CN108046669B - 地质聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地质聚合物及其制备方法和应用，上述地质聚合物至少由粉煤灰、盾构渣土以及碱性激发剂为原料制备而成，盾构渣土的主要成分为黏土，粉煤灰与烘干后的盾构渣土的质量比为1～2∶3；粉煤灰和烘干后的盾构渣土的混合物与碱性激发剂的质量比为1∶0.14～0.18。该地质聚合物，将高含泥率盾构渣土进行资源化利用，制备原料不包括任何类型的水泥和石灰等传统胶凝材料，避免较大的碳排放量，成本低；上述地质聚合物强度高且耐水性好。上述地质聚合物的制备方法，将碱性激发剂采用喷雾的方式加入到粉煤灰与盾构渣土的混合物中，避免出现较大的团粒；并将混合湿料在模具中压紧从而使地质聚合物试件具有较高强度和耐水性。

Description

地质聚合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及渣土的回收利用技术领域，特别地，涉及一种地质聚合物。此外，本发明还涉及一种地质聚合物的制备方法和应用。
背景技术
地质聚合物是一种新型绿色建材，可用富含硅铝成分的固体废弃物、矿物与碱溶液或碱金属硅酸盐溶液反应制备，特别是偏高岭土、粉煤灰或矿渣等废弃物或矿物。目前，我国75％的电力由火力发电站供应，火电厂燃煤产生大量粉煤灰，随着用电量增加，电厂排除的粉煤灰也在急剧增加。粉煤灰来源广、成本低，且某些性能优于偏高岭土，所以采用粉煤灰制作地质聚合物具有广泛的发展前景。
随着城市开发建设的发展，尤其是近年来地铁建设的高速发展，产生了大量的建筑渣土，渣土的排放与处置，成为困扰城市环境治理的一大难题。盾构机掘进是国内地铁开挖普遍采用的施工方法，其产生的盾构渣土含水率高、危害性大。总的来说，盾构渣土是一种土石混合物，由碎石、砂、黏土以及水组成，其各组分含量主要受原始地层特征影响。如，盾构机在各种微风化岩层掘进时，渣土主要成分为碎石和石粉，无论是筛分和脱水都比较容易，经过简单处理即可资源化利用；在粉砂层和风化砂岩掘进时，渣土含砂率较高，经处理可用作注浆材料；而在各种高度风化的黏土岩或土层掘进时，产生的渣土含泥量较高，由于泥块粘性大，资源化利用难度高。有企业尝试用上述高含泥率盾构渣土烧制标准砖，一方面烧结法能耗大、污染环境，另一方面烧砖厂一般在郊区，而大型开挖项目都在城区，渣土运输成本大。因此，开展高含泥率盾构渣土的资源化利用，具有重要的经济效益和环境效益。
发明内容
本发明提供了一种地质聚合物及其制备方法和应用，以解决高含泥率盾构渣土难于资源化利用的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种地质聚合物，其至少由粉煤灰、盾构渣土以及碱性激发剂为原料制备而成，盾构渣土的主要成分为黏土，粉煤灰与烘干后的盾构渣土的质量比为1～2∶3；粉煤灰和烘干后的盾构渣土的混合物与碱性激发剂的质量比为1∶0.14～0.18。
进一步地，盾构渣土使用前需要烘干和粉碎。
进一步地，盾构渣土粉碎后筛分，使其粒径小于2mm。
进一步地，粉煤灰与烘干后的盾构渣土含水率均小于3％。
进一步地，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液。
根据本发明的另一方面，还提供了上述地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将盾构渣土烘干、粉碎，得到处理后的盾构渣土；将处理后的盾构渣土与粉煤灰按比例混合得到混合物；
(2)将碱性激发剂采用喷雾的方式加入到步骤(1)的混合物中，搅拌，得到混合湿料；
(3)将步骤(2)得到的混合湿料装入模具中并压紧，静置后脱模，即可得到地质聚合物。
进一步地，步骤(1)中将盾构渣土粉碎后进行筛分，取粒径小于2mm的盾构渣土与粉煤灰混合。
进一步地，粉煤灰的粒径小于2mm。
进一步地，步骤(2)中采用密闭的喷雾搅拌装置将碱性激发剂加入到混合物中。
进一步地，步骤(2)中搅拌时间为5～10min。
进一步地，步骤(3)具体为：将混合湿料装入模具中，边装边压实，直至装满模具；然后在液压试验机上将混合湿料压紧，液压试验机的压力逐渐增至10～12MPa后卸载，静置后脱模。
进一步地，步骤(3)中静置时间为20～28h。
进一步地，步骤(3)中脱模后养护30～40天。
进一步地，步骤(2)中碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，NaOH溶液的浓度为8～12mol/L，水玻璃的模数为2.4～3.2。
进一步地，步骤(3)中混合湿料装入模具前，在模具内壁涂抹矿物油。
进一步地，步骤(3)中脱模的方式为采用软质锤子锤击或静压将成型的混合湿料推出。
根据本发明的另一方面，还提供了上述地质聚合物或上述制备方法制备得到的地质聚合物在建材产品的应用。
