專利名稱：一種搶修、搶建用地質聚合物凝膠材料的制作方法
一種搶修、搶建用地質聚合物凝膠材料
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑材料，尤其是一種利用工業(yè)廢渣，具有快凝、快硬特點的地質聚合物 膠凝材料。背景技術：
目前用于水泥混凝土工程搶修、搶建的材料主要包括有機材料和無機材料兩大類。其 中有機材料包括環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸甲酯等高分子聚合物，這類材料主要適用于修補橋 梁、碼頭、房屋、水壩等混凝土構件的裂縫。不適合大規(guī)模搶修、搶建工程，如機場跑道， 高速公路等較大面積的搶修搶建作業(yè)。另一類無機材料主要是雙快水泥，包括硫鋁酸鹽、 磷酸鹽和氟鋁酸鹽水泥等。雙快水泥具有快凝和早強的特點，但是目前還存在幾大缺點， 一是在凝聚過程中大量放熱，大面積施工時易導致開裂，而且與原基體的粘接性不強，容 易造成修復處再次破損；二是價格高、儲存時間短，對儲存環(huán)境有極高的要求；三是雙快 水泥對工程施工有極高的要求，其中膠凝材料和功能添加劑的配比十分煩雜，往往達不到 快速搶修的目的。四是水泥的生產(chǎn)是一個高耗能高污染的行業(yè)，不符合國家倡導的建造可 持續(xù)發(fā)展的節(jié)能型社會。因此，研制可快速固化、性能優(yōu)異、易于儲存、性價比高的用于 搶修、搶建的綠色膠凝材料成為必然。
地質聚合物(又稱地聚物、無機聚合物)是一類新型的膠凝材料。該材料的聚合原理不 同于普通水泥的水化反應，其主要包括在化學激活條件下的溶解、水解、縮聚和固化過程。 即無機原料在一定條件下溶解而釋放出水合硅、鋁離子。這些離子通過水解而形成特定的 硅、鋁氫氧離子，如[Al(OH)4y、 [SiO(OH)3y、 [Si02(OH)2f等。這些離子間相互發(fā)生縮 聚反應而形成離子團。生成的離子團通過進一步的縮聚反應形成網(wǎng)絡，隨著網(wǎng)絡結構的不 斷擴大而導致材料凝固，直至最終硬化成為有用的地質聚合物材料。地質聚合物材料的結 構以網(wǎng)絡結構為特征，這與水泥的以水化氧化硅為主的微纖維狀結構完全不同，而這種差 別導致地質聚合物材料與水泥在性質上大不相同。地質聚合物材料的凝結速度、抗壓抗折 強度、抗酸堿侵蝕性、抗凍融性、耐火性、抗碳化性等性能都非常優(yōu)異。
正是因為地質聚合物具有優(yōu)異的性能，近些年來，該材料的研究得到了較高的重視， 同時也取得了很好的進展。地質聚合物最早是使用偏高嶺土 (由高嶺土在650-950'C左右 溫度下煅燒制得)和堿激發(fā)劑制得，因此目前部分專利技術中采用偏高嶺土為主要原材料。 如專利號為200710003404.6的專利中描述了一種地質聚合物的制法，采用制革廢水污泥、
3偏高嶺土、粉煤灰和氫氧化鉀激發(fā)劑來制得地質聚合物。專利200710163984.5和 200710163983.0中描述了一種用于人造巖石的地質聚合物制備方法，其主要原材料為偏高 嶺土、水玻璃和堿金屬氫氧化物。專利200810020859.3中描述了一種地質聚合物制法是 采用偏高嶺土和礦渣為主要原材料。專利03809690.0公開了一種采用深度高嶺土化的花 崗巖類殘余巖石、鈣蜜蠟石玻璃和可溶性硅酸鹽制得地質聚合物水泥的制備方法，從該發(fā) 明公開說明書中可知，為了提高該地質聚合物水泥的聚合性能，還需要對花崗巖類型的殘 余巖石在650-950°0下進行煅燒。
專利200510034396.2中描述了一種使用碳酸鹽、礦渣粉、氯化鋇或硝酸鋇為主要原 材料來制備地質聚合物膠凝材料。而專利200610089275.2中描述了一種可用于低溫下的 地質聚合物制法，即首先使礦渣和激發(fā)劑在高溫下反應，然后加入沸石粉、鋁礬土和硫酸 鈉高溫煅燒，最終細磨，從而制得活性較高的可用于較低溫度下的地質聚合物材料。
地質聚合物近幾年在我國取得了較好的發(fā)展，但還沒有用于搶修、搶建的工程的具有 快凝、快硬特點的地質聚合物膠凝材料方面的報道。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種利用工業(yè)廢渣，具有快凝、快硬特點的地質聚 合物膠凝材料。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，采用 13wt。/。-17wty。的激發(fā)劑和含硅鋁酸鹽成份的82wt。/c-87wt。/。的渣料，加水配制而成；渣料 包括高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰和媒矸石中的一種或一種以上的組合；激發(fā)劑包括 35wt。/。-75wt。/。的Si02、 Na20和K20中的一種或兩種、0wt。/。-lwt。/。的CaO、 Owt。/。-lwt。/。的 S03，其中Na20和K20在所述激發(fā)劑中的比例為Owty。-55wt。/。的Na20、 0wt。/。-65wt。/o的 K20。
