[发明专利]一种基于飞灰的地聚合物砂浆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于飞灰的地聚合物砂浆及其制备方法，属于建筑砂浆技术领域。本发明利用生活垃圾焚烧飞灰作为原料用于地质聚合物砂浆的制备中，利用两次碱性激发并控制制备过程中的工艺参数，对飞灰中的重金属进行有效地稳定固化，生产制备得到的地质聚合物材料的可浸出重金属能够满足应用要求，不会对环境造成二次污染，具有重金属环境安全性，能够较好地实现垃圾焚烧飞灰的处理及资源化利用，且制备得到的地质聚合物砂浆具有优异的力学强度和抗开裂性能。本发明制备方法简单、易行，生产成本低。

技术领域

本发明涉及建筑砂浆技术领域，特别是涉及一种基于飞灰的地聚合物砂浆及其制备方法。

背景技术

传统的水泥砂浆作为一种粘结和修补材料，因其原料来源广泛、成本低、力学性能强、抗腐蚀性好、防火性强、应用范围广等诸多特点，广泛应用于各种工程建设中，是重要的建筑材料之一。但在水泥生产过程中，不可避免的会产生大量二氧化碳，从而引起温室效应，给环境保护造成了巨大压力。

地质聚合物材料(Geopolymer)是近年来新发展起来的一类碱激发胶凝材料，该材料具有高强度、高耐腐蚀性、耐高温、环保性能优异等特点，是目前研究的热点。地质聚合材料兼具高聚物、陶瓷和水泥等材料的性质，可作为胶凝材料来制备混凝土、砂浆等工程材料，相较于水泥基建筑材料，其力学性能和抗开裂性能等方面也更加优异，且生产过程中不会引起环境污染。

同时，虽然环境保护已经成为世界普遍关注的问题，但目前我国垃圾处理方式仍然以焚烧为主，而垃圾焚烧会导致飞灰产量的巨增。但由于飞灰具有潜在火山灰特性，可以通过一定的化学手段，如碱激活、破坏飞灰外层的玻璃体等，释放活性SiO₂、Al₂O₃，最终反应生成C-S-H、C-A-H等水硬性胶凝物质，是一种可以作为建筑用胶凝材料使用的物质，可以实现垃圾焚烧飞灰变废为宝。

但由于飞灰中含有大量的重金属及有害物质，如不经特殊处理直接填埋，飞灰中重金属在填埋场酸性的条件下会大量渗出，污染地下水和土壤甚至空气，并通过重金属在动植物体中的迁移转化，进一步危害人类的健康。

目前，现有技术中已有将生活垃圾焚烧飞灰作为原料，用于制备地质聚合物砂浆的工艺，可以实现生活垃圾焚烧飞灰的资源化利用，但尚未实现对飞灰中重金属的有效稳定固化，使得飞灰中的重金属和有害物质很可能浸出，直接或间接污染环境、影响人类健康，并且利用垃圾焚烧飞灰制备得到的地质聚合物砂浆的性能依然有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于飞灰的地聚合物砂浆及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，以飞灰为原料的地聚合物砂浆在具有强的力学性能的同时，能够有效实现飞灰中重金属的稳定固化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于飞灰的地聚合物砂浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)对飞灰进行烘干、磨细预处理；

(2)将偏高岭土置于搅拌罐中，200-300r/min转速下，按照飞灰:偏高岭土:碱性激发剂的质量比为1:(2-3):(0.05-0.25)，先加入预处理后的飞灰，搅拌2-3min，然后将碱性激发剂采用喷雾的方式加入，搅拌5-10min，得到混合物；

(3)调整转速至400-500r/min，将细骨料加入到步骤(3)的混合物中，加入碱性激发剂溶液,搅拌1.5-2min；

(4)向步骤(3)的混合物中加入拌合水，调整转速至550-650r/min，搅拌2-3min,得到基于飞灰的地聚合物砂浆。

进一步地，步骤(1)中预处理后的飞灰含水率不大于1％。

进一步地，步骤(1)中预处理后的飞灰比表面积不低于330m²/kg。