进一步地，建材产品为标准砖、路面砖、园林景观挡土石、路缘石、植草砖、护坡砖、预制排水沟、挡墙砌块中的一种或几种。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的地质聚合物，采用粉煤灰、高含泥率盾构渣土及碱性激发剂为原料制备而成，其中高含泥率盾构渣土主要成份为黏土，经过烘干后作为细骨料，粉煤灰为火山灰材料，制备原料不包括任何类型的水泥和石灰等传统胶凝材料，避免较大的碳排放量，成本低，对高含泥率盾构渣土进行资源化利用；上述地质聚合物具有极低孔隙率和极小的渗透系数，强度高且耐水性好；地质聚合物为氧化物网络结构体系，不会氧化和分解，具有很好的耐久性，可以用于建材产品，也可用于水下建筑、耐酸、耐碱、耐高温建筑等。
2、本发明的地质聚合物的制备方法，对高含泥率盾构渣土进行了资源化利用，不仅消化了盾构渣土，减少固体废弃物的排放，而且产生了经济效益。将碱性激发剂采用喷雾的方式加入到粉煤灰与处理后的盾构渣土的混合物中，使得混合物颗粒均匀湿润，避免出现较大的团粒；并将混合湿料在模具中压紧，减少了混合湿料的孔隙率，提高其密实度，从而使所得的地质聚合物试件具有较高强度和很好的耐水性。
3、本发明的地质聚合物的制备方法，工艺简单，反应条件温和，重复性好，适合规模化生产。
4、本发明的地质聚合物在建材产品中的应用，消化高含泥率盾构渣土，减少固体废弃物的排放，解决城市环境治理问题，同时也产生了长远的经济效益。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明土地质聚合物制备方法的流程示意图；
图2是本发明优选实施例1地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图3是本发明优选实施例1地质聚合物的破坏形态示意图。
图4是本发明优选实施例2地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图5是本发明优选实施例2地质聚合物的破坏形态示意图。
图6是本发明优选实施例3地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图7是本发明优选实施例3地质聚合物的破坏形态示意图。
图8是本发明优选实施例4地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图9是本发明优选实施例4地质聚合物的破坏形态示意图。
图10是本发明优选实施例5地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图11是本发明优选实施例5地质聚合物的破坏形态示意图。
图12是本发明优选实施例6地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图13是本发明优选实施例6地质聚合物的破坏形态示意图。
图14是本发明优选实施例7地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图15是本发明优选实施例7地质聚合物的破坏形态示意图。
图16是本发明优选实施例8地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图17是本发明优选实施例8地质聚合物的破坏形态示意图。
图18是本发明优选实施例9地质聚合物的单轴压缩应力应变曲线示意图；
图19是本发明优选实施例9地质聚合物的破坏形态示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种地质聚合物，其至少由粉煤灰、盾构渣土以及碱性激发剂为原料制备而成，盾构渣土的主要成分为黏土，粉煤灰与烘干后的盾构渣土的质量比为1～2∶3；粉煤灰和烘干后的盾构渣土的混合物与所述碱性激发剂的质量比为1∶0.14～0.18。
上述盾构渣土为盾构机在各种高度风化的黏土岩或土层掘进时产生的含泥量较高的渣土，由于泥块粘性大，资源化利用难度高。将上述盾构渣土应用于地质聚合物的制备，不仅消化了盾构渣土，减少固体废弃物的排放，而且产生了经济效益。
上述地质聚合物，采用粉煤灰、高含泥率盾构渣土及碱性激发剂为原料制备而成，其中高含泥率盾构渣土主要成份为黏土，经过烘干后作为细骨料，粉煤灰为火山灰材料，制备原料不包括任何类型的水泥和石灰等传统胶凝材料，避免较大的碳排放量，成本低，实现了高含泥率盾构渣土的资源化利用；上述地质聚合物具有极低孔隙率和极小的渗透系数，强度高且耐水性好；地质聚合物为氧化物网络结构体系，不会氧化和分解，具有很好的耐久性，可以用于建材产品，建材产品包括标准砖、路面砖、园林景观挡土石、路缘石、植草砖、护坡砖、预制排水沟、挡墙砌块中的一种或多种，也可用于水下建筑、耐酸、耐碱、耐高温建筑等。
优选的，盾构渣土使用前需要烘干和粉碎。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，含水率较高，在使用其制备地质聚合物之前需要进行烘干；当使用的盾构渣土含水率大于40％时，烘干前需要进行脱水。粉碎有利于盾构渣土与粉煤灰的充分混合，并能够提高所得到的地质聚合物的强度。
