CN112239330A - 一种碱激发凝灰岩胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碱激发凝灰岩胶凝材料及其制备方法，原料包括:凝灰岩石粉、氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液。凝灰岩石粉、氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液的具体用量为凝灰岩石粉、氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液的质量比为25:10:1。本发明通过碱溶液对凝灰岩石粉进行激发，可以使凝灰岩石粉作为胶凝材料硬化后7天抗压强度达到36MPa，为普通硅酸盐水泥的7天抗压强度的85％；密度为1720kg/m3，为普通硅酸盐水泥试样密度的88％。制备过程无需煅烧，无需蒸养，并且有效解决了机制砂制砂过程中以及其他的工业生产过程中产生的凝灰岩石粉无法处理且污染环境的问题。

Description

一种碱激发凝灰岩胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种碱激发凝灰岩胶凝材料的制备方法。
背景技术
由于在干法生产机制砂的过程中产生了大量的石粉，不仅引起粉尘污染，而且这些石粉混杂在机制砂之中会明显降低混凝土的工作性能，而这些石粉的处理一般是收集并深埋，或作为混凝土掺合料使用，深埋不仅造价高而且会对环境产生一定影响，作为混凝土掺合料使用则处理的量非常有限而且会影响混凝土的工作性能。所以一种将机制砂中产生的石粉再次利用，变废为宝的方法不但能产生很大的经济效益，还可以产生巨大的环境效益。
目前很多国家都在发展碱激发胶凝材料，而凝灰岩中巨大的硅铝含量说明其有巨大的碱激发潜力。但是，目前国内外的研究中，大多数碱激发材料或是前驱体需要经过煅烧处理或者试样需要经过蒸养或加压方式养护，亦或是需要添加一定量的水泥(Glukhovsky，1994；Allahverdi，2008；Dali，2011；Ebrahim，2012；Li，2020et.al)，由于前驱体的处理以及养护方式的限制，降低了地聚合物的环保性和经济性。例如，针对凝灰岩粉末，已公开发明专利《一种凝灰岩地质聚合物复合材料及其制备方法》(202010447662.9)采用部分替代硅酸盐水泥的方法，制成复合硅酸盐材料，凝灰岩需先进行研磨至75μm～85μm。已公开发明专利《一种环保胶凝材料及其制备方法与应用》(202010387846.0)采用800℃高温煅烧凝灰岩，与生石灰和粉煤灰组成复合材料。
发明内容
为了解决当前工业固废凝灰岩石粉污染环境，水泥生产消耗巨大能源且排放大量二氧化碳的等环境问题，本发明提供一种无需研磨、无需蒸养、无需高温煅烧、无需添加水泥、粉煤灰等其他材料的碱激发凝灰岩胶凝材料及制备方法，解决了凝灰岩石粉污染环境，实现了固废的二次利用，并且可以减少使用水泥而引发的能源消耗和大量二氧化碳排放的问题。
一种碱激发凝灰岩胶凝材料，所述胶凝材料按照重量百分比包括：69.4％的凝灰岩石粉，27.8％的氢氧化钠(NaOH)溶液，2.8％的硅酸钠(Na2SO4)溶液，所述的凝灰岩粉末粒径0.01～0.03mm，粉末的比表面积大于等于1.1644m2/g，粉末中二氧化硅(SO2)含量大于等于65％，三氧化二铝(Al2O3)含量大于等于11％，氧化钙(CaO)含量小于5％。制备完成后的碱激发凝灰岩胶凝材料7天抗压强度36MPa，密度1720kg/m3。
进一步地，所述的氢氧化钠(NaOH)溶液的浓度为7.5mol/L，溶质质量分数为30％。
进一步地，所述的硅酸钠(Na2SiO4)溶液的浓度为0.164mol/L，溶质质量分数为2％。
一种碱激发凝灰岩胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将凝灰岩机制砂生产过程负压抽取的凝灰岩石粉置于净浆搅拌机中，并加入氢氧化钠溶液搅拌5分钟；
步骤2、按步骤1搅拌5分钟后向浆体中加入硅酸钠溶液继续搅拌5分钟；
步骤3、将步骤2中拌好的浆体装入硅胶模具，装入模具之后，使用插捣棒进行插捣，插捣时保持插捣棒垂直，并在模具内均匀插捣，插捣完成后，使用振动台对试样进行振动，边振动边用插捣棒在试样表面进行插捣，振动3分钟后停止插捣，再振动30秒使样品表面保持平整，停止振动，以保证混凝土充分密实；
步骤4、将装模后的试块在温度60℃的烘箱中养护2小时后脱模，然后将试块置于培养皿中密封置于60℃的烘箱中继续养护，养护周期为7天；
步骤5、进行试块密度测量及抗压强度的测量，密度测量采用天平和游标卡尺测量，分别量出三个平行试样的质量和长宽高，算出尺寸和密度取平均值为碱激发凝灰岩胶凝材料的密度，要求为1720kg/m3；抗压强度采用万能试验机进行测量，抗压强度要求为36MPa。
本发明提出的碱激发凝灰岩胶凝材料，前驱体采用机制砂生产过程中负压收集的粉末，无需进行研磨，制备过程无需煅烧，无需蒸养，无需添加水泥、粉煤灰等其他材料，材料强度达到水泥的85％，质量降低12％，使用本材料制作的建筑工程中的预制件和砌块，具有较强的环保性与经济性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1为本发明凝灰岩粉末颗粒的SEM图。
图2为本发明碱激发凝灰岩胶凝材料的应力应变关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种碱激发凝灰岩胶凝材料的制备方法：
(1)取凝灰岩机制砂生产过程负压抽取的石粉进行SEM和XRF分析；
(2)取500g凝灰岩石粉置于净浆搅拌机中加入200g氢氧化钠溶液搅拌5分钟；
(3)按步骤(2)搅拌5分钟后向浆体中加入20g硅酸钠溶液继续搅拌5分钟；
(4)将步骤(3)中拌好的浆体装入硅胶模具，装入模具之后，使用细塑料插捣棒进行插捣，插捣时保持插捣棒垂直，并在模具内均匀插捣，插捣完成后，使用振动台对试样进行振动变振动边用插捣棒在试样表面进行插捣，振动3分钟后停止插捣，再振动30秒使样品表面保持平整，停止振动，以保证混凝土充分密实；
(5)将装模后的试块在温度60℃的烘箱中养护2小时后脱模，然后将试块置于培养皿中密封置于60℃的烘箱中继续养护，养护周期为7天；
(6)进行试块密度测量及抗压强度的测量，密度测量采用天平和游标卡尺测量，分别量出三个平行试样的质量和长宽高，算出尺寸和密度取平均值为碱激发凝灰岩胶凝材料的密度，为1720kg/m3；抗压强度采用万能试验机进行测量，为36MPa。
图1为本发明的凝灰岩粉末颗粒的SEM图，本发明的凝灰岩粉末颗粒的XRF分析结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002763324860000031
本发明碱激发凝灰岩胶凝材料的应力应变关系如图2所示。
本发明公开了一种碱激发凝灰岩胶凝材料及其制备方法，原料包括:凝灰岩石粉、氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液。凝灰岩石粉、氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液的具体用量为凝灰岩石粉，氢氧化钠溶液，硅酸钠溶液的质量比为25:10:1。本发明通过碱溶液对凝灰岩石粉进行激发，可以使凝灰岩石粉作为胶凝材料硬化后7天抗压强度达到36MPa，为普通硅酸盐水泥的7天抗压强度的85％。密度为1720kg/m3，为普通硅酸盐水泥试样密度的88％。制备过程无需煅烧，无需蒸养，并且有效解决了机制砂制砂过程中以及其他的工业生产过程中产生的凝灰岩石粉无法处理且污染环境的问题。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例和一般说明而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (5)

