CN117756425A - 一种多固废碱性激发剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多固废碱性激发剂及其制备方法和应用，属于固废资源化利用技术领域。本发明的多固废碱性激发剂，包括以下质量份数的原料：赤泥15～35份、废玻璃15～35份、稻壳灰0～12份。采用本发明的多固废碱性激发剂替代部分硅酸钠制备地质聚合物胶凝材料的方法，包括以下步骤：将硅酸钠、氢氧化钠和水混合均匀后静置，然后加入多固废碱性激发剂混合均匀，得到混合碱性激发剂；将粉煤灰和矿粉混合均匀，然后加入混合碱性激发剂，混合均匀后浇注、养护，得到地质聚合物胶凝材料。本发明的多固废碱性激发剂，能够有效解决氢氧化钠复配水玻璃(硅酸钠)作为碱性激发剂造成的成本高以及碳排放高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，特别是涉及一种多固废碱性激发剂及其制备方法和应用。
背景技术
硅酸盐水泥因其优异的建筑性能，逐步成为建筑行业应用最广泛的重要建筑材料之一。然而在水泥生产过程中不可避免地会产生大量的CO2，同时还会释放出有害气体，如CO、NO或N2O等。因此，水泥行业已经成为了高能耗，低效率和高环境负荷的领域，不利于节能减排和低碳化发展。与传统波特兰水泥相比，地聚物是以工业固废为原材料经化学激发剂在常温下活化而制备的一种新型绿色低碳胶凝材料，已得到了国内外学者的广泛关注。
地聚物是指粉煤灰、矿渣等富含硅铝的原料与化学活化剂作用后，发生聚合反应生成三维网状结构的无机胶凝材料。粉煤灰和矿渣是日常生活中常见的工业废料，储量大且容易获得。其露天堆放，不仅占用了大量的土地资源，还污染了生态环境。粉煤灰和矿渣粉的综合利用问题得到日益重视。以单一原材料(粉煤灰、矿渣等)制备的碱激发胶凝材料在性能上均存在一定的缺陷，如粉煤灰地聚物早期强度低、碱激发矿渣材料收缩大。而以粉煤灰和矿渣混合激发制成的碱激发矿渣－粉煤灰复合胶凝材料，弥补了单一碱激发胶凝材料的这些不足之处，具有更加广阔的应用前景。
碱性激发剂是碱激发胶凝材料中的一种关键成分，一般是指苛性碱、含碱性元素的硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐等物质。碱性激发剂主要包括三大部分(工业产品、工业副产品、固废制备碱激发剂)。工业产品中有典型的碱金属氢氧化物(NaOH、KOH等)、碱金属碳酸盐(Na2CO3、K2CO3)等；工业副产品如电石渣、碱渣、水泥窑灰等都可以作为碱激发剂。而常用的液体激发剂价格昂贵、具有腐蚀性并且不环保，同时，为使硬化浆体达到目标强度需添加大量的硅酸钠来激发胶凝材料。但高温熔融所制备的硅酸钠作为碱激发剂时，会导致碱激发胶凝材料成本变高以及碳排放增加，与最初的绿色低碳环保理念不符，也提高了建筑施工的成本。因此，迫切需要开发可持续且具有成本效益的激发剂，促进碱性激发剂低成本化与绿色化发展，有利于推动碱激发胶凝材料的工程化应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种多固废碱性激发剂及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题。本发明通过研究发现了一种可以替代部分碱性激发剂(硅酸钠)的多固废碱性激发剂(赤泥、废玻璃和稻壳灰)，能够有效解决氢氧化钠复配水玻璃(硅酸钠)作为碱性激发剂，造成的成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明的技术方案之一：一种多固废碱性激发剂，包括以下质量份数的原料：赤泥15～35份、废玻璃15～35份、稻壳灰0～12份。
更进一步地，所述多固废碱性激发剂，包括以下质量份数的原料：赤泥35份、废玻璃15份、稻壳灰0～12份。
赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中所产生的强碱性一般工业固体废弃物，目前还未能实现赤泥的有效利用。
废玻璃排放量非常大，占城市固体废料约10％，目前普遍弃之不用。
稻壳作为稻谷不可避免的副产物占稻谷产量的20％，而现有的稻壳处理方法多以堆放、焚烧为主，综合利用率低，同时污染环境。本发明通过研究发现稻壳灰可作为水泥中的辅助胶凝材料以制备混合水泥。
本发明的技术方案之二：一种上述多固废碱性激发剂的制备方法，包括以下步骤：将原料分别球磨后混合均匀，得到所述多固废碱性激发剂。