优选的，盾构渣土粉碎后筛分，使其粒径小于2mm。上述采用盾构渣土的粒径小于2mm，一方面有助于其与粉煤灰充分混合，保证混合料的均匀特性，提高所制试块的强度；另一方面避免大块泥团导致的局部强度下降。
优选的，粉煤灰与烘干后的盾构渣土含水率均小于3％。上述采用含水率低于3％的粉煤灰与盾构渣土，一方面便于将上述原料磨成细粉，选取粒径小于2mm的粉末；另一方面，较低的含水率能够使粉煤灰与盾构渣土充分混合均匀，加入碱性激发剂拌和并压紧后，密实度更高，进一步提高所得地质聚合物的强度。
优选的，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液。其中，NaOH溶液的浓度为8～12mol/L，水玻璃的模数为2.4～3.2。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了上述地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将盾构渣土烘干、粉碎，得到处理后的盾构渣土；将处理后的盾构渣土与粉煤灰按比例混合得到混合物；
(2)将碱性激发剂采用喷雾的方式加入到步骤(1)的混合物中，搅拌，得到混合湿料；
(3)将步骤(2)得到的混合湿料装入模具中并压紧，静置后脱模，即可得到地质聚合物。
上述步骤(1)中将烘干、粉碎得到的盾构渣土与粉煤灰按比例混合后，干拌5分钟，混合均匀，得到混合物。
上述的地质聚合物的制备方法，对高含泥率盾构渣土进行了资源化利用，不仅消化了盾构渣土，减少固体废弃物的排放，而且产生了经济效益。将碱性激发剂采用喷雾的方式加入到粉煤灰与处理后的盾构渣土的混合物中，使得混合物颗粒均匀湿润，避免出现较大的团粒；并将混合湿料在模具中压紧，减少了混合湿料的孔隙率，提高其密实度，从而使所制得的地质聚合物试件具有较高强度和很好的耐水性。上述地质聚合物的制备方法，工艺简单，反应条件温和，重复性好，适合规模化生产。
优选的，步骤(1)中将盾构渣土粉碎后进行筛分，取粒径小于2mm的盾构渣土与粉煤灰混合。优选的，粉煤灰的粒径小于2mm。上述步骤(1)中将盾构渣土烘干、粉碎得到的细颗粒过2mm筛，即可得到粒径小于2mm的盾构渣土。粉煤灰样品磨细粉并过2mm筛，即可得到粒径小于2mm的粉煤灰。上述采用盾构渣土和粉煤灰的粒径均小于2mm，一方面有助于其与粉煤灰充分混合，保证混合料的均匀特性，提高所制地质聚合物试块的强度；另一方面避免大块泥团导致的局部强度下降。
优选的，步骤(2)中采用密闭的喷雾搅拌装置将碱性激发剂加入到混合物中。采用密闭的喷雾搅拌装置，边搅拌粉煤灰与处理后的盾构渣土的干料，边将激发剂以雾状形式喷入，避免湿润不均，引起成团。
优选的，步骤(2)中搅拌时间为5～10min。上述步骤(2)中加入碱性激发剂后搅拌时间不能太短也不能太长，搅拌时间过短，粉煤灰、处理后的盾构渣土与碱性激发剂不能充分接触，从而导致湿润程度不均；搅拌时间过长，上述物质已经发生了反应，此时再继续搅拌会破坏产生的地质聚合物。
优选的，步骤(3)具体为：将混合湿料装入模具中，边装边压实，直至装满模具；然后在液压试验机上将混合湿料压紧，液压试验机的压力逐渐增至10～12MPa后卸载，静置后脱模。上述将混合湿料边装边压实且在液压控制的压力机上成型时，采用缓慢加载，逐渐增大压力至10～12MPa，在到达最大压力后，持续5s，然后卸载压力。通过静压提高混合湿料的密实度，从而提高地质聚合物的强度。上述操作过程中，施加压力过小，会导致混合湿料密实度不够，强度偏低；施加压力过大，则混合湿料从压头与模具间隙挤出。上述混合湿料在脱模之前进行静置，能够使模具中的混合湿料在常温下充分反应，从而使地质聚合物的强度明显提高。
优选的，步骤(3)中静置时间为20～28小时。优选的，步骤(3)中脱模后养护30～40天。采用上述静置、养护时间能够使混合湿料在常温下反应完全，从而使地质聚合物成型效果更好，强度更高。
优选的，步骤(2)中碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，NaOH溶液的浓度为8～12mol/L，水玻璃的模数为2.4～3.2。采用水玻璃与NaOH溶液的混合液作为碱性激发剂，使之与粉煤灰的反应更加完全，使得到的地质聚合物强度更高。
优选的，步骤(3)中混合湿料装入模具前，在模具内壁涂抹矿物油。上述操作有利于混合湿料在成型后脱模。
优选的，步骤(3)中脱模的方式为采用软质锤子锤击或静压将成型的混合湿料推出。上述混合湿料成型过程中其与模具间隙被充满，摩擦力较大，导致脱模困难；再加上地质聚合物前期的强度不高，不能承受较大荷载，脱模时采用软质锤子如木棒锤击或静压方式将混合湿料推出，避免在地质聚合物内部产生初始损伤，造成最终强度偏低。
作为一个总的发明构思，还提供了上述地质聚合物或上述制备方法制备得到的地质聚合物在建材产品的应用。上述使用地质聚合物制造新的建材产品，不仅消化渣土，减少固体废弃物排放，解决城市环境治理问题，并且产生了长远的经济效益。
