本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)礦物聚合物，尤其涉及一種采用稻殼灰增強(qiáng)的無(wú)機(jī)礦物聚合物及其制備方法，屬于建筑材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝為“兩磨一燒”，這種工藝會(huì)造成能源消耗巨大，廢氣排放量大，導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重。普通硅酸鹽水泥制成的混凝土的壽命只有50年到100年，然而無(wú)機(jī)礦物聚合物的混凝土卻具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的耐久性能，并且它的來(lái)源廣泛，如低品位的高嶺石礦、煤矸石、礦渣、粉煤灰、普通粘土等都可以作為富含活性鋁硅酸鹽的原料生產(chǎn)無(wú)機(jī)礦物聚合物。這大大解決了傳統(tǒng)硅酸鹽水泥生產(chǎn)所帶來(lái)的環(huán)境污染以及廢物堆放導(dǎo)致的大面積場(chǎng)地被占用的問(wèn)題。與此同時(shí)，又解決了傳統(tǒng)水泥石灰石原料資源短缺的問(wèn)題。無(wú)機(jī)礦物聚合物中的高鈣體系強(qiáng)度非常高，28d強(qiáng)度能夠達(dá)到80mpa以上，因具有這些優(yōu)點(diǎn)，而備受關(guān)注，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Αo(wú)機(jī)礦物聚合物(geopolymer)是一種無(wú)機(jī)高分子材料，它類似于地殼中的沸石結(jié)構(gòu)。硅鋁氧化物為無(wú)機(jī)礦物聚合物的主要化學(xué)成分，該聚合物由sio4四面體和alo4四面體通過(guò)聚合反應(yīng)形成的空間網(wǎng)絡(luò)。

我國(guó)是世界上種植水稻最多的國(guó)家，稻殼資源十分豐富。稻殼如在低溫下焚燒，可以獲得無(wú)定形態(tài)的sio2，它比表面積巨大，具有超高的火山灰活性，對(duì)水泥混凝土具有強(qiáng)烈的增強(qiáng)改性作用。稻殼灰具有低能耗、環(huán)保的特點(diǎn)，屬綠色、環(huán)保、節(jié)能、成本低、性能好的建筑用材，且我國(guó)每年稻殼產(chǎn)量眾多，所以利用稻殼灰制作建筑用材是綠色高效的發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種采用稻殼灰增強(qiáng)的無(wú)機(jī)礦物聚合物及其制備方法，所制備的無(wú)機(jī)礦物聚合物具有環(huán)保性、生產(chǎn)成本低、高強(qiáng)度性能，廣泛應(yīng)用在飛機(jī)場(chǎng)、道路等需要高強(qiáng)的環(huán)境。

在堿激發(fā)劑的作用下，礦渣、偏高嶺土、硅灰以及具有火山灰活性的稻殼灰都具有膠凝性質(zhì)，內(nèi)部硅氧鍵和鋁氧鍵發(fā)生斷裂，再通過(guò)縮聚反應(yīng)，重新形成硅氧四面體和鋁氧四面體，礦渣中含有cao與四面體反應(yīng)生成c-h-s凝膠，使得無(wú)機(jī)礦物聚合物具有很高的強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的稻殼灰在堿溶液的激發(fā)下，并經(jīng)過(guò)特殊工藝的處理，能增加c-s-h凝膠的數(shù)量，加速了無(wú)機(jī)礦物聚合物的水化進(jìn)程，其空隙率明顯減少，從而使結(jié)構(gòu)更加緊密，無(wú)機(jī)礦物聚合物的抗壓強(qiáng)度更高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種采用稻殼灰增強(qiáng)的無(wú)機(jī)礦物聚合物，由以下成分按重量份制備而成：礦渣600~800份，偏高嶺土200~400份，稻殼灰30~70份，水105~140份，水玻璃325~632份，氫氧化鈉25~87份。

其中，所述的礦渣的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下：sio236.77%，al2o313.91%，cao34.24%，mgo11.68%，k2o0.47%，tio20.44%，na2o0.5%，fes1.98%，細(xì)度600目。

