CN110698103A - 一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂 - Google Patents

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袁洁
宋学峰
巨建涛
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Abstract

本发明公开了一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的高性能化学激发剂。所述高性能化学激发剂按物质组成为：固体碱组分、钙质调节组分、增强组分、调凝组分；所述高性能化学激发剂按质量份数组成为：固体碱组分45‑65份、钙质调节组分25~45份、增强组分0.05~0.2份、调凝组分0.5~2.0份；所述高性能化学激发剂掺量为5%~7%。本发明的技术优势：克服了传统液体水玻璃激发剂与粉煤灰/矿渣前驱体必须分装的技术问题；克服了传统液体水玻璃激发剂制备粉煤灰/矿渣地聚物收缩大易开裂及地聚过程难以控制的性能缺陷；克服了传统碳酸钠固体激发剂制备粉煤灰/矿渣地聚物强度偏低的性能缺陷。

Description

一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂
技术领域
本发明所属新型生态建筑材料领域，涉及一种制备粉煤灰/矿渣地聚物胶凝材料的高性能化学激发剂。
背景技术
地质聚合物或地聚物（Geopolymer)是以工业固体废弃物、冶金渣或烧黏土为前驱体，以苛性碱、碳酸盐、硫酸盐、水玻璃等为激发剂，通过铝硅酸盐矿物在碱性环境下的解聚-缩聚过程形成的一类无机聚合物材料。矿物聚合物具有凝结硬化快、早强、高强、耐高温、耐腐蚀、环境友好等特点，被誉为21世纪最具发展前景的新型胶凝材料。
目前，制备地聚物的前驱体主要有粉煤灰、粒化高炉矿渣、偏高岭土、赤泥等铝硅酸盐类固体废弃物，化学激发剂则主要是苛性钠、钠水玻璃、碳酸钠等。利用不同前驱体与化学激发剂组合可以制备不同的地聚物，其中以钠水玻璃激发粉煤灰/矿渣制备地聚物研究最为广泛且应用最为普遍。
以钠水玻璃制备粉煤灰/矿渣地聚物能够充分体现地聚物的早强、高强特性，但存在的问题是：地聚过程难以控制、硬化体干燥收缩大易开裂；水玻璃为液体，必须与粉煤灰/矿渣分开包装，只能双组分实施地聚物的制备过程，工程应用难度大、过程繁琐。利用固体碱组分（如苛性碱、碳酸钠）激发粉煤灰/矿渣地聚物虽能解决地聚物施工难度大、过程繁琐等技术问题，亦存在强度发展慢、绝对强度低等性能问题。因此，在保证粉煤灰/矿渣地聚物优异性能的前提下，实现其安全生产、制备工艺简单是推动地聚物胶凝材料工程应用的关键技术问题。
发明内容
本发明结合粉煤灰/矿渣地聚物性能及制备工艺存在的技术难题，通过遴选合适的化学激发剂，实现了性能可靠的粉煤灰/矿渣地聚物简单易行的制备工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂，按物质组成为：固体碱组分、钙质调节组分、增强组分、调凝组分；各组分质量份数为：固体碱组分45-65份、钙质调节组分25~45份、增强组分0.05~0.2份、调凝组分0.5~2.0份；
所述固体碱组分为硅酸钠、碳酸钠或二者的混合物，；
所述钙质调节组分为硅酸盐水泥熟料，其矿物组成及性能满足《硅酸盐水泥熟料》（GB/T21372-2008）标准要求；
所述增强组分为碳酸锂；
所述调凝组分为葡萄糖酸钠。
所述化学激发剂掺量，以固体碱组分中Na2O计，为5%~7%。
上述硅酸钠为工业级无水偏硅酸钠粉末，纯度不小于98%，模数为1.0；碳酸钠为工业级无水碳酸钠粉末，纯度不小于99%。
上述碳酸锂为工业级，纯度不小于99%。
上述葡萄糖酸钠为工业级，纯度不小于98%。
该粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂的制备方法，步骤一，将满足《硅酸盐水泥熟料》（GB/T21372-2008）标准要求的硅酸盐水泥熟料采用球磨机粉磨至比表面积为350±10m2/kg，作为钙质调节组分；
步骤二，根据前述质量份数组成要求，依次将固体碱组分、钙质调节组分、增强组分、调凝组分加入粉磨设备（雷蒙磨）中共磨30min；
步骤三，将步骤二磨细微粉采用防水包装，即为粉煤灰/矿渣地聚物化学激发剂。
使用时，按设定的化学激发剂掺量，将制备的化学激发剂掺入粉煤灰/矿渣前驱体中并混匀，即可得粉煤灰/矿渣地聚胶凝材料。
本发明的有益效果：（1）本发明化学激发剂克服了传统液体水玻璃激发剂与粉煤灰/矿渣前驱体必须分装的技术问题。
（2）本发明的化学激发剂性能高，克服了传统液体水玻璃激发剂制备粉煤灰/矿渣地聚物收缩大易开裂及地聚过程难以控制的性能缺陷；克服了传统碳酸钠固体激发剂制备粉煤灰/矿渣地聚物强度偏低的性能缺陷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明其他形式的限制。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
实施例1
高性能化学激发剂的组成如表1。以矿渣为前驱体，以5%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备矿渣地聚物，其性能如表2所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 331066DEST_PATH_IMAGE002
实施例2
高性能化学激发剂的组成如表3。以矿渣为前驱体，以5%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备矿渣地聚物，其性能如表4所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 779365DEST_PATH_IMAGE004
实施例3
高性能化学激发剂的组成如表5。以粉煤灰为前驱体，以5%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备粉煤灰地聚物，其性能如表6所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 90261DEST_PATH_IMAGE006
实施例4
高性能化学激发剂的组成如表7。以矿渣为前驱体，以6%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备矿渣地聚物，其性能如表8所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 813366DEST_PATH_IMAGE008
实施例5
高性能化学激发剂的组成如表9。以矿渣为前驱体，以6%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备矿渣地聚物，其性能如表10所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure 158897DEST_PATH_IMAGE010
实施例6
高性能化学激发剂的组成如表11。以粉煤灰为前驱体，以6%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备粉煤灰地聚物，其性能如表12所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure 246939DEST_PATH_IMAGE012
实施例7
高性能化学激发剂的组成如表13。以粉煤灰为前驱体，以7%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备粉煤灰地聚物，其性能如表14所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure 45130DEST_PATH_IMAGE014
实施例8
高性能化学激发剂的组成如表15。以矿渣为前驱体，以7%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备矿渣地聚物，其性能如表16所示。
Figure 571927DEST_PATH_IMAGE016
实施例9
高性能化学激发剂的组成如表17。以粉煤灰为前驱体，以7%化学激发剂掺量（以固体碱组分中Na2O计）制备粉煤灰地聚物，其性能如表18所示。