本發(fā)明搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料以工業(yè)廢渣為主要原料，力學性能優(yōu)異，用 該膠凝材料制作的自密實混凝土、施工方便、無需濕養(yǎng)護，能夠達到快速搶修、搶建的目 的。
在此基礎上，.進一步地
作為優(yōu)選，渣料經(jīng)過粉磨磨制，在粉磨磨制過程中加入lwt。/。-4wt。/。的石膏和
lwtv。-3wty。助磨劑以提高粉磨效率和質量，粉磨磨制所得粉體勃氏比表面積大于
400m2/Kg。渣料最佳的活性要求應達到GB/T18046-2008國家標準中S95級?；郀t礦渣 活性，其他技術參數(shù)應符合GB/T203-1994國家標準。
本發(fā)明中的助磨劑可以采用現(xiàn)有技術中水泥生產(chǎn)過程所用的助磨劑，例如硬脂酸鹽類、膠體二氧化硅、膠體石墨、有機硅、三乙醇胺等。
本發(fā)明中，激發(fā)劑可以與渣料一起粉磨，也可以單獨粉磨、最后均勻分散在粉磨好的
工業(yè)廢渣中，還可以在施工使用前溶化于攪拌水中使用。
本發(fā)明是以高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰、媒矸石等工業(yè)廢渣和激發(fā)劑為主要原材料。 本膠凝材料無需特殊養(yǎng)護，膠砂試塊4小時抗折強度達到4.2Mpa，抗壓強度達到
28.0MPa; 1天抗折強度達到6.0MPa,抗壓強度達到40.0MPa; 28天抗折強度達到8.0MPa，
抗壓強度達到55.0MPa。
在工程使用時，本膠凝材料可完全替代水泥類膠凝材料。制作混凝土各材料配比可參 考水泥混凝土，溶膠比的選擇以混凝土塌落度在170cm左右、能夠形成自流平和自密實 混凝土為以準。使用本膠凝材料制作的混凝土，流動性好、無需震搗作業(yè)、無需濕養(yǎng)護、 易于施工；早期強度高，4小時抗折強度達到3.0MPa,抗壓強度達到30.0MPa; 1天抗折 強度達到5.5MPa，抗壓強度達到45.0MPa; 28天抗折強度達到7.5MPa，抗壓強度達到 70.0MPa。通過激發(fā)劑的調整可有效控制凝結時間，范圍可從幾分鐘到幾個小時，適用于 不同的搶修、搶建工程要求，尤其適用于高速公路、機場道面等大型的道面搶修、搶建。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
1. 制備過程無煅燒、無污染、耗能低，實現(xiàn)"環(huán)保、節(jié)能"目標；
2. 原材料使用大量的工業(yè)廢渣，為廢棄物再利用做出貢獻；
3. 原材料來源廣泛，成本低廉，比傳統(tǒng)的雙快水泥有明顯的價格優(yōu)勢；
4. 材料力學性能優(yōu)異、耐腐蝕、耐高溫、抗凍溶性好；
5. 材料制作的混凝土流動性好、凝結時間可調、易于施工，可滿足搶修搶建需要。 本發(fā)明采用工業(yè)廢渣為主要原材料，配以激發(fā)劑，來制作具有快凝、快硬特點的地質
聚合物膠凝材料，該膠凝材料力學性能優(yōu)異，凝結時間可控，在搶修、搶建工程中可以代 替常用的雙快水泥等膠凝材料使用。而本發(fā)明主要原材料采用高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰、 媒矸石等含有硅鋁酸鹽系列的工業(yè)固體廢棄物，不添加偏高嶺土，不需要對原材料進行煅 燒處理，耗能低，污染少，工藝簡單，成本低廉，環(huán)保節(jié)能。
具體實施方式
以下各實施例中，各組分百分比為重量百分比，其中的助磨劑選用福建省三明市新創(chuàng) 科技有限公司CS- I系助磨劑。
實施例l
高爐礦渣98%,經(jīng)過干燥后加入1%的石膏和1%助磨劑一起粉磨得到渣料粉末。最終所得渣料粉末的表面積為420m7Kg，平均粒徑16. 04 u m。復合激發(fā)劑中各組分的重量百分 比為Si02占620/。， Na20占37。/。， CaO占0.6%， S03占0.4%。取83重量份渣料粉末和 17重量份復合激發(fā)劑制得搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，其中復合激發(fā)劑的加入方 式為溶化于攪拌水中配成40wtX濃度溶液，然后與渣料粉末拌合。按照GB/T1346-2001 進行實驗，標準稠度用水量(這里的水指的是復合激發(fā)劑和攪拌用水之和)為49%，初 凝時間20min，終凝40min，安定性合格。按照GB/T17671-1999對此材料進行膠砂強度測 試，測試過程中沒有進行濕養(yǎng)護，測試環(huán)境溫度20—25。C, 4h抗折強度3.8—4.2MPa， 抗壓強度25. 0—28. 0MPa; 1天抗折強度5. 5—6. 0MPa，抗壓強度35. 0—40. 0MPa; 28天 抗折強度7. 5—8. 0MPa，抗壓強度50. 0—55. 0Mpa。
