一种固化效果好的无机固化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固化效果好的无机固化剂及其制备方法，涉及固化剂领域，所述无机固化剂，按重量份计，包括以下制备原料：硅基材料20

【技术实现步骤摘要】
一种固化效果好的无机固化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固化剂领域，具体涉及一种固化效果好的无机固化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于我国土地类型多样化，这给多雨地区的地基带来极大的挑战，雨水的冲刷对地基产生极大的负面影响，影响其使用周期。固化剂是一种新型的环保节能材料，由一种或多种有机、无机材料合成，其可以对各类土体进行固化，从而增加被固化土体的各项性能，提高土体的使用周期和抗压强度。一般固化剂可分为为无机类固化剂、有机类固化剂、生物酶类固化剂和离子类固化剂四大类。
[0003]现有固体废弃物磷石膏的有效利用率较低，主要原因在于磷石膏力学性能不足且水稳定性较差，极大的限制了其在道路工程建设领域的应用；为了实现大宗固废磷石膏的充分利用，以二氧化硅为主要原料制备无机固化剂，通过对磷石膏的有效固化改善磷石膏的力学性能，克服磷石膏应用于道路工程建设的不足。专利CN111138099A公开了一种用于磷石膏废渣的固化剂及其固化方法，其通过添加活化剂成分和组分互相反应，达到减少对环境的污染，但是存在长时间固化后产生裂纹的情况。专利CN108585576B公开了一种磷石膏固化剂，其通过添加还原剂和胶凝剂的形式，将材料中有害成分还原并包裹，从而达到对磷石膏的再利用，但存在固化效果不佳的问题。为了克服上述问题，本专利技术提供一种固化效果好的无机固化剂及其制备方法，具有良好的固化效果，且长时间使用后不会产生裂纹，固化的密实性和强度较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术通过提供一种固化效果好的无机固化剂及其制备方法，可以与水泥、磷石膏等原材料组合复配实现良好的固化效果，长时间使用后不会产生裂纹，固化的密实性和强度较高。
[0005]本申请提供了一种固化效果好的无机固化剂，按重量份计，包括以下制备原料：硅基材料20
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30份、金属氧化物0.1
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5份、功能助剂0.1
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0.5份、水60
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72份。
[0006]在一种优选的实施方式中，所述的硅基材料为无机硅基材料和/或有机硅基材料。优选的，所述的无机硅基材料为二氧化硅、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中的至少一种。优选的，所述的有机硅基材料为甲基硅酸钠、甲基硅酸钾中的至少一种。进一步优选的，所述的硅基材料为二氧化硅。
[0007]在一种优选的实施方式中，所述的二氧化硅选自气相二氧化硅、二氧化硅气凝胶、纳米二氧化硅粉末、纳米二氧化硅溶胶中的一种或几种的组合。
[0008]优选的，所述的二氧化硅为纳米二氧化硅溶胶，所述纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的含量为14
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31wt％，所述纳米二氧化硅溶胶的pH为5
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11。
[0009]进一步优选的，所述纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的含量为25
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31wt％，所述纳米二氧化硅溶胶的pH为7
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11。
[0010]现有固体废弃物磷石膏的有效利用率较低，主要原因在于磷石膏力学性能不足且水稳定性较差，极大的限制了其在道路工程建设领域的应用，为了实现大宗固废磷石膏的充分利用，以二氧化硅为主要原料制备无机固化剂，通过对磷石膏的有效固化改善磷石膏的力学性能，克服磷石膏应用于道路工程建设的不足，专利技术人在探究过程中发现，不同的二氧化硅对于磷石膏的固化效果有较大的差异，当体系中的二氧化硅为纳米二氧化硅溶胶时，与磷石膏粉体充分接触，在压实的过程中，磷石膏中的自由水逐渐排出，颗粒之间的孔隙减少，体积缩小，颗粒之间的联系力增强，使磷石膏粉体永久固化，固化的密实性和强度较高，经过长时间使用后不会产生裂纹。而二氧化硅气凝胶在与水泥，磷石膏等原料固化后，后期固化后的材料内部形成许多不均匀的孔隙，大大降低了材料的防水抗渗性能和力学性能，这可能是由于二氧化硅气凝胶吸附较多的气体，在与磷石膏、水泥等原料混合过程中释放产生气泡，导致固化成型的在材料内部孔隙率升高。
[0011]专利技术人意外发现，纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的含量影响水泥水化的效果和固化后材料的力学性能，通过控制体系中纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的含量为14
