一种低收缩碱激发胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低收缩碱激发胶凝材料，包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料200

【技术实现步骤摘要】
一种低收缩碱激发胶凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，尤其涉及一种低收缩碱激发胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]碱激发胶凝材料指利用活性硅铝质材料与碱性溶液反应制备的无机硅铝质胶凝材料。其原料来源广泛(天然高岭土、工业固体废弃物赤泥、粉煤灰、玻璃粉、尾矿渣等)，且生产能耗仅硅酸盐水泥的60％，CO2排放仅硅酸盐水泥的10％
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20％。碱激发胶凝材料的反应产物主要为低Ca/Si比的C
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S
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H凝胶或高交联度的N
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A
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S
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H凝胶及少量的水滑石，或类沸石晶体，几乎不含氢氧化钙，孔溶液的碱度较高(pH＞13)，这使得其通常具有优异的力学性能、抗冻性、抗酸碱侵蚀等。因此，碱激发胶凝材料在航空工业、土木工程、道路快速抢修等方面具有广阔的应用前景。
[0003]尽管碱激发胶凝材料具有良好工程性能，但其反应过程会发生复杂的物理化学变化并伴随较大的体积变形。文献报道碱激发胶凝材料的总收缩变形是水泥基材料的6～10倍，碱矿渣水泥的最大干燥收缩可超过10000με，最大的自收缩可达到3000με。碱激发胶凝材料在凝结硬化过程中伴随较大的收缩变形，而早期基体形成的强度难以抵抗其变形引起的应力，这导致了碱激发胶凝材料在早期施工阶段便存在较高的收缩开裂的风险。此外，通过扫描电镜可以观察到碱激发胶凝材料基体存在大量的收缩裂缝，这也是其后期力学性能发生劣化的主要原因。此外，在碱激发胶凝材料的凝结硬化过程中，不同时期收缩变形的控制机制也不尽相同。如：碱激发胶凝材料浆体在初凝前，基体的收缩变形主要是其浆体的塑性收缩变形；而硬化过程中(浆体处于初凝到终凝)，基体的收缩变形主要为孔隙水的快速消耗引起的自收缩变形；在硬化后(终凝后)，基体的收缩变形主要是由于孔隙水分的蒸发引起的干燥收缩变形。
[0004]目前，国内外学者对碱激发胶凝材料收缩变形的抑制方法措施主要是借鉴水泥混凝土，通过掺入外加剂(如：膨胀剂，减缩剂，内养护法等)降低其收缩变形。常用膨胀剂主要膨胀剂主要是氧化钙，氧化镁及硫铝酸盐矿物，这些物质经过水化会形成氢氧化钙、氢氧化镁、钙矾石，并伴随微膨胀发生进而降低了基体的收缩变形。常用的减缩剂为醇类或聚醚类的有机物，其作用机理主要是通过降低孔隙液的便面张力，降低水分的挥发，减小收缩应力。内养护法是通过掺入具有蓄水
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保水组分的内养护剂，实现胶凝材料的持续补水及延缓材料内部相对湿度的降低，减少毛细孔负压进而降低收缩。尽管这些方法在一定程度降低了碱激发胶凝材料的收缩变形，但其总的收缩变形依然很高。这主要是由于常用的钙镁质膨胀剂水化形成的Ca(OH)2和Mg(OH)2，这些碱性氧化物可以作为激发剂参与碱激发胶凝材料的反应过程，从而导致了无效的膨胀作用。更为重要的是氧化钙及氧化镁的水化速度过快，其膨胀作用通常发生在浆体骨架结构形成前(即塑性阶段)，导致膨胀历程调节性较差。此外，碱激发胶凝材料是一种高碱度体系，大多数有机物与高碱环境是不兼容的，这也导致了减缩剂的减缩作用失效。因此，机械的参考水泥混凝土抑制收缩变形的方法，通常也会导
致外加剂的减缩作用与碱激发胶凝材料收缩变形历程不匹配。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种低收缩碱激发胶凝材料极其制备方法。本专利技术提出使用不同的方法及措施对不同阶段的碱激发胶凝材料的收缩变形进行抑制，制备出了兼力学性能及低收缩变形的胶凝材料。本专利技术的收缩碱激发胶凝材料以工业废弃物为主，且对其抗压强度的发展无任何不利影响，价格低廉，性能稳定。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种低收缩碱激发胶凝材料，包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料200
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300份、天然骨料50
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150份、再生混凝土骨料50
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100份、碱激发剂10
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20份、内养护剂1
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5份、垃圾焚烧飞灰20
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30份、改性膨胀剂5
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10份、钢渣粉10
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15份、水60
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180份。
[0008]进一步的，包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料220份、天然骨料75份、再生混凝土骨料95份、碱激发剂12份、内养护剂2.5份、垃圾焚烧飞灰21份、改性膨胀剂6份、钢渣粉11份、水70份。
