一种粉煤灰基泡沫地聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种粉煤灰基泡沫地聚合物及其制备方法和应用，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料包括如下重量份的组分：粉煤灰基材料900‑1000份；复合碱溶液600‑700份；增稠剂0‑10份；稳泡剂A 2‑6份；减水剂5‑10份；发泡剂20‑40份。本发明专利技术的制备方法简单，不需要对原材料进行球磨、水洗、煅烧等工艺，减少了粉磨设备、水洗设备、污水处理设备及煅烧设备的投入，降低了能耗及碳排放。本发明专利技术利用粉煤灰基材料作为主要原材料制备的粉煤灰基泡沫地聚合物具有较低的表观密度和较高的早期强度，可用于装配式建筑领域。

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰基泡沫地聚合物及其制备方法和应用
本专利技术属于建筑材料
，涉及到工业固体废弃物再利用、低碳胶凝材料、绿色建筑技术，具体涉及一种粉煤灰基泡沫地聚合物及其制备方法和应用，尤其涉及一种早强超轻的粉煤灰基泡沫地聚合物及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，在国家大力推动装配式建筑发展的政策下，对于预制构件提出了新的需求，即用于构件的混凝土制品早期能快速形成强度，有助于装配式构件场内模具的周转，成品构件的出厂运输，减少构件场内堆放。泡沫混凝土作为一种多孔轻质的材料，具有良好的隔热、隔音等特点，是制备非结构预制构件的理想材料。然而，混凝土制品生产原料-水泥的生产需要消耗大量的天然资源和能源，同时排放大量二氧化碳，与我国低碳节能、绿色发展的主题及本世纪三十年代的“碳达峰”目标相悖。另一方面，我国在经济高速发展，工业化进程不断提升的过程中，产生了大量的工业固体废弃物。近年数据显示，作为工业固体废弃物之一的粉煤灰年产生量保持在5.6亿吨左右，综合利用率约为75.96％，其中中西部地区粉煤灰综合利用率仅为50％。大量粉煤灰堆存，既占用了大量的土地，其所含的重金属元素也给环境带来极大威胁。目前，通过强碱性溶液对富含活性硅铝质的粉煤灰进行化学激发制备地聚合物是实现粉煤灰建筑制品化的新兴技术。同时，地聚合技术对重金属的高效固化是实现固废资源无害化的重要保障。利用过氧化氢在碱性条件下分解产生氧气的特性，在地聚合物中加入过氧化氢溶液能够制备泡沫地聚合物，实现替代传统泡沫混凝土的目的。然而，以粉煤灰为原料的地聚合物在反应初期生成的胶体以富铝凝胶(GELI)为主，此类产物为主的地聚合物抗压强度非常低，需要通过后期反应，将富铝凝胶转变成富硅凝胶(GELⅡ)，强度才会提升，因此无法满足装配式预制构件的脱模强度需求。强碱性溶液控制粉煤灰中硅、铝等元素浸出，促进地聚合反应进行；但过高的pH值会加剧过氧化氢分解，给形成稳定的泡沫骨架结构带来极大困难。对于超轻泡沫地聚合物，过量的过氧化氢在强碱性环境下发泡效果更易失控。因此，地聚合物早期强度形成所依赖的强碱性条件，与过氧化氢在高碱性条件下的剧烈反应这一矛盾构成了制备早强超轻粉煤灰基泡沫地聚合物所需克服的难点。CN108975795A公开了一种泡沫地聚合物及其制备方法和应用。该泡沫地聚合物包括以下组分：偏高岭土30～50重量份、碱激发剂40～50重量份、粉煤灰1～4重量份、发泡剂2～5重量份、稳泡剂0.3～0.7重量份、改性剑麻纤维0.3～0.8重量份、石蜡乳液1～4重量份、水5～10重量份、无水乙醇0.3～0.7重量份。该专利技术的泡沫地聚合物与传统的抗渗防水水泥基材料及水泥基防护材料相比，材料抗裂性好、防水性能优异，具有优良的耐久性能，能较长时间保持良好的使用性能，具有耐酸、碱腐蚀、抗冻融、抗碳化等性能，能广泛应用于隧道复合式衬砌等基础工程领域。但该专利技术的泡沫地聚合物不具有早强超轻的特点，并且所用到的固体废弃物粉煤灰的量也较少。因此，在本领域中，期待开发一种可充分利用固体废弃物，并且早强超轻的粉煤灰基泡沫地聚合物。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种粉煤灰基泡沫地聚合物及其制备方法和应用，特别提供一种早强超轻的粉煤灰基泡沫地聚合物及其制备方法和应用。本专利技术的粉煤灰基泡沫地聚合物同时具有早期强度高、孔隙率高的优点，特别适宜于装配式非结构预制构件的生产。同时，粉煤灰基泡沫地聚合物的规模化生产不仅可节约原材料成本，还可缓解固体废弃物堆积对土壤及地下水环境的污染。本专利技术的粉煤灰基泡沫地聚合物主要用于装配式建筑材料领域。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种粉煤灰基泡沫地聚合物，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料包括如下重量份的组分：本专利技术的粉煤灰基泡沫地聚合物利用粉煤灰基材料作为主要原材料，降低了生产成本，适用于大规模生产，同时，有效解决了工业废渣处置的问题，节约了自然资源，保护了生态环境。本专利技术的粉煤灰基泡沫地聚合物具有较低表观密度的同时，具有较高的早期强度。与传统水泥基泡沫材料相比，本专利技术的粉煤灰基泡沫地聚合物实现了粉煤灰等工业固废的大规模资源化利用，具有制备能耗低、碳排放量小的特点。与现有地聚物基泡沫材料相比，本专利技术通过复合碱溶液调节发泡剂发泡速度、稳泡剂A调节泡沫破裂时间、增稠剂锁定泡沫空间分布的方式，能够使粉煤灰基泡沫地聚合物具备大量均匀、细密孔隙的同时，获得较高的早期强度。本专利技术的粉煤灰基泡沫地聚合物在粉煤灰利用率可达到90％以上的同时，能够实现行业标准JGT266-2011《泡沫混凝土》规定的A05级别干密度，并在1天蒸汽养护、7天标准养护后即可达到C3级别的强度等级，克服了传统制备手段的粉煤灰基发泡混凝土在高粉煤灰利用率、低密度、高强度三者无法同时协调实现的问题，满足了装配式工厂轻质构件尽早脱模、加快模具周转的生产需求。在本专利技术中，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料中，粉煤灰基材料的用量可以为900份、910份、920份、930份、940份、950份、960份、970份、980份、990份或1000份等。在本专利技术中，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料中，复合碱溶液的用量可以为600份、610份、620份、630份、640份、650份、660份、670份、680份、690份或700份等。若复合碱溶液的用量低于600份，其无法充分激发粉煤灰基材料的活性，影响最终产品的强度，若复合碱溶液的用量高于700份，容易引起产品表面泛碱发白，影响产品表面质量。在本专利技术中，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料中，增稠剂的用量可以为0份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等。在本专利技术中，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料中，稳泡剂A的用量可以为2份、3份、4份、5份或6份等。在本专利技术中，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料中，减水剂的用量可以为5份、6份、7份、8份、9份或10份等。在本专利技术中，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料中，发泡剂的用量可以为20份、23份、25份、28份、30份、33份、35份、38份或40份等。若发泡剂的用量低于20份，会使得最终产品达不到发泡效果，表观密度高于预期，无法实现产品轻质的目的，若发泡剂的用量高于40份，会使得最终产品发泡过量，产品表观密度低于预期，但是产品强度无法达到要求。优选地，所述粉煤灰基材料通过以下制备方法制备得到：将粉煤灰和钙质材料混合，得到所述粉煤灰基材料。本专利技术中的粉煤灰为火力发电厂煤粉燃烧后的残余产物。优选地，以所述粉煤灰基材料的质量为100％计，粉煤灰的含量为90％-100％，例如90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％等，钙质材料的含量为0％-10％，例如0％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。优选地，所述钙质材料包括水泥、矿渣、石膏或偏高岭土本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉煤灰基泡沫地聚合物，其特征在于，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料包括如下重量份的组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰基泡沫地聚合物，其特征在于，所述粉煤灰基泡沫地聚合物的制备原料包括如下重量份的组分：