Claims (6)

1.一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂，其特征在于：按物质组成为：固体碱组分、钙质调节组分、增强组分、调凝组分；各组分质量份数为：固体碱组分45-65份、钙质调节组分25~45份、增强组分0.05~0.2份、调凝组分0.5~2.0份；
所述固体碱组分为硅酸钠、碳酸钠或二者的混合物，；
所述钙质调节组分为硅酸盐水泥熟料，其矿物组成及性能满足《硅酸盐水泥熟料》（GB/T21372-2008）标准要求；
所述增强组分为碳酸锂；
所述调凝组分为葡萄糖酸钠；
该化学激发剂掺入粉煤灰或矿渣前驱体中并混匀。
2.根据权利要求1所述的一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂，其特征在于：所述化学激发剂掺量，以固体碱组分中Na2O计，为5%~7%。
3.根据权利要求1所述的一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂，其特征在于：硅酸钠为工业级无水偏硅酸钠粉末，纯度不小于98%，模数为1.0；碳酸钠为工业级无水碳酸钠粉末，纯度不小于99%。
4.根据权利要求1所述的一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂，其特征在于：所述碳酸锂为工业级，纯度不小于99%。
5.根据权利要求1所述的一种制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂，其特征在于：所述葡萄糖酸钠为工业级，纯度不小于98%。
6.权利要求1所述制备粉煤灰/矿渣地聚物的化学激发剂的制备方法，其特征在于：步骤一，将满足《硅酸盐水泥熟料》（GB/T21372-2008）标准要求的硅酸盐水泥熟料采用球磨机粉磨至比表面积为350±10m2/kg，作为钙质调节组分；
步骤二，根据前述质量份数组成要求，依次将固体碱组分、钙质调节组分、增强组分、调凝组分加入粉磨设备中共磨30min；
步骤三，将步骤二磨细微粉采用防水包装，即为粉煤灰/矿渣地聚物化学激发剂。
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