其中，所述的偏高嶺土的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下：sio262.06%，al2o334.33%，mgo0.45%，k2o0.69%，fe2o31.43%，tio21.01%，細(xì)度325目。

其中，所述的稻殼灰是稻殼在700℃下煅燒所得，煅燒后的sio2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為85.84%，細(xì)度為200~700目。

一種采用稻殼灰增強(qiáng)的無(wú)機(jī)礦物聚合物的制備方法，包括下列步驟：

（1）增強(qiáng)劑預(yù)處理：將一定量的稻殼灰粉末加入到一定濃度的氫氧化鈉溶液中，并采用磁力攪拌儀進(jìn)行攪拌，攪拌結(jié)束并靜置30min后，溶液呈膠狀則為增強(qiáng)劑，待靜置24小時(shí)，若無(wú)沉淀產(chǎn)生，即可加入膠凝材料中；

（2）膠凝材料準(zhǔn)備：準(zhǔn)確稱取礦渣、偏高嶺土；

（3）堿激發(fā)劑的模數(shù)調(diào)整：部分水溶解氫氧化鈉，將氫氧化鈉溶液加入水玻璃，調(diào)整水玻璃模數(shù)至指定模數(shù)，堿激發(fā)劑的模數(shù)為1.0~1.6模；

（4）漿體制備：在室溫下將膠凝材料和增強(qiáng)劑劑按一定比例放入水泥凈漿攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌，將堿激發(fā)劑加入并繼續(xù)攪拌，最后倒入剩余的水，最后攪拌形成混合均勻的漿體；

（5）成型脫模：將漿體裝入三聯(lián)模具中（20×20×20mm），用刮刀將表面刮平，待脫模后，放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

其中，所述的步驟（1）中，當(dāng)?shù)練せ业募?xì)度小于300目時(shí)，naoh溶液的濃度選用4~6mol/l，攪拌時(shí)間為6~8h，攪拌溫度為60℃。

其中，所述的步驟（1）中，當(dāng)?shù)練せ业募?xì)度為300~600目時(shí)，naoh溶液的濃度選用4~6mol/l，攪拌時(shí)間為4~6h，攪拌溫度為60℃。

其中，所述的步驟（1）中，當(dāng)?shù)練せ业募?xì)度大于600目時(shí)，naoh溶液的濃度選用2~4mol/l，攪拌時(shí)間為4~6h，攪拌溫度為40℃。

其中，當(dāng)?shù)V渣/偏高嶺土的重量比小于7/3時(shí)，水玻璃模數(shù)為1.0~1.4，增強(qiáng)劑50~70份。

其中，當(dāng)?shù)V渣/偏高嶺土的重量比大于7/3時(shí)，水玻璃模數(shù)為1.4~1.6，增強(qiáng)劑30~50份。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）預(yù)處理后的稻殼灰增強(qiáng)劑，使得基體抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步提高，在后期很好的展現(xiàn)出來(lái)，另外本身具有的火山灰活性與c-h-s進(jìn)一步反應(yīng)，使得結(jié)構(gòu)更致密；

（2）與水泥相比，本發(fā)明的采用稻殼灰增強(qiáng)的無(wú)機(jī)礦物聚合物具有比水泥更高的強(qiáng)度，同時(shí)無(wú)機(jī)礦物聚合物的原材料來(lái)源于工業(yè)廢渣，增強(qiáng)劑稻殼灰來(lái)源于農(nóng)業(yè)廢物，使得它們得到資源化利用；

（3）本發(fā)明制備過(guò)程中無(wú)三廢的排放，是一種綠色制備過(guò)程。

本發(fā)明制備的一種摻有稻殼灰的高強(qiáng)無(wú)機(jī)礦物聚合物具有很高的抗壓強(qiáng)度，其3d強(qiáng)度可達(dá)38.5mpa，28d強(qiáng)度可達(dá)74.6mpa。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種稻殼灰增強(qiáng)無(wú)機(jī)礦物聚合物，由以下成分以重量份制備而成：偏高嶺土200份、礦渣800份、稻殼灰30份、水玻璃325份、水140份、氫氧化鈉25份。