本发明的技术方案之三：一种上述多固废碱性激发剂在地质聚合物胶凝材料制备中的应用。
本发明的技术方案之四：一种地质聚合物胶凝材料，包括以下原料：粉煤灰80质量份、矿粉20质量份、上述多固废碱性激发剂、氢氧化钠和硅酸钠；
所述多固废碱性激发剂、氢氧化钠和硅酸钠的总质量占粉煤灰和矿粉总质量的13.38～13.71％；
所述多固废碱性激发剂、氢氧化钠和硅酸钠的质量比为50：30：20。
进一步地，所述粉煤灰的化学成分包括SiO2和Al2O3；所述粉煤灰的平均直径(粒径)为11.18μm。
所述矿粉的化学成分包括CaO、SiO2和Al2O3；所述矿粉的平均直径(粒径)为8.92μm。
所述赤泥的化学成分包括SiO2、Al2O3和Fe2O3；所述赤泥的平均直径(粒径)为15.5μm。
所述废玻璃的化学成分包括SiO2、Na2O和CaO；所述废玻璃的平均直径(粒径)为10.43μm。
所述稻壳灰的化学成分包括SiO2、K2O和CaO；所述稻壳灰的平均直径(粒径)为12.15μm。
本发明的技术方案之五：一种上述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
将硅酸钠、氢氧化钠和水混合均匀后静置，然后加入多固废碱性激发剂混合均匀，得到混合碱性激发剂；
将粉煤灰和矿粉混合均匀，然后加入混合碱性激发剂，混合均匀后浇注、养护，得到所述地质聚合物胶凝材料。
进一步地，所述静置的时间大于12h。
进一步地，所述养护的温度为20℃，相对湿度为95％。
氢氧化钠的作用是替代硅酸钠碱性激发剂制造低碱度条件。
本发明的技术方案之六：一种上述地质聚合物胶凝材料作为建筑材料的应用。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明的多固废碱性激发剂能够替代部分碱性激发剂(硅酸钠)，用于地质聚合物胶凝材料的制备，有效解决了氢氧化钠复配水玻璃(硅酸钠)得到的碱性激发剂高成本和高碳排放的问题，为地质聚合物胶凝材料的制备提供了新的思路，符合绿色低碳环保理念。
(2)本发明能够有效、有规模的利用粉煤灰和矿粉制备地质聚合物胶凝材料，使粉煤灰和矿粉等工业固体废弃物得到有效的资源化利用，同时制备过程几乎无污染，是一种环保建筑材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明采用的粉煤灰的SEM图；
图2为本发明采用的粉煤灰的XRD特征图谱；
图3为本发明对比例1、对比例2、对比例3、实施例4、实施例7制备的地质聚合物胶凝材料养护7天的XRD图；
图4为本发明对比例1、对比例2、对比例3、实施例4、实施例7制备的地质聚合物胶凝材料养护28天的XRD图；
图5为本发明对比例1制备的地质聚合物胶凝材料养护7天、28天的SEM图，左图为养护7天，右图为养护28天；
图6为本发明对比例2制备的地质聚合物胶凝材料养护7天、28天的SEM图，左图为养护7天，右图为养护28天；
图7为本发明对比例3制备的地质聚合物胶凝材料养护7天、28天的SEM图，左图为养护7天，右图为养护28天；
图8为本发明实施例4制备的地质聚合物胶凝材料养护7天、28天的SEM图，左图为养护7天，右图为养护28天；
图9为本发明实施例7制备的地质聚合物胶凝材料养护7天、28天的SEM图，左图为养护7天，右图为养护28天。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
以下实施例所述的“份”均为“质量份”。
本发明采用的原料具体如下：
(1)本发明采用的粉煤灰是由电厂生产的，宏观形貌为灰色粉末，密度为2.3g/cm3。微观形貌见图1，为多个规则球状颗粒；平均粒径为11.18μm；主要氧化物组成由XRF测得(见表1)，主要化学成分包括SiO2、Al2O3等。主要矿物相由XRD测得(见图2)，主要为莫来石和石英。
表1粉煤灰的化学成分(wt.％)
| 化学成分 | SiO2 | Al2O3 | CaO | Fe2O3 | K2O | TiO2 | Na2O | MgO | SO3 | P2O5 | 其他 |
| 含量 | 43.31 | 32.68 | 5.18 | 2.64 | 1.51 | 1.26 | 0.66 | 0.63 | 0.55 | 0.26 | 11.32 |
(2)本发明采用的矿粉的主要氧化物组成由XRF测得(见表2)，化学成分包括CaO、SiO2和Al2O3；矿粉的平均直径(粒径)为8.92μm。
表2矿粉的主要化学成分(wt.％)