實施例2
渣料中取高爐礦渣57%、粉煤灰40%、石膏2%、助磨劑1%;復合激發(fā)劑中取Si02 35%、 K2065%,取84重量份渣料和16重量份復合激發(fā)劑一起粉磨制得搶修、搶建用地質聚合 物膠凝材料。最終所得膠凝材料比表面積為460m7Kg，平均粒經(jīng)14.04um。按照 GB/T1346-2001進行實驗，標準稠度用水量(這里的水指的是復合激發(fā)劑和攪拌用水之和) 為42%,初凝時間13min，終凝30min，安定性合格。按照GB/T17671-1999對此材料進 行膠砂強度測試，測試過程中沒有進行濕養(yǎng)護，測試環(huán)境溫度20—25。C， 4h抗折強度3.5 —4. 0MPa，抗壓強度25. 0—29. OMPa; 1天抗折強度5. 5—6. 0MPa，抗壓強度35. 0—40. OMPa; 28天抗折強度7. 5—8. 0MPa，抗壓強度50. 0—55. 0MPa。
實施例3
高爐礦渣60%,鋼渣25%，粉煤灰13%經(jīng)過干燥后加入1%的石膏和1%助磨劑一起 粉磨得到渣料粉末。最終所得渣料粉末的表面積為460m2/Kg，平均粒經(jīng)14.04um。復合 激發(fā)劑中各組分的重量百分比為Si02占59%， K20占21%， Na20占19%， CaO占0.1%, S03占0.9%。取87重量份渣料粉末和13重量份復合激發(fā)劑制得搶修、搶建用地質聚合物 膠凝材料，其中復合激發(fā)劑的加入方式為溶化于攪拌水中配成40wtX濃度溶液，然后 與渣料粉末拌合。按照GB/T1346-2001進行實驗，標準稠度用水量(這里的水指的是復合 激發(fā)劑和攪拌用水之和)為45%,初凝時間15min，終凝21min，安定性合格。按照 GB/T17671-1999對此材料進行膠砂強度測試，測試過程中沒有進行濕養(yǎng)護，測試環(huán)境溫 度20—25。C， 4h抗折強度3.5—3.9MPa，抗壓強度25.0—29.0MPa; 1天抗折強度5.5 — 6.0MPa，抗壓強度35.0—40.0MPa; 28天抗折強度7.5—8.0MPa,抗壓強度50.0—55.0MPa。實施例4:
渣料中取鋼渣94%、石膏4%、助磨劑2%;復合激發(fā)劑中各組分的重量百分比為 Si0247%， Na2023%， K20 29%， CaO 0.4%， SO30.6%。取83重量份渣料和17重量份復 合激發(fā)劑一起粉磨制得搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料。最終所得材料的表面積為 490m2/Kg，平均粒經(jīng)12.04 wm。按照GB/Tl346-2001進行實驗，標準稠度用水量(這里 的水指的是復合激發(fā)劑和攪拌用水之和)為45%，初凝時間19min，終凝25min，安定性 合格。按照GB/T17671-1999對此材料進行膠砂強度測試，測試過程中沒有進行濕養(yǎng)護， 測試環(huán)境溫度20—25°C， 4h抗折強度3.8—4.2MPa,抗壓強度27.0—30.0MPa; 1天抗折 強度5.5—6.0MPa，抗壓強度35.0—40.0MPa; 28天抗折強度7.5—8.0MPa，抗壓強度50.0 —55.0MPa。
實施例5:
鋼渣60%,粉煤灰34%經(jīng)過干燥后加入4%的石膏和2%助磨劑一起粉磨得到渣料粉 末。最終所得渣料粉末的表面積為480n^/Kg，平均粒經(jīng)12.24 um。復合激發(fā)劑中各組分的 重量百分比為Si02占44。/。， Na20占55。/。， CaO占0.4%， S03占0.6%。取84重量份渣 料粉末和16重量份復合激發(fā)劑制得搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，其中復合激發(fā)劑 的加入方式為溶化于攪拌水中配成40wt^濃度溶液，然后與渣料粉末拌合。按照 GB/T1346-2001進行實驗，標準稠度用水量(這里的水指的是復合激發(fā)劑和攪拌用水之和) 為45%，初凝時間19min,終凝25min,安定性合格。按照GB/T17671-1999對此材料進 行膠砂強度測試，測試過程中沒有進行濕養(yǎng)護，測試環(huán)境溫度20—25'C， 4h抗折強度3.8 —4.2MPa，抗壓強度27.0—30.0MPa; 1天抗折強度5.5—6.0MPa，抗壓強度35.0—40.0MPa; 28天抗折強度7.5—8.0MPa,抗壓強度50.0—55.0MPa。
