本发明专利技术涉及一种改善粉煤灰基无机聚合物力学性能的复合胶凝材料及其制备方法，其原料组成：粉煤灰１３５０克，硅粉１５０克，偏硅酸钠２２５或３００克，水３０７或２６４克（水＋Ｎａ２ＳｉＯ２.９Ｈ２Ｏ中的结晶水：粉煤灰及硅粉＝０．２９），苯乙烯－丙烯酸丁酯－丙烯酸三元共聚物树脂乳液为粉煤灰及硅粉重量的０．５％～３％；用偏硅酸钠激发二元复配的粉煤灰和硅粉；或将三元共聚物树脂乳液掺入偏硅酸钠激发的二元复配的粉煤灰和硅粉中室温制备而成。其２８天龄期的最佳抗压强度比粉煤灰基无机聚合物增加了１６．０８ＭＰａ，２８天龄期的抗折强度增加了３．３２ＭＰａ。三元共聚物树脂乳液的掺入，能显著的改善粉煤灰基胶凝材料的力学性能；本发明专利技术是一种无需加热，无三废排放，工艺简单的绿色制备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机与无机复合材料领域，具体涉及一种有机高分子树脂乳液与粉煤 灰(无机铝硅酸盐)在碱性激发剂的作用下，生成无机聚合物复合胶凝材料的制备方法。
技术介绍
粉煤灰是火力发电厂的煤粉进入1300 1500°C的燃煤锅炉后排放的收尘灰粉。 近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7. 3%,电力工业的迅速发展，带来 了粉煤灰排放量的急剧增加，1995年粉煤灰的排放量为1. 25亿吨，2000年约为1. 5亿吨， 到2010年将达到4亿吨。在今后相当长的时期内，火力发电仍然是我国电力工业的主流， 粉煤灰的产量也会随之快速增长。大量的粉煤灰长期堆放不仅占用大量的良田，日晒雨淋， 会渗入地下，或流入江海，给生态环境造成巨大的压力。在大力倡导的“减量化、再利用、资 源化”的循环经济的当今，利用大量的粉煤灰制备新型的无机聚合物胶凝材料，以替代水泥 材料作为新型建筑胶凝材料，使水泥的产量减少，节约石灰石资源以及水泥熟料烧成过程 中的高能耗和高污染，间接达到减排C02的目的，是粉煤灰高附加值利用的有效途径之一。无机聚合物铝硅酸盐胶凝材料是由天然矿物(高岭土、火山灰)以及铝硅酸盐工 业固体废弃物(粉煤灰、煤矸石、矿渣、钢渣、磷渣等)在碱性激发剂的作用下，发生硅氧 键和铝氧键的断裂，再通过缩聚反应，形成4与。J.Davidovits于1985年在申请的美国专利中提出了 "Geopolymer"的新概念。不同研究者将其称为“碱激发胶凝材料”，“地质聚合物”，“土 壤聚合物”，“无机聚合物”等，但都从不同侧面反映了由硅氧铝形成的网络结构的本质。利用KOH，NaOH, Na2Si03等碱性物质与粉煤灰反应制备无机聚合物胶凝材料有诸 多报导，由于粉煤灰与碱反应的活化能比较高，通常需要在一定温度(50-90°C)下养护，有 利于缩短生成无机胶凝材料的凝结时间并加快抗压强度的发展。同时，为了节约制 备成本，简化工艺过程，J. Temuujin等人探讨了室温养护条件下制备粉煤灰基无机聚 合物胶凝材料的工艺路线。S.Frantisek等人专利技术了利用碱激发粉煤灰制备无机 聚合物的专利。Sim等人报导了一种PVA纤维增韧的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料，PVA 纤维的最佳掺量为粉煤灰的1%。Hu等人制备了以沸石及斑脱土作为添加剂的碱激 发粉煤灰基无机聚合物胶凝材料。D.R.M.Brew等人探索了利用硅灰的碱溶液形成 的偏硅酸钠与铝酸钠溶液进行溶胶_凝胶缩聚反应制备无机聚合物胶凝材料。N. Mamoru 等人的专利技术专利报导了工业废弃物粉煤灰固化成型的方法，将碱液与粉煤灰、硅灰 (加入量3-50% )在加热加压的模具中加热加压使其硬化成型，具体的加热固化温度为 100-200°C，施加压力2-16MPa。当加热温度为200°C，施加压力为ll_16MPa时，其成型件的 抗压强度为140MPa。根据申请人所检索的大量相关文献资料，仅发现一项涉及碱激发粉煤灰与硅灰制 备无机聚合物胶凝材料的专利报导。但该方法是在加热温度为100-200°C，施加压力为2_16MPa的苛刻条件下，使碱激发粉煤灰与硅灰固化，生成具有一定抗压强度的无机聚 合物胶凝材料。而本专利技术是采用碱性激发剂与粉煤灰及硅粉反应，同时掺入苯乙烯_丙烯 酸丁酯_丙烯酸三元共聚物树脂乳液对碱性激发剂粉煤灰基无机聚合物进行增韧改性，继 而在室温条件下自然硬化，无需任何加热加压条件，故与N. Mamoru等人报导的专利有 本质区别。根据申请人所检索的大量 文献资料，没有发现苯乙烯_丙烯酸丁酯_丙烯酸三 元共聚物对粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料增韧改性的相关专利及文献报导。以下是专利技术人给出的参考文献J. Davidovits, R. Davidovits, Poly(sialate-disiloxo)-based geopolymericcement and production method thereof，U S Patent 7，229，491 (2007) D. Khat e , R. Chaudhary, Mechanism of geopo 1 ymer i zat ion and factorsinfluencing its development :a review,J. Mater.Sci.42 (2007)729-746. P. Duxson, A. Fernandez-Jimenez，J. L. Provis, G. C. Lukey，A. Palomo， J.S. J. van Deventer,Geopolymer technology :the current state of the art,J. Mater. Sci. 42(9) (2007)2917-2933.J.Davidovits, Early high strength minerial polymer, US Patent 4，509,985(1985).Frantisek Skvaraa，Lubomir Kopecky, VIt Smilauerb，Zdenek Bittnar， Material and structural characterization of alkali activated low-calciumbrown coal fly ash，J. Hazard. Mater. 168 (2009) 711-720.Xiaolu Guo，Huisheng Shi, Warren A.Dick, Compressive strength andmicrostructural characteristics of class C fly ash geopolymer, Cem. Concr. Compos. 32(2010) 142-147. G. Kovalchuk, A. Fernandez-Jimenez, A. Palomo, Alkali-activated fly ash :Effect of thermal curing conditions on mechanical and microstructuraldevelopment-Part II，Fuel 86 (2007)315-322. I. Garcia-Lodeiro, A . Palomo，A . Fernandez-Jimenez , A1kali—aggregatereaction in activated fly ash systems, Cem.Concr. Res. 37(2007) 175-183.T.Bakharev, Geopolymeric materials prepared using Class F f ly ash andelevated temperature curing, Cem.Concr. Res. 35(2005) 1224-1232.A. Palomo, M. W. Grutzek，M. T. Blanco，Alkali-activated fly ashes :a cementfor the future. Cem. Concr. Res. 2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改善无机聚合物力学性能的胶凝材料，其特征在于，该无机聚合物胶凝材料包括下述重量比的原料： 粉煤灰及硅粉 １５００克； 偏硅酸钠Ｎａ↓［２］ＳｉＯ↓［２］×９Ｈ↓［２］Ｏ ２２５克； 水 ３０７克。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张耀君，王亚超，徐德龙，刘礼才，桂根生，郭卫鹏，陈笃平，靳朝，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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