[0009]进一步的，包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料250份、天然骨料100份、再生混凝土骨料85份、碱激发剂15份、内养护剂4份、垃圾焚烧飞灰28份、改性膨胀剂8份、钢渣粉13份、水125份。
[0010]进一步的，包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料280份、天然骨料140份、再生混凝土骨料80份、碱激发剂18份、内养护剂4份、垃圾焚烧飞灰28份、改性膨胀剂8份、钢渣粉14份、水170份。
[0011]进一步的，所述改性膨胀剂为碳化改性的氧化镁。
[0012]进一步的，所述改性膨胀剂的制备方法包括：
[0013]1)将菱镁矿石经破碎、粉磨至粒径为750
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850目的粉体，经820
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950℃煅烧0.8
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1.2小时(优选1h)，得膨胀剂；
[0014]2)将膨胀剂至于气氛炉内，通入相对湿度为75
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95％的CO2气体，在600℃的温度下，以3.5～5.5L/h的CO2流速反应30min～60min，使碳酸镁/氧化镁的质量比值为0.5％
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10％，得改性膨胀剂。
[0015]在隔氧环境中对所述的氧化镁粉体进行处理，通入CO2气体可以导致所述的氧化镁粉体表面形成碳酸镁层，致密的碳酸镁层可以延缓塑性阶段碱激发胶凝材料浆体的水化速率，提升凝结硬化后期的膨胀效能，有效降低碱激发材料的干燥收缩变形。
[0016]进一步的，所述硅铝质材料包括粉煤灰、偏高岭土、矿渣粉、提钛尾渣、玻璃粉的一种或多种复合；所述碱激发剂为速溶硅酸钾、速溶硅酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠的一种或多种复合。
[0017]进一步的，所述天然骨料、再生混凝土骨料的粒径均在4.75mm～20mm之间，所述垃圾焚烧飞灰含有超过80％的硫酸钠，且其颗粒尺寸的平均粒径为20μm
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35μm。
[0018]在本专利技术中，垃圾焚烧飞灰含有大量的硫酸钠晶体，在碱激发凝胶凝材料的反应过程中，硫酸钠晶体会逐渐吸水形成十水硫酸钠，这个过程中可以导致体积可以增加约315倍；此外，硫酸钠可以改变铝相的反应历程，降低了硅铝原材料的反应速率，减少了孔隙水分的消耗，并与溶解出的铝单元体反应形成具有微膨胀效应的钙矾石；这些可膨胀硫酸钠
及钙矾石可以有效的降低凝结硬化过程中产生的干燥收缩变形及自收缩变形。
[0019]进一步的，所述内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低收缩碱激发胶凝材料，其特征在于：包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料200
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300份、天然骨料50
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150份、再生混凝土骨料50
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100份、碱激发剂10
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20份、内养护剂1
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5份、垃圾焚烧飞灰20
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30份、改性膨胀剂5
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10份、钢渣粉10
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15份、水60
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180份。2.根据权利要求1所述的低收缩碱激发胶凝材料，其特征在于：包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料220份、天然骨料75份、再生混凝土骨料95份、碱激发剂12份、内养护剂2.5份、垃圾焚烧飞灰21份、改性膨胀剂6份、钢渣粉11份、水70份。3.根据权利要求1所述的低收缩碱激发胶凝材料，其特征在于：包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料250份、天然骨料100份、再生混凝土骨料85份、碱激发剂15份、内养护剂4份、垃圾焚烧飞灰28份、改性膨胀剂8份、钢渣粉13份、水125份。4.根据权利要求1所述的低收缩碱激发胶凝材料，其特征在于：包括以下重量份的制备原料：硅铝质材料280份、天然骨料140份、再生混凝土骨料80份、碱激发剂18份、内养护剂4份、垃圾焚烧飞灰28份、改性膨胀剂8份、钢渣粉14份、水170份。5.根据权利要求1
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4任一项所述的低收缩碱激发胶凝材料，其特征在于：所述改性膨胀剂为碳化改性的氧化镁。6.根据权利要求5所述的低收缩碱激发胶凝材料，其特征在于：所述改性膨胀剂的制备方法包括：1)将菱镁矿石经破碎、粉磨至粒径为750
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙科科，李京军，李哲，蔡亚梅，马宗杰，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：