(3)本发明采用的赤泥的主要氧化物组成由XRF测得(见表3)，主要化学成分包括Fe2O3、SiO2和Al2O3等，平均粒径为15.5μm。
表3赤泥的化学成分(wt.％)
| 化学成分 | Fe2O3 | SiO2 | Al2O3 | Na2O | CaO | K2O | MgO | 其他 |
| 含量 | 26.73 | 23.01 | 20.26 | 8.11 | 3.97 | 0.72 | 0.61 | 16.59 |
(4)本发明采用的废玻璃的主要氧化物组成由XRF测得(见表4)，主要化学成分包括SiO2、Na2O、CaO和MgO等，平均粒径为10.43μm。
表4废玻璃的化学成分(wt.％)
| 化学成分 | SiO2 | Na2O | CaO | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | K2O | 其他 |
| 含量 | 57.82 | 13.37 | 7.88 | 3.26 | 0.88 | 0.52 | 0.37 | 15.90 |
(5)本发明采用的稻壳灰的主要氧化物组成由XRF测得(见表5)，主要化学成分包括SiO2、K2O和CaO等，平均粒径为12.15μm。
表5稻壳灰的化学成分(wt.％)
| 化学成分 | SiO2 | K2O | CaO | MgO | Fe2O3 | Na2O | Al2O3 | 其他 |
| 含量 | 72.62 | 7.27 | 1.81 | 0.41 | 0.37 | 0.23 | 0.18 | 16.02 |
(6)本发明采用的硅酸钠(硅酸钠碱性激发剂)由质量比为7：3的颗粒状九水硅酸钠与无水硅酸钠组成，使用前用振动磨研磨20s放在密封瓶，置于干燥处备用。
(7)本发明采用的氢氧化钠为化学试剂厂生产的氢氧化钠分析纯，外观呈白色颗粒，含量高于96.0％。
(8)本发明采用的水为自来水。
本发明采用的多固废碱性激发剂，包括以下质量份数的原料：赤泥15～35份、废玻璃15～35份、稻壳灰0～12份。多固废碱性激发剂的制备方法为：将原料分别球磨后混合均匀，得到所述多固废碱性激发剂。
对比例1
地质聚合物胶凝材料的制备：
地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、硅酸钠121.70g、水295.45g；水灰比为0.325。
制备方法：
(1)将硅酸钠和水倒入烧杯中搅拌，混合均匀，澄清静置12h以上，得到碱性激发剂。
(2)将粉煤灰和矿粉倒入净浆搅拌机中混合均匀，然后将碱性激发剂倒入净浆搅拌机中搅拌，得到混合均匀的浆体。
(3)采用浇注法制备地质聚合物胶凝材料：将浆体倒入模具中，放到振实台上振实到无气泡析出，得到紧密的坯块，成型1天后脱模，放入标准养护箱中养护(标准养护箱的温度为20℃，相对湿度为95％)直至规定龄期取出，得到地质聚合物胶凝材料。
实施例1
地质聚合物胶凝材料的制备：
地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、多固废碱性激发剂60.76g、硅酸钠36.51g、氢氧化钠24.43g(氢氧化钠替代硅酸钠碱性激发剂的20wt.％)、水295.45g；水灰比为0.325。
多固废碱性激发剂由赤泥42.53g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％)和废玻璃18.23g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％)混合制成。
制备方法：
(1)将硅酸钠、氢氧化钠和水倒入烧杯中搅拌，混合均匀，澄清静置12h以上，然后加入多固废碱性激发剂搅拌1min混合均匀，得到混合碱性激发剂。
(2)将粉煤灰和矿粉倒入净浆搅拌机中混合均匀，然后将混合碱性激发剂倒入净浆搅拌机中搅拌，得到混合均匀的浆体。
(3)采用浇注法制备地质聚合物胶凝材料：将浆体倒入模具中，放到振实台上振实到无气泡析出，得到紧密的坯块，成型1天后脱模，放入标准养护箱中养护(标准养护箱的温度为20℃，相对湿度为95％)直至规定龄期取出，得到地质聚合物胶凝材料。
实施例2
同实施例1，区别仅在于，多固废碱性激发剂由赤泥30.38g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的25wt.％)和废玻璃30.38g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的25wt.％)混合制成。
实施例3
