地質(zhì)聚合物組合物及地質(zhì)聚合物材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地質(zhì)聚合物組合物及地質(zhì)聚合物材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們環(huán)保、節(jié)能意識(shí)的提高以及國家政策的規(guī)定，各行各業(yè)都在環(huán)保、節(jié)能方 面加大研發(fā)力度，以更好地保護(hù)人類生活的環(huán)境。
[0003] 地質(zhì)聚合物（Geopolymer)是近年來國際上研究非?；钴S的非金屬材料之一。它 是以含硅固體物料如粘土、工業(yè)廢渣或礦渣為主要原料，經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に囂幚?，在較低溫度條 件下通過化學(xué)反應(yīng)得到的一類新型無機(jī)聚合物材料，可以替代水泥用于建筑、筑路、人工海 島、預(yù)制件、耐火材料等領(lǐng)域。目前研究比較多的地質(zhì)聚合物原料是粉煤灰。
[0004] 粉煤灰是燃煤電場排出的固體廢棄物，是排放量較大的工業(yè)廢渣之一，如果將其 利用，可以大大減少其堆放占地污染。粉煤灰具有潛在的水硬性，若將其利用替換水泥來達(dá) 到所需的粘結(jié)性能等，則除了減少其自身的污染外，還能少用高耗能、污染大的水泥，實(shí)現(xiàn) 環(huán)境友好，因此，粉煤灰的利用是當(dāng)前研究積極開展的重要方向。
[0005] 但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，地質(zhì)聚合物材料的抗壓強(qiáng)度還需進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高地質(zhì)聚合物材料的抗壓強(qiáng)度的地質(zhì)聚合物組 合物以及地質(zhì)聚合物材料。
[0007] 本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和摸索發(fā)現(xiàn)，利用粉煤灰制備地質(zhì)聚合物材料 時(shí)，其粉煤灰的粒徑范圍直接影響地質(zhì)聚合物材料的抗壓強(qiáng)度，如粉煤灰的粒徑分布方式 相同時(shí)，地質(zhì)聚合物材料的抗壓強(qiáng)度隨平均粒徑的降低成非線性增加。在此基礎(chǔ)上，在利用 粉煤灰制備地質(zhì)聚合物材料時(shí)，使用兩種或三種粒徑分布的粉煤灰制得的地質(zhì)聚合物材料 與單一粒徑分布的粉煤灰制得的地質(zhì)聚合物材料相比，其抗壓強(qiáng)度將進(jìn)一步顯著提高。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種地質(zhì)聚合物組合物，其中，該地質(zhì)聚合物組 合物含有堿性激發(fā)劑和粉煤灰，該粉煤灰依據(jù)不同平均粒徑包含組分A、組分B和組分C中 的二者或三者，其中，組分A的平均粒徑為5微米以下，組分B的平均粒徑為大于5微米且 小于等于40微米，組分C的平均粒徑為大于40微米。
[0009] 以粉煤灰的總量為基準(zhǔn)，組分A、組分B和組分C的含量各自獨(dú)立地可以為0-98重 量％，且組分A、組分B和組分C的含量之和為100重量％。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方 式，以粉煤灰的總量為基準(zhǔn)，組分A的含量為0-40重量％，優(yōu)選為0-30重量％ ;組分B的含 量為10-95重量％，優(yōu)選為20-90重量％ ;組分C的含量為0-80重量％，優(yōu)選為0-30重量％， 且組分A、組分B和組分C的含量之和為100重量％。