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31wt％，尤其是含量为25
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31wt％的纳米二氧化硅溶胶，促进水泥早期水化，改善水泥浆体与磷石膏的过渡区，提高固化后的材料内部结构稳定性。专利技术人推测原因可能为，含量为25
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31wt％的纳米二氧化硅溶胶火山灰活性较高，能够与水泥浆体中的氢氧化钙反应形成凝胶，为水泥水化提供活性位点，促进水泥水化，填充于颗粒之间的空隙中，修饰材料内部的微观结构，降低孔隙率，提高力学性能。基于本专利技术体系，通过控制所述纳米二氧化硅溶胶的pH为5
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11，尤其是控制纳米二氧化硅溶胶的pH为7
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11，与磷石膏、水泥的碱性环境兼容，不容易发生团聚。而当纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的含量高于31wt％，pH低于5时，纳米二氧化硅不可避免的发生团聚，影响纳米二氧化硅与氢氧化钙的反应活性，影响水泥水化作用和固化效果，在材料中形成薄弱区，导致固化后材料的力学性能下降。进一步优选的，所述纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的含量为28wt％，PH为9。
[0012]在一种优选的实施方式中，所述的纳米二氧化硅溶胶为环氧基改性纳米硅溶胶、烷基改性纳米硅溶胶、有机硅改性纳米硅溶胶中的至少一种。
[0013]优选的，所述纳米二氧化硅溶胶为环氧基改性纳米硅溶胶，所述环氧基改性纳米硅溶胶的型号为SC
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102，来源于济南银丰硅制品有限责任公司。
[0014]基于本专利技术体系，采用纳米二氧化硅溶胶，与磷石膏、水泥等原料的固化效果好，固化后的材料具有良好的力学性能，但是与磷石膏、水泥等原料混合后的浆体流动性降低，这可能是由于纳米二氧化硅溶胶具有较高的比表面积和表面能，吸附浆体中的自由水，使浆体流动性降低。专利技术人在探究过程中发现，通过引入环氧基改性纳米硅溶胶，实现在磷石膏、水泥等原料中的良好分散，有效改善浆体流动性，专利技术人推测原因可能为，在纳米硅溶胶结构中引入环氧基，可以提高纳米硅溶胶的疏水性，降低纳米二氧化硅溶胶与浆体中自由水的结合，改善浆体流动性。此外，专利技术人意外发现，环氧基改性纳米硅溶胶的引入，在与磷石膏、水泥混合时形成较小的聚集体，较小的聚集体作为填料填充于磷石膏、水泥颗粒的空隙中，对粉体颗粒起到粘结的作用，降低孔隙率，提高固化后材料的劈裂强度、弯拉强度和无侧限抗压强度。而有机硅改性纳米硅溶胶在与磷石膏、水泥混合时形成的聚集体较大，较大的聚集体倾向于推开周围的粉体颗粒，导致空隙空间增大，同时较大的聚集体吸附大量的自由水，严重降低浆体流动度和固化后材料的力学性能。
[0015]在一种优选的实施方式中，所述金属氧化物选自氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化锆中的至少一种。
[0016]优选的，所述金属氧化物为氧化铝；优选的，所述氧化铝为纳米氧化铝溶胶，所述纳米氧化铝溶胶的粒径为10
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20nm。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固化效果好的无机固化剂，其特征在于，按重量份计，包括以下制备原料：硅基材料20
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30份、金属氧化物0.1
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5份、功能助剂0.1
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0.5份、水60
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72份。2.如权利要求1所述的一种固化效果好的无机固化剂，其特征在于，所述的硅基材料为无机硅基材料和/或有机硅基材料。3.如权利要求2所述的一种固化效果好的无机固化剂，其特征在于，所述的无机硅基材料为二氧化硅、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中的至少一种。4.如权利要求3所述的一种固化效果好的无机固化剂，其特征在于，所述的有机硅基材料为甲基硅酸钠、甲基硅酸钾中的至少一种。5.如权利要求1所述的一种固化效果好的无机固化剂，其特征在于，所述的金属氧化物选自氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化锆中的至少一种。6.如权利要求5所述的一种固化效果好的无机固化剂，其特征在于，所述金属氧化物为氧化铝。7.如权利要求6所述的一种固化效果好的无机固化剂，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李作斌，徐志，陈诚，翟申平，陈孝刚，杨翔，肖昶，
申请(专利权)人：湖北九厦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：