一种缓凝型地聚物混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术涉及地聚物材料技术领域，公开了一种缓凝型地聚物材料、高性能地聚物材料及其制备方法；一种缓凝型地聚物材料，所述地聚物材料是采用矿渣、粉煤灰为基材，砂为填料，加入碱激发剂、缓凝剂、泛碱抑制剂制备而成；矿渣和粉煤灰质量混合比为0.66～1.5:1，基材和填料质量混合比为1:3，碱激发剂模数为1.0～1.8；所得地聚物材料的7d抗压强度在30.3～112.6MPa，抗折强度在3.4～21.8MPa，初凝时间90～140min，终凝时间170～262min。本发明专利技术以基材、填料、碱激发剂、缓凝剂等原料以适合的比例混合，得到的地聚物材料制备的水泥有高抗压抗折强度，并且凝结时间适合于工业化使用。且凝结时间适合于工业化使用。

【技术实现步骤摘要】
一种缓凝型地聚物混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术涉及地聚物材料
，尤其涉及一种缓凝型地聚物材料、高性能地聚物材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的水泥生产采用的是“两磨一烧”的工艺，不仅成本高昂，且不符合环保要求，会造成严重的环境污染以及温室效应，进而带来繁重的空气污染治理成本；地聚物水泥基本与普通水泥使用范围一致，但表现出巨大的优势：
①
由于温度在25℃左右时地聚反应都可以反应完全，故而制造地聚物水泥不需要材料在高温下发生反应才可以应用；
②
在地聚物水泥生产过程中基本未产生氮的氧化物、硫的氧化物、一氧化碳等有害气体，同时二氧化碳的排放量也不高；
③
地聚物水泥制造工艺并不复杂，在常温养护下就能快速凝结，便于施工；由于地聚物水泥混凝土成型后结构密实，故而由地聚物水泥制得的混凝土耐久性好；
④
地聚物水泥混凝土在日常酸雨环境下质量几乎没有损失，抗腐蚀效果明显；而性能较好的地聚物水泥的生产材料来源容易，价格低廉，如高岭土、普通粘土、煤矸石、矿粉、粉煤灰都可作为地聚物水泥的生产的原料，这不仅解决了大量废渣如何处理问题，又大大地改善了普通水泥紧张的生产原料问题，以上各点都表明了地聚物水泥有着巨大的潜在发展前景；但是由于这类材料开发时间不长，力学性能影响因素众多，没有成熟的规范和标准，最为关键的是目前的地聚物混凝土凝结时间过快，且碱激发材料都具有泛碱现象，严重影响材料的耐久性，制约了地聚物材料的大力推广和应用。
[0003]如中国专利CN110092597B公开的一种地聚物材料、适配缓释剂及制备的耐高温水泥浆，以粉煤灰、钾长石粉、酸钠和氢氧化钠为原料，为固井水泥浆的强度性能提供保障；本专利技术所述耐高温缓凝剂，以磷酸二氢钾、硼砂和氯化钙为原料，所述缓凝剂可以为固井水泥浆提供较好的耐高温性能；但是在抗压性能上确仍然差强人意。