1.一种碱激发凝灰岩胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料按照重量百分比包括：69.4％的凝灰岩石粉、27.8％的氢氧化钠溶液、2.8％的硅酸钠溶液，所述胶凝材料的7天抗压强度为36MPa。
2.根据权利要求1所述的一种碱激发凝灰岩胶凝材料，其特征在于：所述前驱体为工业生产中的固体废弃物-凝灰岩粉末，粉末的粒径为0.01～0.03mm，粉末的比表面积大于等于1.1644m2/g，粉末中二氧化硅含量大于等于65％，三氧化二铝含量大于等于11％，氧化钙含量小于5％。
3.根据权利要求1所述的一种碱激发凝灰岩胶凝材料，其特征在于：所述的氢氧化钠溶液的摩尔浓度为7.5mol/L，溶质质量分数为30％。
4.根据权利要求1所述的一种碱激发凝灰岩胶凝材料，其特征在于：所述的硅酸钠溶液的浓度为0.164mol/L，溶质质量分数为2％。
5.一种权利要求1-4中任一项所述的碱激发凝灰岩胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1、将凝灰岩机制砂生产过程负压抽取的凝灰岩石粉置于净浆搅拌机中，并加入氢氧化钠溶液搅拌5分钟；
步骤2、按步骤1搅拌5分钟后向浆体中加入硅酸钠溶液继续搅拌5分钟；
步骤3、将步骤2中拌好的浆体装入硅胶模具，装入模具之后，使用插捣棒进行插捣，插捣时保持插捣棒垂直，并在模具内均匀插捣，插捣完成后，使用振动台对试样进行振动，边振动边用插捣棒在试样表面进行插捣，振动3分钟后停止插捣，再振动30秒使样品表面保持平整，停止振动，以保证材料充分密实；
步骤4、将装模后的试块在温度60℃的烘箱中养护2小时后脱模，然后将试块置于培养皿中密封，置于60℃的烘箱中继续养护，养护周期为7天；
步骤5、进行试块密度测量及抗压强度的测量，密度测量采用天平和游标卡尺测量，分别量出三个平行试样的质量和长宽高，算出尺寸和密度取平均值为碱激发凝灰岩胶凝材料的密度，要求为1720kg/m3；抗压强度采用万能试验机进行测量，抗压强度要求为36MPa。
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