同实施例1，区别仅在于，多固废碱性激发剂由赤泥18.23g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％)和废玻璃42.53g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％)混合制成。
效果例1
测定本发明对比例1和实施例1～3制备的地质聚合物胶凝材料在养护3天、7天、28天时的抗压强度(评测其水化硬化程度)，结果见表6。
表6地质聚合物胶凝材料的原料及性能
从表6中可以看出，本发明实施例1～3制备的地质聚合物胶凝材料的3天抗压强度可达到13MPa左右，7天抗压强度可达25～30MPa左右，28天抗压强度可达30～38MPa左右。对比3个实施例发现实施例1的抗压强度明显优于其他两个实施例。
与对比例1硅酸钠作为单一激发剂相比，实施例1赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％、废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％，其3天抗压强度可达到13.6MPa，下降幅度仅为4％；7天抗压强度可达到28.4MPa，28天抗压强度可达到35.2MPa。
对比例2
地质聚合物胶凝材料的制备：
地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、废玻璃60.76g、硅酸钠36.51g、氢氧化钠24.34g、水340.91g；水灰比为0.375。
制备方法：
(1)将硅酸钠、氢氧化钠和水倒入烧杯中搅拌，混合均匀，澄清静置12h以上，然后加入废玻璃搅拌1min混合均匀，得到混合碱性激发剂。
(2)将粉煤灰和矿粉倒入净浆搅拌机中混合均匀，然后将混合碱性激发剂倒入净浆搅拌机中搅拌，得到混合均匀的浆体。
(3)采用浇注法制备地质聚合物胶凝材料：将浆体倒入模具中，放到振实台上振实到无气泡析出，得到紧密的坯块，成型1天后脱模，放入标准养护箱中养护(标准养护箱的温度为20℃，相对湿度为95％)直至规定龄期取出，得到地质聚合物胶凝材料。
对比例3
地质聚合物胶凝材料的制备：
地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、赤泥60.76g、硅酸钠36.51g、氢氧化钠24.34g、水340.91g；水灰比为0.375。
制备方法：
(1)将硅酸钠、氢氧化钠和水倒入烧杯中搅拌，混合均匀，澄清静置12h以上，然后加入赤泥搅拌1min混合均匀，得到混合碱性激发剂。
(2)将粉煤灰和矿粉倒入净浆搅拌机中混合均匀，然后将混合碱性激发剂倒入净浆搅拌机中搅拌，得到混合均匀的浆体。
(3)采用浇注法制备地质聚合物胶凝材料：将浆体倒入模具中，放到振实台上振实到无气泡析出，得到紧密的坯块，成型1天后脱模，放入标准养护箱中养护(标准养护箱的温度为20℃，相对湿度为95％)直至规定龄期取出，得到地质聚合物胶凝材料。
实施例4
地质聚合物胶凝材料的制备：
地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、多固废碱性激发剂60.76g、硅酸钠36.51g、氢氧化钠24.34g(氢氧化钠替代硅酸钠碱性激发剂的20wt.％)、水340.91g；水灰比为0.375。
多固废碱性激发剂由赤泥42.53g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％)、废玻璃18.23g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％)混合制成。
制备方法：
(1)将硅酸钠、氢氧化钠和水倒入烧杯中搅拌，混合均匀，澄清静置12h以上，然后加入多固废碱性激发剂搅拌1min混合均匀，得到混合碱性激发剂。
(2)将粉煤灰和矿粉倒入净浆搅拌机中混合均匀，然后将混合碱性激发剂倒入净浆搅拌机中搅拌，得到混合均匀的浆体。
(3)采用浇注法制备地质聚合物胶凝材料：将浆体倒入模具中，放到振实台上振实到无气泡析出，得到紧密的坯块，成型1天后脱模，放入标准养护箱中养护(标准养护箱的温度为20℃，相对湿度为95％)直至规定龄期取出，得到地质聚合物胶凝材料。
实施例5
同实施例4，区别仅在于，地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、多固废碱性激发剂62.59g、硅酸钠34.69g、氢氧化钠24.34g(氢氧化钠替代硅酸钠碱性激发剂的20wt.％)、水340.91g；水灰比为0.375。
