CN110204261A - 一种低粘度低收缩地质聚合物材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低粘度低收缩地质聚合物材料及其制备方法。其各组成成分及其重量份数比为：地质聚合物碱激发活性材料30～46份，磨细砂0～23份，改性水玻璃溶液47‑54份；制备方法为将地质聚合物碱激发活性材料和磨细砂混合得到无机硅酸盐粉体，然后再和改性水玻璃混合搅拌而成。与传统的地质聚合物材料相比，该材料具有低粘度、低收缩值和低空隙率等特点。其塑性粘度比传统偏高龄土基地质聚合物材料塑性粘度降低3～4倍，90天的干燥收缩降低了3倍；本发明不仅解决了传统偏高龄土基地质聚合物高粘度的问题，同时也解决了地质聚合物材料干燥收缩值大的问题。该材料可用于水泥混凝土路面板底灌浆、水泥混凝土路面裂缝修补、加固等。

Description

一种低粘度低收缩地质聚合物材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料工程技术领域，具体涉及一种低粘度低收缩地质聚合物材料及其制备方法。
背景技术
地质聚合物是由强碱（如：NaOH、KOH）或硅酸盐（如：硅酸钠、硅酸钾）溶液激发活性硅铝酸盐材料（如：偏高岭土、粉煤灰、膨润土、矿渣、硅灰等）形成的一类新型硅铝酸盐无机胶凝材料。上个世纪70年代末，法国著名科学家Davidovits首先把这种材料命名为地质聚合物并提出了其反应机理。地质聚合物由于具有快硬早强、耐酸碱盐腐蚀、绿色环保、高温热稳定性及耐久性良好等优点，广泛应用于建筑材料、交通抢修、重金属离子吸附、核废料处理等领域。但由于原材料偏高岭土很大的比表面积以及片状颗粒导致需水量大，进而导致较大的收缩及流变性能较差，工作性能难以控制。常规的用于水泥基材料的高效减水剂以及减缩外加剂在强碱性的地质聚合物中收效甚微，且国内外尚未研制出能有效改善地质聚合物浆料流变性能以及减小收缩的外加剂。这将严重影响地质聚合物更广泛围的普及应用。
国内外的研究者们从地质聚合物的不足出发，申请了一些相关专利。中国发明专利（专利号：CN201810095913.4）公开了一种改善地质聚合物浆体流变性能的无机分散剂及其制备方法和用途，这种无机分散机减小浆体的塑性黏度，进而起到减水作用和分散作用，改善地质聚合物的流变性能。但对于地质聚合物高收缩的缺点没有得到很好地处理。
发明内容
本发明的目的在于针对现有碱激发偏高龄土基地质聚合物材料存在的流变性能差、收缩大的缺陷，提供了一种低粘度低收缩地质聚合物材料及其制备方法，本发明制备得到的地质聚合物材料具有低粘度、低屈服应力、低收缩值等优良性能。
本发明的方案是通过这样实现的：
一种低粘度低收缩地质聚合物材料，其各组成成分及其重量份数比为：地质聚合物碱激发活性材料30～46份，磨细砂0～23份，改性水玻璃溶液47-54份；所述的地质聚合物碱激发活性材料为偏高岭土；所述的磨细砂由红水河沿滩粗砂磨细而成；所述改性水玻璃的模数为1.3。
作为本发明的进一步说明，所述的偏高岭土是由100目以上高岭土在800℃的条件下煅烧2h得到的粉体；所述的磨细砂由红水河沿滩粗砂磨至200～6000目得到的粉体。
一种制备低粘度低收缩地质聚合物材料的方法，包括以下步骤：
（a）改性水玻璃溶液的配制：在工业钠水玻璃中加入一定量的NaOH和水，快速搅拌后再超声溶解配成模数为1.3的改性水玻璃溶液；
（b）无机硅酸盐粉体的制备：以重量份数计，分别称取地质聚合物碱激发活性材料30～46份，磨细砂0～23份置于混料机中，然后在混料机中搅拌均匀即得无机硅酸盐粉体；
（c）地质聚合物材料的制备：按照重量比为0.85～1.13分别称取相应质量的无机硅酸盐粉体和改性水玻璃溶液，然后置于高速分散机中进行高速搅拌4～6分钟，混合搅拌均匀后，既得地质聚合物材料。