优选的，建材产品为标准砖、路面砖、园林景观挡土石、路缘石、植草砖、护坡砖、预制排水沟、挡墙砌块中的一种或几种。上述地质聚合物或者上述制备方法制备得到的地质聚合物主要应用于上述一种或几种建材产品，不仅消耗了高含泥率盾构渣土，保护环境，而且经济效益显著。
以下实施例中，各种试剂均为市售。
实施例1
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按3∶1的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.14∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为1.8∶1，NaOH浓度8mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
上述地质聚合物的制备方法如下：
(1)将高含泥率盾构渣土烘干，再粉碎，过2mm的筛，得到粒径小于2mm的盾构渣土，即细粒土；将干燥的粉煤灰磨成细粉，并过2mm的筛，得到粒径小于2mm的粉煤灰，即细灰；将上述得到的细粒土与细灰混合，干拌5min，直至均匀，获得混合物。(2)在密闭的喷雾搅拌装置中将碱性激发剂采用喷雾方式加入到混合物中，搅拌10分钟，直至所有物料湿润程度接近得到混合湿料。(3)将上述混合湿料装入直径50mm、高度100mm的铁制模具，边装边人工压实，再用10MPa的荷载将物料压紧，静置24小时后脱模得到上述地质聚合物，然后在常温常湿条件下养护35天。参照图1，为制备地质聚合物的流程图。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图2，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为13.05MPa、11.785MPa、13.001MPa。参照图3，地质聚合物的试件破坏后的碎片较短，贯通性不强，顶部形成的破坏锥较明显。
实施例2
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按3∶1的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.16∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为2∶1，NaOH浓度10mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
本实施例制备地质聚合物的方法与实施例1相同。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图4，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为18.463MPa、22.235MPa、20.098MPa。参照图5，地质聚合物的试件破坏后，底部形成明显的圆锥体。
实施例3
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按3∶1的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.18∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为2.2∶1，NaOH浓度12mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
本实施例制备地质聚合物的方法与实施例1相同。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图6，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为18.321MPa、18.192MPa、16.1MPa。参照图7，地质聚合物的试件破坏后，顶部形成明显的圆锥体。
实施例4
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按2∶1的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.16∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为1.8∶1，NaOH浓度12mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
本实施例制备地质聚合物的方法与实施例1相同。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图8，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为24.991MPa、26.922MPa、26.624MPa。参照图9，地质聚合物的试件破坏后，碎片贯通性好，底部形成明显的圆锥体，表明强度充分发挥。
