓦斯灰10～60％、矿渣粉30～70％、氢氧化钠5～10％、二水石膏3～10％；

制备方法如下：将上述原料中的矿渣烘干，粉碎至5000cm²/g以上比表面积，将粉碎后的矿渣与瓦斯灰、氢氧化钠和二水石膏按上述比例混合均匀，制成聚合物。

本发明以瓦斯灰、矿渣为主要原料，提高了瓦斯灰的利用率，用固体激发剂制备地质聚合物，解决了生产水泥过程中所造成的环境污染，变废为宝，使用方便。

本发明的优点是：

(1)制备工艺简单，成本非常低，只用固体激发剂，生产过程不产生污染。

(2)瓦斯灰和矿渣是工业废物，本发明为绿色建材增添了新成员。

具体实施方式

本发明地质聚合物材料的制备方法，生产所用的主要原料见表1，表2为聚合物的四个实施配料，表3为四个实施配料制备的聚合物基本性能。

表1瓦斯灰和矿渣的化学组成

表2聚合物的四个实施配料

表3四个实施配料制备的聚合物基本性能

本发明主要原材料包括：原状瓦斯灰、矿渣，将矿渣置于105℃的烘箱中干燥24h，粉磨至5000cm²/g以上比表面积；

地质聚合物制备：将瓦斯灰、矿渣粉、氢氧化钠、二水石膏按表2中的四个实施方式进行配料；按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法制备并进行强度检验。制备的聚合物与标准砂的比例为1∶3，聚合物与水的比例为0.5。标准稠度、凝结时间按GB/T1346-2001标准进行检验。净浆试件采用40mm×40mm×40mm试模，在温度为20℃，湿度90％的湿气养护箱内养护24h后脱模，脱模后在20℃的温度和90％以上湿度下进行养护，按规定龄期，用万能实验机测定强度。