CN102924035B - 一种硅藻土地聚物胶凝材料的制备方法 - Google Patents

一种硅藻土地聚物胶凝材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅藻土地聚物胶凝材料的制备方法。在马弗炉中450℃下将硅藻土焙烧2个小时，然后冷却到室温后，再在400-550℃下焙烧2个小时；将蒸馏水、煅烧后的硅藻土、粉煤灰和碱激发剂混合，搅拌均匀后，再继续搅拌0.5-1小时，使聚合反应完全，蒸馏水、煅烧后的硅藻土和粉煤灰的重量百分比分别为：16-21%、60-74%、5-10%，碱激发剂模数为1.0-1.6；地聚合物聚合反应完全后，注入钢模，压实，用聚乙烯薄膜密封,在55-65oC干燥箱中养护24小时后脱模成型。我国丰富的硅藻土资源，同时粉煤灰大量积压，不仅占用大量土地而且严重污染环境，本发明将这些物质制备成地聚合物胶凝材料，以替代普通硅酸盐水泥，节能环保。

Description

一种硅藻土地聚物胶凝材料的制备方法
技术领域
本发明涉及无机胶凝材料领域，特别是以硅藻土为主要原料制备地聚合物胶凝材料的方法。
背景技术
地聚物胶凝材料最早是由法国科学家Joseph Davidovits 于1985 年在其美国专利中提出来的 ,是用来指代聚铝硅酸盐。1987年，Della.M. Roy ,宾州大学教授在“Science” 杂志上发表了名为 “New strong cement materials ：chemically bonded ceramics”的综述性论文，作者以水泥为对比，阐述了地聚物胶凝材料的优异性能，引起广泛关注。
地聚物胶凝材料表现出的比高分子材料、陶瓷、水泥、金属具有更高的耐高温性能和机械性能，其原因可归属于其独特的无机缩聚三维氧化物网络结构。此外，地聚物胶凝材料在生产过程中的低能耗和低“三废”排放量，对环境低污染，并且可以回收循环利用，被誉为具有可持续发展的“绿色环保材料”。
寻找可以部分替代水泥的新型胶凝材料，对于象我国这样能源比较紧张的国家具有特殊的意义。一方面水泥的生产耗能很大，占世界总能耗15%，同时我国水泥年产两亿吨以上，居世界之首，但我国水泥单位能耗达5280kJ/kg，相比世界水泥平均单位能耗3260kJ/kg高达60%，生产耗能问题尤为突出。
中国硅藻土资源丰富，探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石3.85亿吨，仅次于美国，居世界第二位。若选择硅藻土作为制备地聚物胶凝材料，一方面具有取材较容易，另一方面还有其独特的性质。硅藻土应用制作地聚物胶凝材料还未见文献报道，这可能与硅藻土中主要成分是二氧化硅，钙、铝等成分含量很低有关。因此，将资源丰富的硅藻土制备成地聚合物胶凝材料，以替代普通硅酸盐水泥的研究，不但具有很高的学术价值，而且必将对我国的经济建设带来深远有益的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅藻土地聚物胶凝材料的制备方法，制得的地聚物胶凝材料替代传统的硅酸盐水泥。
具体步骤为：
（1）原料与试剂准备：硅藻土（工业级）；粉煤灰（原灰）；水玻璃（工业级，波美度为39.7，W（Na2O）=8.75%，W（SiO2）=27.6%，模数为3.26，密度1.40g/mL）。
（2）不同模数碱激发剂的配制：根据原料水玻璃的模数3.26，固含量36.35%，密度1.40g/mL，计算出加入水玻璃的体积和氢氧化钠（以Na2O计）的质量来获得不同的模数。
（3）硅藻土的预处理：采用两步焙烧，在马弗炉中450℃下将硅藻土焙烧2个小时，然后冷却到室温后，再在400-550℃下焙烧2个小时；
（4）地聚合物制备：将蒸馏水、步骤（3）煅烧后的硅藻土、粉煤灰和碱激发剂混合，搅拌均匀后，再继续搅拌0.5-1小时，使聚合反应完全，蒸馏水、煅烧后的硅藻土和粉煤灰的重量百分比分别为：16-21%、60-74%和5-10%，碱激发剂模数为1.0-1.6。
（5）地聚合物胶凝材料成型：待步骤（4）地聚合物聚合反应完全后，注入钢模，压实，用聚乙烯薄膜密封,在55-65oC干燥箱中养护24小时后脱模成型。
我国丰富的硅藻土资源，同时粉煤灰大量积压，不仅占用大量土地而且严重污染环境，本发明将这些物质制备成地聚合物胶凝材料，以替代普通硅酸盐水泥，节能环保。
具体实施方式
实施例：
（1）原料与试剂准备：硅藻土（工业级）；粉煤灰（原灰，磨成约300目的粉末）；水玻璃（工业级，波美度为39.7，W（Na2O）=8.75%，W（SiO2）=27.6%，模数为3.26，密度1.40g/mL）。
（2）模数为1.2的碱激发剂的配制：根据原料水玻璃的模数3.26，固含量36.35%，密度1.40g/mL，计算量取29.5mL水玻璃和称取氢氧化钠（以Na2O计）质量8g.，混合后可获得模数为1.2的碱激发剂。
（3）硅藻土的预处理：采用两步焙烧，在马弗炉中450℃下将硅藻土样品焙烧2个小时，然后冷却到室温后，再在450℃下焙烧2个小时。
（4）地聚合物制备：将蒸馏水、煅烧后的硅藻土产物、粉煤灰和碱激发剂混合，搅拌均匀后，再继续搅拌0.5小时，使聚合反应完全，蒸馏水、煅烧后的硅藻土和粉煤灰的重量百分比分别为：20%、70%和10%，碱激发剂模数为1.2。
（5）地聚合物胶凝材料成型：待聚合反应完全后，注入钢模，压实，用聚乙烯薄膜密封,在60oC干燥箱中养护24小时后脱模成型。
按上述条件制备的地聚物胶凝材料样品，经测试其抗压强度43.6MPa，抗折强度达到5.35MPa。
高岭土是制备地聚物胶凝材料的常用原料，利用高岭土替代硅藻土，按上述条件制备的地聚物胶凝材料样品，其抗压强度18.9MPa，抗折强度5.95 MPa，这说明混合粉煤灰的硅藻土可以成为制备地聚物胶凝材料的理想原料。