制備方法為：

（1）將30份細(xì)度為200目的稻殼灰粉末加入到濃度為6mol/l的15份氫氧化鈉溶液中并采用磁力攪拌儀進(jìn)行攪拌8h，攪拌溫度為60℃；

（2）準(zhǔn)確稱取偏高嶺土200份、礦渣800份；

（3）130份水溶解10份氫氧化鈉，將氫氧化鈉溶液加入325份的水玻璃中；

（4）在室溫下將增強(qiáng)劑和膠凝材料的混合料放入水泥凈漿攪拌機(jī)中，開(kāi)始低速（50~100r/min）攪拌2min，暫停15s，然后高速（80~150r/min）攪拌2min；在攪拌過(guò)程中分別加入堿激發(fā)劑溶液、剩余的10份水，最后攪拌形成混合均勻的漿體；

（5）攪拌結(jié)束后，將漿體裝入三聯(lián)模具中（20×20×20mm），在膠砂震實(shí)臺(tái)上震動(dòng)，用刮刀將表面刮平，待脫模后，放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

實(shí)施例2

一種稻殼灰增強(qiáng)無(wú)機(jī)礦物聚合物，由以下成分以重量份制備而成：偏高嶺土240份、礦渣760份、稻殼灰40份、水玻璃632份、水133份、氫氧化鈉55份。

制備方法為：

（1）將40份細(xì)度為500目的稻殼灰粉末加入到濃度為5mol/l的35份氫氧化鈉溶液中并采用磁力攪拌儀進(jìn)行攪拌5h，攪拌溫度為60℃；

（2）準(zhǔn)確稱取偏高嶺土240份、礦渣760份；

（3）120份水溶解20份氫氧化鈉，將氫氧化鈉溶液加入632份的水玻璃中；

（4）在室溫下將增強(qiáng)劑和膠凝材料的混合料放入水泥凈漿攪拌機(jī)中，開(kāi)始低速（50~100r/min）攪拌2min，暫停15s，然后高速（80~150r/min）攪拌2min；在攪拌過(guò)程中分別加入堿激發(fā)劑溶液、剩余的13份水，最后攪拌形成混合均勻的漿體；

（5）攪拌結(jié)束后，將漿體裝入三聯(lián)模具中（20×20×20mm），在膠砂震實(shí)臺(tái)上震動(dòng)，用刮刀將表面刮平，待脫模后，放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

實(shí)施例3

一種稻殼灰增強(qiáng)無(wú)機(jī)礦物聚合物，由以下成分以重量份制備而成：偏高嶺土280份、礦渣720份、稻殼灰50份、水玻璃600份、水126份、氫氧化鈉60份。

制備方法為：

（1）將50份細(xì)度為700目的稻殼灰粉末加入到濃度為3mol/l的40份氫氧化鈉溶液中并采用磁力攪拌儀進(jìn)行攪拌4h，攪拌溫度為40℃；

（2）準(zhǔn)確稱取偏高嶺土280份、礦渣720份；

（3）110份水溶解20份氫氧化鈉，將氫氧化鈉溶液加入600份的水玻璃中；

（4）在室溫下將增強(qiáng)劑和膠凝材料的混合料放入水泥凈漿攪拌機(jī)中，開(kāi)始低速（50~100r/min）攪拌2min，暫停15s，然后高速（80~150r/min）攪拌2min；在攪拌過(guò)程中分別加入堿激發(fā)劑溶液、剩余的16份水，最后攪拌形成混合均勻的漿體；

（5）攪拌結(jié)束后，將漿體裝入三聯(lián)模具中（20×20×20mm），在膠砂震實(shí)臺(tái)上震動(dòng)，用刮刀將表面刮平，待脫模后，放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

實(shí)施例4

一種稻殼灰增強(qiáng)無(wú)機(jī)礦物聚合物，由以下成分以重量份制備而成：偏高嶺土320份、礦渣680份、稻殼灰50份、水玻璃570份、水120份、氫氧化鈉57份。