多固废碱性激发剂由赤泥42.53g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％)、废玻璃18.23g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％)、稻壳灰1.83g(稻壳灰替代硅酸钠碱性激发剂的1.5wt.％)混合制成。
实施例6
同实施例4，区别仅在于，地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、多固废碱性激发剂64.41g、硅酸钠32.86g、氢氧化钠24.34g(氢氧化钠替代硅酸钠碱性激发剂的20wt.％)、水340.91g；水灰比为0.375。
多固废碱性激发剂由赤泥42.53g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％)、废玻璃18.23g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％)、稻壳灰3.65g(稻壳灰替代硅酸钠碱性激发剂的3wt.％)混合制成。
实施例7
同实施例4，区别仅在于，地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、多固废碱性激发剂68.06g、硅酸钠29.21g、氢氧化钠24.34g(氢氧化钠替代硅酸钠碱性激发剂的20wt.％)、水340.91g；水灰比为0.375。
多固废碱性激发剂由赤泥42.53g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％)、废玻璃18.23g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％)、稻壳灰7.3g(稻壳灰替代硅酸钠碱性激发剂的6wt.％)混合制成。
实施例8
同实施例4，区别仅在于，地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、多固废碱性激发剂71.71g、硅酸钠25.56g、氢氧化钠24.34g(氢氧化钠替代硅酸钠碱性激发剂的20wt.％)、水340.91g；水灰比为0.375。
多固废碱性激发剂由赤泥42.53g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％)、废玻璃18.23g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％)、稻壳灰10.95g(稻壳灰替代硅酸钠碱性激发剂的9wt.％)混合制成。
实施例9
同实施例4，区别仅在于，地质聚合物胶凝材料的制备原料为：粉煤灰727.27g、矿粉181.82g、多固废碱性激发剂75.36g、硅酸钠21.91g、氢氧化钠24.34g(氢氧化钠替代硅酸钠碱性激发剂的20wt.％)、水340.91g；水灰比为0.375。
多固废碱性激发剂由赤泥42.53g(赤泥替代硅酸钠碱性激发剂的35wt.％)、废玻璃18.23g(废玻璃替代硅酸钠碱性激发剂的15wt.％)、稻壳灰14.60g(稻壳灰替代硅酸钠碱性激发剂的12wt.％)混合制成。
效果例2
根据DBJT13-196-2021《水泥净浆材料配合比设计与试验规程》的标准，测定本发明对比例2～3和实施例4～9制备的地质聚合物胶凝材料在养护3天、7天、28天时的抗压强度(评测其水化硬化程度)，结果见表7。
表7地质聚合物胶凝材料的原料及性能
从表7中可以看出，对比例3制备的地质聚合物胶凝材料的3/7/28天抗压强度均高于对比例2，说明废玻璃对胶凝材料抗压强度影响大于赤泥。
与实施例4相比，实施例5～9随着稻壳灰的掺量的增加(由1wt.％到12wt.％)，其3天抗压强度与7天抗压强度均先升高后降低，其中实施例7(稻壳灰替代硅酸钠碱性激发剂的6wt.％)的抗压强度最高，3天、7天抗压强度分别为12.7MPa和18.3MPa，增高幅度均为3％以上(与实施例4相比)。实施例4中28天抗压强度达到26.5MPa，随着稻壳灰的掺入量增加，胶凝材料28天的抗压强度逐渐降低，其中实施例8即稻壳灰替代硅酸钠碱性激发剂的9wt.％抗压强度最低为22.6MPa。
根据GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》标准，测定对比例2～3及实施例4～9制备的浆体的流动度(0min、30min、60min、120min)和凝结时间，结果见表8～9。