本发明采用颗粒级配紧密堆积原理，利用磨细砂改变碱活性材料的级配，使得原材料需水量降低流变性能得以改善；利用磨细砂在地质聚合物浆料不反应特性，其物理填充作用对地聚物空隙起到填充以及密实作用，直接“细化”孔隙并填塞细孔的通道从而降低了地质聚合物的收缩。本发明制备得到的地质聚合物材料具有低粘度、低屈服应力、低收缩值等优良性能。
本发明具备以下良好效果：
1.本发明采用的原材料来源广泛，成本低，并且提高了地质聚合物的使用性能，本发明制备得到的地质聚合物材料在水泥混凝土路面板底灌浆、水泥混凝土路面裂缝修补、加固在等方面具有较大的潜在应用价值。
2.本发明所制备的地质聚合物材料塑性黏度在0.97～3.65Pa·s之间；90天干燥收缩值在0.091～3.1mm/m之间。
具体实施方式
以下结合实施例描述本发明一种低粘度低收缩地质聚合物材料及其制备方法，这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。
实施例1：
改性水玻璃溶液的配制：在工业钠水玻璃中加入一定量的NaOH和水，快速搅拌后再超声溶解配成模数为1.3的改性水玻璃溶液；
无机硅酸盐粉体的制备：以重量份数计，称取100目以上高岭土在800℃的条件下煅烧2h得到的偏高岭土46份置于混料机中，然后在混料机中搅拌均匀即得无机硅酸盐粉体；
地质聚合物材料的制备：按照重量比为0.85分别称取相应质量的无机硅酸盐粉体和改性水玻璃溶液，然后置于高速分散机中进行高速搅拌4分钟，混合搅拌均匀后，既得地质聚合物材料。
对制备得到的地质聚合物材料进行性能测试，将地质聚合物材料浇注于模具中，保持养护温度为19～21℃，养护湿度为40～60%，养护至90天，对地质聚合物材料流变性能和干燥收缩性能进行分析，其测试情况如下：
（1）地质聚合物材料流变性能分析：
a、25℃下，采用旋转流变仪（Anton Paar-MCR 301）对比测算基体地质聚合物和采用颗粒级配紧密堆积地质聚合物的塑性黏度的变化，根据不同剪切速率下对应的剪切应力，采用宾汉姆模型（公式1）对数据进行拟合，计算得出塑性黏度。
b、宾汉姆模型： （1）
其中τ为剪切应力，τ0为屈服应力，μ为塑性黏度，γ为剪切速率。
c、根据宾汉姆模型计算得浆料的塑性粘度为3.65Pa·s。
（2）地质聚合物材料干燥收缩性能的分析：
a、根据中华人民共和国建材行业执行标准JCT 603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》测试地质聚合物干燥收缩，测试到90天。
b、地质聚合物90天的干燥收缩值为3.1mm/m。
实施例2：
改性水玻璃溶液的配制：在工业钠水玻璃中加入一定量的NaOH和水，快速搅拌后再超声溶解配成模数为1.3的改性水玻璃溶液；
无机硅酸盐粉体的制备：以重量份数计，分别称取100目以上高岭土在800℃的条件下煅烧2h得到的偏高岭土78.8份，由红水河沿滩粗砂磨至3100目得到的磨细砂21.2份置于混料机中，然后在混料机中搅拌混合均匀即得无机硅酸盐粉体；
地质聚合物材料的制备：按照重量比为0.97分别称取相应质量的无机硅酸盐粉体和改性水玻璃溶液，然后置于高速分散机中进行高速搅拌5分钟，混合搅拌均匀后，既得地质聚合物材料。
对制备得到的地质聚合物材料进行性能测试，将地质聚合物材料浇注于模具中，保持养护温度为19～21℃，养护湿度为40～60%，养护至90天，对地质聚合物材料流变性能和干燥收缩性能进行分析，其测试情况如下：
（1）地质聚合物流变性能分析：
按照实施例1塑性粘度计算法，计算得塑性粘度为1.8Pa·s。
（2）地质聚合物干燥收缩性能的分析：
按照实施例1中干缩值的方法，其90天干燥收缩值为0.23mm/m。
实施例3：
改性水玻璃溶液的配制：在工业钠水玻璃中加入一定量的NaOH和水，快速搅拌后再超声溶解配成模数为1.3的改性水玻璃溶液；
无机硅酸盐粉体的制备：以重量份数计，分别称取100目以上高岭土在800℃的条件下煅烧2h得到的偏高岭土68.1份，由红水河沿滩粗砂磨至200目得到的磨细砂31.9份置于混料机中，然后在混料机中搅拌混合均匀即得无机硅酸盐粉体；