2.根据权利要求1所述的粉煤灰基泡沫地聚合物，其特征在于，所述粉煤灰基材料通过以下制备方法制备得到：
将粉煤灰和钙质材料混合，得到所述粉煤灰基材料；
优选地，以所述粉煤灰基材料的质量为100％计，粉煤灰的含量为90％-100％，钙质材料的含量为0％-10％；
优选地，所述钙质材料包括水泥、矿渣、石膏或偏高岭土中的任意一种或至少两种的组合。


3.根据权利要求1或2所述的粉煤灰基泡沫地聚合物，其特征在于，所述复合碱溶液通过以下制备方法制备得到：
将复合碱激发剂、金属络合剂和稳泡剂B混合，得到所述复合碱溶液；
优选地，以所述复合碱溶液的质量为100％计，复合碱激发剂的含量为95％-98％，金属络合剂的含量为0.05％-0.5％，稳泡剂B的含量为1.95％-4.5％；
优选地，所述复合碱激发剂的模数为1.0-1.5；
优选地，所述金属络合剂包括三乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述金属络合剂的固含量不低于78％；
优选地，所述稳泡剂B包括十二烷基苯磺酸钠粉末、十二烷基硫酸钠粉末、磷酸三钠粉末或十二烷基硫酸钙粉末中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述稳泡剂B的纯度不低于88％。


4.根据权利要求3所述的粉煤灰基泡沫地聚合物，其特征在于，所述复合碱激发剂通过以下制备方法制备得到：
将氢氧化钠粉末和水倒入水玻璃中，搅拌，得到所述复合碱激发剂；
优选地，以所述复合碱激发剂的质量为100％计，氢氧化钠粉末的含量为8.5％-9％，水的含量为4.5％-7％，水玻璃的含量为84％-87％；
优选地，所述氢氧化钠粉末的纯度不低于96％；
优选地，所述水为自来水；
优选地，所述水玻璃的模数为1.0-3.8，波美度为34.0-42.0。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的粉煤灰基泡沫地聚合物，其特征在于，所述增稠剂包括甲基纤维素醚和/或羧甲基纤维素醚，优选甲基纤维素醚和羧甲基纤维素醚；
优选地，所述增稠剂的纯度不低于96％...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔宏志，冯伟鹏，郑大鹏，金宇，董志君，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44