技术实现思路

[0004]根据现有技术中地聚物材料在抗压性能不够理想的情况，本专利技术提供一种缓凝型地聚物材料，用以制备的材料具有较高的抗压性能；本专利技术还提供一种基于缓凝型地聚物材料的高性能地聚物材料，具有较高的抗压性能；本专利技术还提供一种缓凝型地聚物材料、高性能地聚物材料的制备方法，制备出来的高性能地聚物材料具有较高的抗压性能。
[0005]本专利技术以以下技术方案实现：
[0006]一种缓凝型地聚物材料，所述地聚物材料是采用矿渣、粉煤灰为基材，砂为填料，加入碱激发剂、缓凝剂、泛碱抑制剂制备而成；矿渣和粉煤灰质量混合比I为0.66～1.5:1，基材和填料质量混合比II为 1:3，碱激发剂模数为1.0～1.8；所得地聚物材料的77d抗压强度在 30.3～112.6MPa，抗折强度在3.4～21.8MPa，初凝时间90～140min，终凝时间170～262min。
[0007]粉煤灰含有大量SiO2和Al2O3，水化可产生具有胶凝性能水化硅酸钙和水化铝酸
钙，在进行粉煤灰细磨处理后SiO2和Al2O3被溶出，聚合物降低，反应能力提高，矿渣主要成份为SiO2、Al2O3和CaO，粉煤灰和矿渣自身水化能力非常慢，但经过碱激发剂处理，即增加了 OH
‑
离子，矿渣和粉煤灰的水化速度会大大提高，其中原理是大量OH
‑
离子进入基材和填料内部扩散到各原料表面，水化生成大量凝胶体令原料颗粒填充密实，并将各原料颗粒有效的连接起来，且各原料颗粒表面的各种基团和碱激发剂相互吸附，因而所得胶体的抗压强度得以明显改善；但碱激发剂造成胶凝速度在十几分钟即可完成，不符合工业化应用需求，因此碱激发剂和缓凝剂对基材和填料的作用的相互博弈决定了水泥凝固时间是否能达到工业使用的需求，缓凝剂的原理在硅酸盐水泥表面生成了不溶性钙盐外壳，包裹在水泥颗粒的周围并形成保护膜，阻碍了水泥的水化进程，使水泥浆体凝结时间延长；泛碱抑制剂在混凝土浆体表面形成憎水层防止外部水分侵人外，同时减少内部碱液向外迁移从而抑制泛碱。
[0008]优选的，所述矿渣比表面积为3500～6000cm2/kg；所述粉煤灰为一级或二级粉煤灰，比表面积为1500
‑
5000cm2/g，氧化硅和氧化铝含量大于70％；基材粒径小，比表面积才能足够大，分散性好的的基材才能和其它试剂混合均匀，令力学强度在水泥各处升高得均匀；所述填料为毫米级石子和微米级砂中的至少一种；所述碱激发剂为水玻璃和氢氧化钠的混合溶液，所述缓凝剂为硼砂，所述泛碱抑制剂为硅烷防水剂。
[0009]水玻璃分子式为Na2O
·
nSiO2，模数：n＝SiO2/Na2O，加氢氧化钠提高水玻璃中Na2O的含量从而调节水玻璃的模数n，反应式如下： 2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O，如此提高OH
‑
的产量。
[0010]优选的，水与基材质量混合比III为0.4～0.5:1。
[0011]优选的，包括按以下质量混合比IIII材料构成：
[0012]矿渣1
‑
400份，粉煤灰1
‑
400份，水玻璃100
‑
170份，氢氧化钠10
‑
20 份，砂1200
‑
1600份，水55
‑
70份，硼砂10
‑
15份，硅烷防水剂4
‑
16 份。
[0013]优选的，所述减激发剂由以下步骤制备：
[0014]步骤A：确定水玻璃的掺量为10％
‑
20％；通过氢氧化钠固体调节水玻璃模数，按下列公式选择需掺入氢氧化钠的质量：G
‑
需掺入氢氧化钠质量；G1‑
需调节水玻璃质量；N
‑
水玻璃中Na2O含量；m1‑
水玻璃初始模数；m2‑
最终水玻璃模数；P
‑
掺入氢氧化钠纯度；
[0015]步骤B：通过水和基材质量混合比III和水玻璃的掺量，计算所需水的量，所需水的质量包括水玻璃中除去固含量那部分的液体的质量；
[0016]步骤C：按步骤A和B称量水玻璃、氢氧化钠和水，并混合搅拌均匀，放置室温下备用。
[0017]一种缓凝型地聚物材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018]步骤一：将矿渣和粉煤灰按照质量混合比I混合，加入按质量混合比IIII称的砂，碱激发剂，硼砂，硅烷防水剂和水启动砂浆搅拌机进行搅拌，当搅拌物变得粘稠均匀时停止搅拌；
[0019]步骤二：测试搅拌物的流动性和凝结时间；
[0020]步骤三：将制得的搅拌物装入模具中，并用振实台振荡成型，室温下养护一天，待
试样硬化脱模，将脱模后的样品养护7天，即制得地聚物胶凝材料。
[0021]一种缓凝型地聚物材料，包括以下质量份数的制备材料：
[0022]矿渣1
‑
400份，粉煤灰1
‑
400份，水玻璃100
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缓凝型地聚物材料，其特征在于，所述地聚物材料是采用矿渣、粉煤灰为基材，还包括加入填料、碱激发剂、缓凝剂、泛碱抑制剂和水制备而成；所述矿渣和粉煤灰质量混合比I为0.66～1.5:1，所述基材和填料质量混合比II为1:3，所述碱激发剂模数为1.0～1.8；所述地聚物材料的7d抗压强度在30.3～112.6MPa，抗折强度在3.4～21.8MPa，初凝时间90～135min，终凝时间170～262min。2.根据权利要求1所述的一种缓凝型地聚物材料，其特征在于，所述矿渣比表面积为3500～6000cm2/kg；所述粉煤灰为一级或二级粉煤灰，比表面积为1500
‑
5000cm2/g，氧化硅和氧化铝含量大于70％；所述填料为毫米级石子、微米级砂和纤维中的至少一种；所述碱激发剂为水玻璃和氢氧化钠的混合溶液，所述缓凝剂为硼砂，所述泛碱抑制剂为硅烷防水剂。3.根据权利要求1或2所述的一种缓凝型地聚物材料，其特征在于，所述水与基材质量混合比III为0.4～0.5:1。4.根据权利要求1或2所述的一种缓凝型地聚物材料，其特征在于，包括按以下质量混合比IIII混合的材料构成：矿渣1
‑
400份，粉煤灰1
‑
400份，水玻璃100
‑
170份，氢氧化钠10
‑
20份，砂1200
‑
1600份，水55
‑
70份，硼砂10
‑
15份，硅烷防水剂4
‑
16份。5.根据权利要求1或2所述的一种缓凝型地聚物材料，其特征在于，所述碱激发剂由以下步骤制备：步骤A：确定水玻璃的掺量为10％
‑
20％，通过氢氧化钠固体调节水玻璃模数，按下列公式选择需掺入氢氧化钠的质量：G
‑
需掺入氢氧化钠质量；G1‑
需调节水玻璃质量；N
‑
水玻璃中Na2O含量；m1‑
水玻璃初始模数；m2‑
最终水玻璃模数；P
‑
掺入氢氧化钠纯度；步骤B：通过所述水与基材质量混合比III和所述水玻璃的掺量，计算所需水的量，所需水的质量包括水玻璃中除去固体部分的液体质量；步骤C：按步骤A和B称量水玻璃、氢氧化钠和水，并混合搅拌均匀，放置室温下备用。6.根据权利要求5所述的一种缓凝型地聚物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将矿渣和粉煤灰按照所述质量混合比I混合，加入按所述质量混合比IIII称的砂、碱激发剂、硼砂、硅烷防水剂和水，进行混合搅拌得到粘稠...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泉，李新星，李水生，姚延化，
申请(专利权)人：湖南中建五局绿色市政工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：