实施例5
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按2∶1的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.18∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为2∶1，NaOH浓度8mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
本实施例制备地质聚合物的方法与实施例1相同。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图10，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为21.563MPa、21.168MPa、21.129MPa。参照图11，地质聚合物的试件破坏后，接近于圆锥形破坏，外部碎块贯通性较好。
实施例6
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按2∶1的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.14∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为2.2∶1，NaOH浓度10mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
本实施例制备地质聚合物的方法与实施例1相同。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图12，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为14.510MPa、13.591MPa、13.501MPa。参照图13，地质聚合物的试件破坏后，接近整体剪切破坏，产生的碎块大小差异较大，厚薄不均。
实施例7
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按3∶2的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.18∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为1.8∶1，NaOH浓度10mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
本实施例制备地质聚合物的方法与实施例1相同。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图14，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为25.988MPa、25.785MPa、27.455MPa。参照图15，地质聚合物的试件破坏后，***呈整体条块状剥落，碎块贯通性很好。
实施例8
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按3∶2的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.14∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为2∶1，NaOH浓度12mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
本实施例制备地质聚合物的方法与实施例1相同。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图16，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为15.848MPa、18.067MPa、16.86MPa。参照图17，地质聚合物的试件破坏后，接近剪切破坏形状，碎块大小不均。
实施例9
地质聚合物由以下原料制备而成：粒径均小于2mm且含水率均小于3％的经烘干、粉碎和筛分处理后的盾构渣土与粉煤灰按3∶2的质量比进行混合形成混合物，碱性激发剂与混合物的质量比为0.16∶1，其中，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，水玻璃溶液与NaOH溶液的质量比为2.2∶1，NaOH浓度8mol/L，水玻璃模数3.0。上述盾构渣土为高含泥率盾构渣土，主要成分为黏土。
本实施例制备地质聚合物的方法与实施例1相同。
