一种全固废超高性能地聚合物混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术涉及地聚物混凝土技术领域，具体涉及一种全固废超高性能地聚合物混凝土及其制备方法。质量份数计，所述全固废超高性能地聚合物混凝土原料包括骨料20～30份、胶凝材料70～80份、碳纳米管、钢纤维和碱激活剂；质量百分比计，所述胶凝材料包括：15～35％的粉煤灰、50～70％的矿渣、5～25％的硅灰；所述骨料为再生基质砂。本发明专利技术地聚物混凝土无需使用减水剂，同时具有有效利用废弃资源、造价低廉、制备简单和性能卓越的优点。单和性能卓越的优点。单和性能卓越的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种全固废超高性能地聚合物混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固废资源化利用以及地聚物混凝土制备
，特别是指一种全固废超高性能地聚合物混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]地聚合物是硅铝质无机原料通过矿物缩聚生成的一种以离子键和共价键为主，范德华键为辅，由共用氧交替键合的硅，铝氧四面体组成的铝
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氧
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硅酸盐无定形网状结构的胶凝材料。地聚合物的水化反应是在碱性激发剂的作用下，硅氧键和铝氧键发生断裂
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重组反应，再聚合生成有胶凝性和固化性的地聚合物的过程。地聚合物胶凝材料制品不用湿态养护，养护周期短，原料丰富，成本低廉，快硬早强，耐腐蚀，导热率低且可塑性好，可广泛运用于建筑物的快速修补、防火防水防霉特种涂料以及作为建筑高强复合材料等。
[0003]文献1(“王春生；段兰；王茜等；超高性能钢纤维混凝土及其制备方法；公开号：CN107324712A”)公开了一种通过在水泥砂浆中加入钢纤维提高混凝土抗压强度的方法。该方法虽然客观上提高了混凝土的抗压强度，但是需要使用减水剂，其减水剂的稳定性较差，不同厂家生产的减水剂差别很大，往往需要进行反复实验以确定可配合使用的原料，不利于大批量生产。
[0004]文献2(“牛福生；安宇坤；张晋霞等；一种固废胶凝材料、全固废混凝土及其制备方法；公开号：CN112250329A”)公开了一种使用固废胶凝材料制作混凝土的方法。该方法使用了固废材料，在环保的同时提高了混凝土的粘结性，但是需要分别严格控制转炉钢渣微粉、电石渣微粉和精炼渣微粉的粒径才能取得有效的实验成果，增加了制备的步骤和难度，且所制成品的抗拉弯能力较差。
[0005]文献3(“刘轩；崔孝炜；倪文等；钢渣粉对全固废混凝土强度的影响[J].金属矿山,2016(10):189
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192.”)虽然该工作对钢渣粉对于全固废混凝土水化机理和强度影响有较为深入的探讨，但是所制试块需要一直在恒温恒湿的标准养护箱中养护，且钢渣的可磨性较差，为得到更高的钢渣比表面积，需要大幅增加成本和能耗。
[0006]基于上述内容，亟需一种全固废超高性能地聚合物混凝土及其制备方法。

技术实现思路

[0007]基于上述内容，本专利技术提供一种全固废超高性能地聚合物混凝土及其制备方法，无需使用减水剂，同时具有有效利用废弃资源、造价低廉、制备简单和性能卓越的优点。
[0008]本专利技术的技术方案之一，一种全固废超高性能地聚合物混凝土，质量份数计，原料包括骨料20～30份、胶凝材料70～80份、碳纳米管、钢纤维和碱激活剂；
[0009]质量百分比计，所述胶凝材料包括：15～35％的粉煤灰、50～70％的矿渣、5～25％的硅灰；
[0010]所述骨料为再生基质砂。
[0011]粉煤灰用量太多则强度太低；矿渣用量太多则会闪凝；硅灰用量太多则价格太贵
提升产品成本。
[0012]进一步地，所述碳纳米管的加入量为骨料、胶凝材料总体积的1～3％。
[0013]进一步地，所述钢纤维为镀铜钢纤维，镀铜钢纤维的加入量为骨料、胶凝材料总体积的0.5～3％。
[0014]进一步地，所述骨料、胶凝材料总质量和碱激活剂的比例为1kg：300～500mL。
[0015]进一步地，所述骨料为粒径为0.3～4.75mm的再生基质砂。
[0016]进一步地，所述粉煤灰中Al2O3和SiO2占比50wt％以上，比表面积为600～1000m2/kg,45μm方孔筛筛余1％以下。
[0017]进一步地，所述矿渣比表面积350～400m2/kg,含水量小于1％。
[0018]进一步地，所述硅灰比表面积15000～30000m2/kg。
[0019]进一步地，所述碳纤维管为单层壁，室温下的密度为1.9