Claims (1)

1.一种硅藻土地聚物胶凝材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）原料与试剂准备：硅藻土为工业级；粉煤灰为原灰；水玻璃为工业级：波美度为39.7，W以Na2O计=8.75%，W以SiO2计=27.6%，模数为3.26，密度1.40g/mL；
（2）不同模数碱激发剂的配制：根据原料水玻璃的模数3.26，固含量36.35%，密度1.40g/mL，计算出加入水玻璃的体积和氢氧化钠以Na2O计的质量来获得不同的模数；
（3）硅藻土的预处理：采用两步焙烧，在马弗炉中450℃下将硅藻土焙烧2个小时，然后冷却到室温后，再在400-550℃下焙烧2个小时；
（4）地聚合物制备：将蒸馏水、步骤（3）煅烧后的硅藻土、粉煤灰和碱激发剂混合，搅拌均匀后，再继续搅拌0.5-1小时，使聚合反应完全，蒸馏水、煅烧后的硅藻土和粉煤灰的重量百分比分别为：16-21%、60-74%和5-10%，碱激发剂模数为1.0-1.6；
（5）地聚合物胶凝材料成型：待步骤（4）地聚合物聚合反应完全后，注入钢模，压实，用聚乙烯薄膜密封,在55-65oC干燥箱中养护24小时后脱模成型。
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Tanakorn Phoo-ngernkham, et al..Workability and Compressive Strength of Geopolymer Mortar from Fly Ash Containing Diatomite.《KKU Engineering Journal》.2011,第38卷(第1期),11-26.
Workability and Compressive Strength of Geopolymer Mortar from Fly Ash Containing Diatomite;Tanakorn Phoo-ngernkham, et al.;《KKU Engineering Journal》;20110331;第38卷(第1期);11-26 *
不同煅烧工艺对硅藻土性能的影响研究现状;王娜 等;《中国非金属矿工业导刊》;20120630(第96期);16-20 *
王娜 等.不同煅烧工艺对硅藻土性能的影响研究现状.《中国非金属矿工业导刊》.2012,(第96期),16-20.

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