将上述地质聚合物的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图18，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度分别为15.216MPa、17.068MPa、15.641MPa。参照图19，地质聚合物的试件破坏后，接近剪切破坏形状，碎块大小不均。
上述实施例1～9地质聚合物的制备方法中各参数由正交试验方案设计得到，将正交实验结果进行分析，得到表1。由表1结果可知，各因素对地聚物强度影响：碱性激发剂与粉煤灰和烘干后盾构渣土的混合物质量比>水玻璃与NaOH溶液质量比>NaOH浓度>粉煤灰与烘干后的盾构渣土质量比，最佳碱性激发剂/混合物质量比0.18，最佳水玻璃/NaOH溶液质量比为1.8，最佳NaOH浓度12mol/L，最佳粉煤灰与烘干后的盾构渣土质量比1/2，并且可以看出NaOH溶液的摩尔浓度大于10mol/L后影响较小。
表1正交试验设计及结果
Figure BDA0001514442870000091
Figure BDA0001514442870000101
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种地质聚合物，其特征在于，
所述地质聚合物至少由粉煤灰、盾构渣土以及碱性激发剂为原料制备而成，所述盾构渣土的主要成分为黏土，所述粉煤灰与烘干后的所述盾构渣土的质量比为1～2∶3；所述粉煤灰和烘干后的所述盾构渣土的混合物与所述碱性激发剂的质量比为1∶0.14～0.18；
所述碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液。
2.根据权利要求1所述的地质聚合物，其特征在于，
所述盾构渣土使用前需要烘干和粉碎。
3.根据权利要求2所述的地质聚合物，其特征在于，
所述盾构渣土粉碎后筛分，使其粒径小于2mm。
4.根据权利要求1所述的地质聚合物，其特征在于，
所述粉煤灰与烘干后的所述盾构渣土含水率均小于3％。
5.一种权利要求1至4任一项所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述盾构渣土烘干、粉碎，得到处理后的所述盾构渣土；将处理后的所述盾构渣土与所述粉煤灰按比例混合得到混合物；
(2)将碱性激发剂采用喷雾的方式加入到所述步骤(1)的混合物中，搅拌，得到混合湿料；
(3)将所述步骤(2)得到的混合湿料装入模具中并压紧，静置后脱模，即可得到所述地质聚合物。
6.根据权利要求5所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，
所述步骤(1)中将所述盾构渣土粉碎后进行筛分，取粒径小于2mm的所述盾构渣土与所述粉煤灰混合；和/或
所述粉煤灰的粒径小于2mm。
7.根据权利要求5所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，
所述步骤(2)中采用密闭的喷雾搅拌装置将所述碱性激发剂加入到所述混合物中；和/或
所述步骤(2)中搅拌时间为5～10min。
8.根据权利要求5所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，
所述步骤(3)具体为：将所述混合湿料装入模具中，边装边压实，直至装满模具；然后在液压试验机上将所述混合湿料压紧，所述液压试验机的压力逐渐增至10～12MPa后卸载，静置后脱模。
9.根据权利要求5所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，
所述步骤(3)中静置时间为20～28h；和/或
所述步骤(3)中脱模后养护30～40天。
10.根据权利要求5所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，
所述步骤(2)中碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液，所述NaOH溶液的浓度为8～12mol/L，所述水玻璃的模数为2.4～3.2。
11.根据权利要求5所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，
所述步骤(3)中混合湿料装入模具前，在模具内壁涂抹矿物油；和/或
所述步骤(3)中脱模的方式为采用软质锤子锤击或静压将成型的所述混合湿料推出。
12.权利要求1至4任一项所述的地质聚合物或权利要求5至9任一项所述的制备方法制备得到的地质聚合物在建材产品中的应用。
13.根据权利要求12所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，
所述建材产品为标准砖、路面砖、园林景观挡土石、路缘石、植草砖、护坡砖、预制排水沟、挡墙砌块中的一种或几种。
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