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2.2g/cm3。
[0020]进一步地，所述镀铜钢纤维长度为13mm，直径为0.2mm，密度7.85g/cm3。
[0021]进一步地，所述碱激活剂为8mol/L NaOH溶液和硅酸钠水溶液按照3:7质量比例配制而成，其中所述硅酸钠水溶液为Na2O
·
nSiO2，模数n选自2～3.5。
[0022]本专利技术的技术方案之二，上述全固废超高性能地聚合物混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0023](1)粉煤灰、矿渣、硅灰、碳纳米管低速搅拌混匀后加入骨料搅拌混匀得到固体粉状混合物；
[0024](2)搅拌条件下向固体粉状混合物中加入碱激活剂后分次加入钢纤维搅拌混匀后得到全固废地聚物混凝土浆；
[0025](3)全固废地聚物混凝土浆转入模具中，除泡后养护脱模得到所述全固废超高性能地聚合物混凝土。
[0026]进一步地，所述步骤(1)中低速搅拌具体为300
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500r/min；所述步骤(2)中钢纤维分3～6次加入；所述步骤(3)中养护条件为常温养护24h。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术提供的全固废超高性能地聚合物混凝土中，地聚合物胶凝材料生产不需要进行熟料煅烧，可以大大降低生产能耗和CO2的排放量。此外，粉煤灰、矿渣和再生机制砂均来源于工业建筑固体废料，可以有效减少固体废料的浪费，提高建筑的可持续性，对建筑拆除后的处理提出高效、环保、节能的解决途径。
[0029]本专利技术提供的全固废超高性能地聚合物混凝土中，地聚合物的组分比起其他种类的胶凝材料而言具有极高的比表面积，可以提供优越的粘结性能。地聚合物胶凝材料不存在明显的界面过渡区，孔径分布更趋于细化，这就保证了本专利技术中的全固废超高性能地聚合物混凝土不仅强度极高，并且具有更加致密的结构以及良好的抗渗性和抗冻害性能。
[0030]本专利技术提供的全固废超高性能地聚合物混凝土中，使用了以粉煤灰为代表的碱系地聚合物胶凝材料，以及以矿渣为代表的碱土系地聚合物胶凝材料，通过这两类材料的复配使用，在提高了体系聚合度的同时，突出了早强快凝的特点，在土木工程的应用中，可以大大缩短脱模时间，加快模板周转，提高施工速度。
[0031]本专利技术提供的全固废超高性能地聚合物混凝土使用的碳纳米管具有良好的力学性能，抗拉强度达到50～200GPa，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达
1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。同时碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多，是目前可制备出的具有最高比强度的材料。本专利技术将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
[0032]本专利技术提供的全固废超高性能地聚合物混凝土中，使用了长度为13mm左右的镀铜钢纤维，可以较好地和地聚合物协同工作，提高材料的抗拉弯性能，同时钢纤维因为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全固废超高性能地聚合物混凝土，其特征在于，质量份数计，原料包括骨料20～30份、胶凝材料70～80份、碳纳米管、钢纤维和碱激活剂；质量百分比计，所述胶凝材料包括：15～35％的粉煤灰、50～70％的矿渣、5～25％的硅灰；所述骨料为再生基质砂。2.根据权利要求1所述的全固废超高性能地聚合物混凝土，其特征在于，所述碳纳米管的加入量为骨料、胶凝材料总体积的1～3％；所述钢纤维为镀铜钢纤维，镀铜钢纤维的加入量为骨料、胶凝材料总体积的0.5～3％；所述骨料、胶凝材料总质量和碱激活剂的比例为1kg：300～500mL。3.根据权利要求1所述的全固废超高性能地聚合物混凝土，其特征在于，所述骨料为粒径为0.3～4.75mm的再生基质砂。4.根据权利要求1所述的全固废超高性能地聚合物混凝土，其特征在于，所述粉煤灰中Al2O3和SiO2占比50wt％以上，比表面积为600～1000m2/kg,45μm方孔筛筛余1％以下；所述矿渣比表面积350～400m2/kg,含水量小于1％；所述硅灰比表面积15000～30000m2/kg。5.根据权利要求1所述的全固废超高性能地聚合物混凝土，其特征在于，所述碳纤维管为单层...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡景明，张聪，李吴刚，张勇，张建，鲁晓源，
申请(专利权)人：纳思同无锡科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：