地质聚合物材料的制备：按照重量比为0.97分别称取相应质量的无机硅酸盐粉体和改性水玻璃溶液，然后置于高速分散机中进行高速搅拌6分钟，混合搅拌均匀后，既得地质聚合物材料。
对制备得到的地质聚合物材料进行性能测试，将地质聚合物材料浇注于模具中，保持养护温度为19～21℃，养护湿度为40～60%，养护至90天，对地质聚合物材料流变性能和干燥收缩性能进行分析，其测试情况如下：
（1）地质聚合物流变性能分析：
按照实施例1塑性粘度计算法，计算得塑性粘度为1.05Pa·s。
（2）地质聚合物干燥收缩性能的分析：
按照实施例1中干缩值的方法，其90天干燥收缩值为0.106mm/m。
实施例4：
改性水玻璃溶液的配制：在工业钠水玻璃中加入一定量的NaOH和水，快速搅拌后再超声溶解配成模数为1.3的改性水玻璃溶液；
无机硅酸盐粉体的制备：以重量份数计，分别称取100目以上高岭土在800℃的条件下煅烧2h得到的偏高岭土57.5份，由红水河沿滩粗砂磨至6000目得到的磨细砂42.5份置于混料机中，然后在混料机中搅拌混合均匀即得无机硅酸盐粉体；
地质聚合物材料的制备：按照重量比为1.13分别称取相应质量的无机硅酸盐粉体和改性水玻璃溶液，然后置于高速分散机中进行高速搅拌4分钟，混合搅拌均匀后，既得地质聚合物材料。
对制备得到的地质聚合物材料进行性能测试，将地质聚合物材料浇注于模具中，保持养护温度为19～21℃，养护湿度为40～60%，养护至90天，对地质聚合物材料流变性能和干燥收缩性能进行分析，其测试情况如下：
（1）地质聚合物流变性能分析：
按照实施例1塑性粘度计算法，计算得塑性粘度为0.97Pa·s。
（2）地质聚合物干燥收缩性能的分析：
按照实施例1中干缩值的方法，其90天干燥收缩值为0.091mm/m。
本发明上述实施例方案仅是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求中指出了本发明产品组成成分、成分比例、制备方法参数的范围，而上述的说明并未指出本发明参数的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应当认为是包括在权利要求书的范围内。
本发明是经过多位地质聚合物材料加工技术人员长期工作经验积累，并通过创造性劳动创作而出，本发明制备得到的地质聚合物材料具有低粘度、低屈服应力、低收缩值等优良性能，并且原材料来源广泛，成本低。

Claims (3)

1.一种低粘度低收缩地质聚合物材料，其特征在于：其各组成成分及其重量份数比为：地质聚合物碱激发活性材料30～46份，磨细砂0～23份，改性水玻璃溶液47～54份；所述的地质聚合物碱激发活性材料为偏高岭土；所述的磨细砂由红水河沿滩粗砂磨细而成；所述改性水玻璃的模数为1.3。
2.根据权利要求1所述的低粘度低收缩地质聚合物材料，其特征在于：所述的偏高岭土是由100目以上高岭土在800℃的条件下煅烧2h得到的粉体；所述的磨细砂由红水河沿滩粗砂磨至200～6000目得到的粉体。
3.一种制备权利要求1所述的低粘度低收缩地质聚合物材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（a）改性水玻璃溶液的配制：在工业钠水玻璃中加入一定量的NaOH和水，快速搅拌后再超声溶解配成模数为1.3的改性水玻璃溶液；
（b）无机硅酸盐粉体的制备：以重量份数计，分别称取地质聚合物碱激发活性材料30～46份，磨细砂0～23份置于混料机中，然后在混料机中搅拌均匀即得无机硅酸盐粉体；
（c）地质聚合物材料的制备：按照重量比为0.85～1.13分别称取相应质量的无机硅酸盐粉体和改性水玻璃溶液，然后置于高速分散机中进行高速搅拌4～6分钟，混合搅拌均匀后，既得地质聚合物浆料。
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