表8流动度
从表8中可以看出，加入赤泥和废玻璃、不加稻壳灰(实施例4)时新拌浆体初始流动度可达6.5cm，随后30min、60min和120min的流动度均为6cm。随稻壳灰的掺入，实施例5即掺入稻壳灰替代硅酸钠碱性激发剂的1wt.％时，初始流动度可达7cm，随着稻壳灰掺入量的增加，流动度呈现逐渐减小趋势。随着稻壳灰掺入量达到12wt.％时初始流动度降为6.5cm，下降了0.5cm，可见稻壳灰的掺入对流动度影响很小。
效果例3
水化产物的研究
(1)XRD分析
将对比例1、对比例2、对比例3、实施例4、实施例7制备的地质聚合物胶凝材料分别作为样品1～5，然后进行性XRD分析，结果见图3和图4。
图3为对比例1、对比例2、对比例3、实施例4、实施例7制备的地质聚合物胶凝材料养护7天的XRD图。图4为对比例1、对比例2、对比例3、实施例4、实施例7制备的地质聚合物胶凝材料养护28天的XRD图。
从图3和图4中可以看出，养护7天、28天的地质聚合物胶凝材料试样中的主要矿物相为莫来石、石英、碳酸钠和碳酸镁，均为粉煤灰中原有的矿物相。
对比例3即样品3只加赤泥7d时在2θ＝32.5°、35.6°、37.5°出现多组衍射峰，为莫来石相，赤泥中氧化铝含量为20.26％远多于废玻璃和稻壳灰中的0.88％、0.18％，聚合产物增多，促进了胶凝材料的聚合反应。但在28d时这种衍射峰数量减少，原因是赤泥促进了胶凝材料聚合的过程，使得7d样品中提前出现聚合产物增多的现象。
(2)SEM分析
将对比例1、对比例2、对比例3、实施例4、实施例7制备的地质聚合物胶凝材料分别作为样品1～5，然后进行SEM分析，结果见图5～9。
图5～9中的左图均为养护7d的地质聚合物胶凝材料，右图均为养护28d的地质聚合物胶凝材料。
从图5～9中可以看出，样品1(对比例1)只加入硅酸钠作为碱性激发剂时，养护7d的地质聚合物胶凝材料的孔隙较为致密，含有没有水化的粉煤灰颗粒，养护28d时粉煤灰颗粒基本完全水化，孔隙增大，并有菱形块状水化产物出现。样品2(对比例2)即只加入废玻璃时，养护7d的地质聚合物胶凝材料出现大量不规则形状颗粒，养护28d后不规则形状颗粒减小，出现较多椭圆形水化产物颗粒，孔隙减小，致密程度增加。与其相比样品3(对比例3)即只加入赤泥时，养护7d的地质聚合物胶凝材料变化不大，但养护28d时，菱形水化产物基本消失代替为圆形规整颗粒，孔隙减小。样品4(即同时加入赤泥和废玻璃)与样品5(即同时加入赤泥、废玻璃和稻壳灰)，养护7d的地质聚合物胶凝材料致密程度更高，有少量大小不一的圆形椭圆形颗粒，养护28d时，出现大量小型圆形颗粒，形状较为规整，孔隙增多。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种多固废碱性激发剂，其特征在于，包括以下质量份数的原料：赤泥15～35份、废玻璃15～35份和稻壳灰0～12份。
2.一种权利要求1所述的多固废碱性激发剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料分别球磨后混合均匀，得到所述多固废碱性激发剂。
3.一种权利要求1所述的多固废碱性激发剂在地质聚合物胶凝材料制备中的应用。
4.一种地质聚合物胶凝材料，其特征在于，包括以下原料：粉煤灰80质量份、矿粉20质量份、权利要求1所述的多固废碱性激发剂、氢氧化钠和硅酸钠；
所述多固废碱性激发剂、氢氧化钠和硅酸钠的总质量占粉煤灰和矿粉总质量的13.38～13.71％；
所述多固废碱性激发剂、氢氧化钠和硅酸钠的质量比为50：30：20。
5.一种权利要求4所述的地质聚合物胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅酸钠、氢氧化钠和水混合均匀后静置，然后加入多固废碱性激发剂混合均匀，得到混合碱性激发剂；
将粉煤灰和矿粉混合均匀，然后加入混合碱性激发剂，混合均匀后浇注、养护，得到所述地质聚合物胶凝材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述静置的时间大于12h。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述养护的温度为20℃，相对湿度为95％。
8.一种权利要求4所述的地质聚合物胶凝材料作为建筑材料的应用。
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