制備方法為：

（1）將50份細(xì)度為200目的稻殼灰粉末加入到濃度為5mol/l的37份氫氧化鈉溶液中并采用磁力攪拌儀進(jìn)行攪拌7h，攪拌溫度為60℃；

（2）準(zhǔn)確稱取偏高嶺土320份、礦渣680份；

（3）110份水溶解20份氫氧化鈉，將氫氧化鈉溶液加入570份的水玻璃中；

（4）在室溫下將增強(qiáng)劑和膠凝材料的混合料放入水泥凈漿攪拌機(jī)中，開(kāi)始低速（50~100r/min）攪拌2min，暫停15s，然后高速（80~150r/min）攪拌2min；在攪拌過(guò)程中分別加入堿激發(fā)劑溶液、剩余的10份水，最后攪拌形成混合均勻的漿體；

（5）攪拌結(jié)束后，將漿體裝入三聯(lián)模具中（20×20×20mm），在膠砂震實(shí)臺(tái)上震動(dòng)，用刮刀將表面刮平，待脫模后，放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

實(shí)施例5

一種稻殼灰增強(qiáng)無(wú)機(jī)礦物聚合物，由以下成分以重量份制備而成：偏高嶺土360份、礦渣640份、稻殼灰60份、水玻璃532份、水112份、氫氧化鈉70份。

制備方法為：

（1）將60份細(xì)度為500目的稻殼灰粉末加入到濃度為4mol/l的40份氫氧化鈉溶液中并采用磁力攪拌儀進(jìn)行攪拌5h，攪拌溫度為60℃；

（2）準(zhǔn)確稱取偏高嶺土360份、礦渣640份；

（3）110份水溶解30份氫氧化鈉，將氫氧化鈉溶液加入532份的水玻璃中；

（4）在室溫下將增強(qiáng)劑和膠凝材料的混合料放入水泥凈漿攪拌機(jī)中，開(kāi)始低速（50~100r/min）攪拌2min，暫停15s，然后高速（80~150r/min）攪拌2min；在攪拌過(guò)程中分別加入堿激發(fā)劑溶液、剩余的12份水，最后攪拌形成混合均勻的漿體；

（5）攪拌結(jié)束后，將漿體裝入三聯(lián)模具中（20×20×20mm），在膠砂震實(shí)臺(tái)上震動(dòng)，用刮刀將表面刮平，待脫模后，放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

實(shí)施例6

一種稻殼灰增強(qiáng)無(wú)機(jī)礦物聚合物，由以下成分以重量份制備而成：偏高嶺土400份、礦渣600份、稻殼灰70份、水玻璃496份、水105份、氫氧化鈉87份。

制備方法為：

（1）將70份細(xì)度為700目的稻殼灰粉末加入到濃度為2mol/l的50份氫氧化鈉溶液中并采用磁力攪拌儀進(jìn)行攪拌2h，攪拌溫度為40℃；

（2）準(zhǔn)確稱取偏高嶺土400份、礦渣600份；

（3）90份水溶解37份氫氧化鈉，將氫氧化鈉溶液加入496份的水玻璃中；

（4）在室溫下將增強(qiáng)劑和膠凝材料的混合料放入水泥凈漿攪拌機(jī)中，開(kāi)始低速（50~100r/min）攪拌2min，暫停15s，然后高速（80~150r/min）攪拌2min；在攪拌過(guò)程中分別加入堿激發(fā)劑溶液、剩余的15份水，最后攪拌形成混合均勻的漿體；

（5）攪拌結(jié)束后，將漿體裝入三聯(lián)模具中（20×20×20mm），在膠砂震實(shí)臺(tái)上震動(dòng)，用刮刀將表面刮平，待脫模后，放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按照本方法制備的稻殼增強(qiáng)無(wú)機(jī)礦物聚合物抗壓強(qiáng)度3d強(qiáng)度可達(dá)38.5mpa，28d強(qiáng)度可達(dá)74.6mpa。