實施例6:
高爐礦渣40%，鋼渣22%，媒矸石20%，粉煤灰15%經(jīng)過干燥后加入2%的石膏和1% 助磨劑一起粉磨得到渣料粉末。最終所得渣料粉末的表面積為460n^/Kg，平均粒徑 14.04nm。復合激發(fā)劑中各組分的重量百分比為Si02占75。/。， Na20占25。/。。取86重量 份渣料粉末和14重量份復合激發(fā)劑制得搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，其中復合激 發(fā)劑的加入方式為溶化于攪拌水中配成40wt^濃度溶液，然后與渣料粉末拌合。按照 GB/T1346-2001進行實驗，標準稠度用水量(這里的水指的是復合激發(fā)劑和攪拌用水之和)
7為49%，初凝時間20min，終凝40min，安定性合格。按照GB/T17671-1999對此材料進 行膠砂強度測試，測試過程中沒有進行濕養(yǎng)護，測試環(huán)境溫度20-25。C， 4h抗折強度3.8 —4.2MPa，抗壓強度25.0—28.0MPa; 1天抗折強度5.5—6.0MPa，抗壓強度35.0—40.0MPa; 28天抗折強度7.5—8.0MPa，抗壓強度50.0—55.0Mpa。
以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā) 明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫 離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護 范圍。
權利要求
1、一種搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，其特征在于采用13wt％-17wt％的激發(fā)劑和含硅鋁酸鹽成份的82wt％-87wt％的渣料，加水配制而成；所述渣料包括高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰和媒矸石中的一種或一種以上的組合；所述激發(fā)劑包括35wt％-75wt％的SiO2、Na2O和K2O中的一種或兩種、0wt％-1wt％的CaO、0wt％-1wt％的SO3，其中Na2O和K2O在所述激發(fā)劑中的比例為0wt％-55wt％的Na2O、0wt％-65wt％的K2O。
2、 根據(jù)權利要求1所述的搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，其特征在于所述渣 料經(jīng)過粉磨磨制，在粉磨磨制過程中加入lwto/。-4wt。/。的石膏和lwt。/。-3wt。/。助磨劑，粉磨 磨制所得粉體勃氏比表面積大于400m2/Kg。
3、 根據(jù)權利要求2所述的搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，其特征在于所述渣 料的粉磨磨制過程中加入所述激發(fā)劑一起粉磨。
全文摘要
本發(fā)明提供一種搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，采用13wt％-17wt％的激發(fā)劑和含硅鋁酸鹽成份的82wt％-87wt％的渣料，加水配制而成；所述渣料包括高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰和媒矸石中的一種或一種以上的組合；所述激發(fā)劑包括35wt％-75wt％的SiO₂、0wt％-55wt％的Na₂O、0wt％-65wt％的K₂O、0wt％-1wt％的CaO、0wt％-1wt％的SO₃。本發(fā)明采用工業(yè)廢渣為主要原材料，配以激發(fā)劑，來制作具有快凝、快硬特點的地質聚合物膠凝材料，該膠凝材料力學性能優(yōu)異，凝結時間可控，在搶修、搶建工程中可以代替常用的雙快水泥等膠凝材料使用。而本發(fā)明主要原材料采用高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰、媒矸石等含有硅鋁酸鹽系列的工業(yè)固體廢棄物，不添加偏高嶺土，不需要對原材料進行煅燒處理，耗能低，污染少，工藝簡單，成本低廉，環(huán)保節(jié)能。
文檔編號C04B7/14GK101628791SQ20091010818
公開日2010年1月20日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權日2009年6月25日
發(fā)明者曹海琳, 李國學, 翁履謙 申請人:深圳航天科技創(chuàng)新研究院