[0010] 優(yōu)選地，組分A中，粒徑小于5微米的粉煤灰占組分A的70重量％以上；更優(yōu)選 地，組分A中，粒徑小于5微米的粉煤灰占組分A的75重量％以上。組分B中，粒徑小于40 微米大于5微米的粉煤灰占組分B的70重量％以上；更優(yōu)選地，粒徑小于40微米大于5微 米的粉煤灰占組分B的75重量％以上。組分C中，粒徑小于300微米大于40微米的粉煤 灰占組分C的70重量％以上；更優(yōu)選地，粒徑小于300微米大于40微米的粉煤灰占組分C 的75重量％以上。按照該優(yōu)選實(shí)施方式，可以進(jìn)一步提高制得的地質(zhì)聚合物材料的抗壓強(qiáng) 度。
[0011] 粉煤灰是煤燃燒后產(chǎn)生的固體廢棄物，可包含Si02、Al20 3、Fe203、Ca0等組分。
[0012] 組分A、組分B和組分C可以分別通過研磨至所需的粒徑范圍并且進(jìn)行篩選而制 得。
[0013] 優(yōu)選地，所述粉煤灰的粒徑分布方式可以為雙峰或多峰分布方式。
[0014] 對(duì)所述堿性激發(fā)劑的種類和用量沒有特別的限定，只要滿足使粉煤灰形成地質(zhì)聚 合物材料即可。
[0015] 相對(duì)于100重量份的粉煤灰，所述堿性激發(fā)劑的含量可以為10-100重量份，優(yōu)選 為30-60重量份。
[0016] 所述堿性激發(fā)劑為基于堿金屬硅酸鹽和/或堿土金屬硅酸鹽的堿性激發(fā)劑，優(yōu)選 為基于堿金屬娃酸鹽的堿性激發(fā)劑。
[0017] 基于堿金屬硅酸鹽的堿性激發(fā)劑的模數(shù)（即Si02/M20的摩爾比）優(yōu)選不低于2. 2， 更優(yōu)選不低于2. 4,其中M代表堿金屬。
[0018] 更優(yōu)選地,所述堿性激發(fā)劑為水玻璃。相對(duì)于水玻璃的總量,水玻璃的固體含量可 以為不低于34重量％但低于46重量％，優(yōu)選34. 5重量％至42重量％。
[0019] 優(yōu)選地，該組合物還含有添加劑。相對(duì)于100重量份的粉煤灰，所述添加劑的含量 可以為0. 5-25重量份，優(yōu)選為1-10重量份。所述添加劑可以為減水劑、早強(qiáng)劑、防水劑、催 化劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和泵送劑中的一種或多種。
[0020] 優(yōu)選地，該組合物還含有抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)劑。相對(duì)于100重量份的粉煤灰，所述抗壓 強(qiáng)度增強(qiáng)劑的含量可以為0. 01-5重量份，優(yōu)選為0. 05-2重量份。所述抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)劑可 以為增韌纖維和/或鋼渣。
[0021] 本發(fā)明提供的地質(zhì)聚合物組合物可以通過常規(guī)的制備方法制得，例如將各種成分 混合均勻，得到漿料。在混合過程中，優(yōu)選進(jìn)行攪拌，攪拌的轉(zhuǎn)速可以為50-150rpm，優(yōu)選 60-125rpm。混合的時(shí)間可為10秒至10分鐘，優(yōu)選10秒至5分鐘。
[0022] 本發(fā)明還提供了一種地質(zhì)聚合物材料，該材料由本發(fā)明提供的地質(zhì)聚合物組合物 制成。
[0023] 由本發(fā)明提供的地質(zhì)聚合物組合物制備地質(zhì)聚合物材料的方法可以為常規(guī)的方 法，例如，將混合均勻的漿料狀的地質(zhì)聚合物組合物注模成型，自然養(yǎng)護(hù)，還可根據(jù)需要進(jìn) 一步切割、成品。
[0024] 由本發(fā)明的地質(zhì)聚合物組合物制得的地質(zhì)聚合物材料具有較高的抗壓強(qiáng)度，能夠 滿足建筑工程等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。
[0025] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中原料4和實(shí)施例2的粉煤灰的粒徑分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下將通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028] 制備例
[0029] 通過研磨和篩選，制得粒徑分布如表1所示的粉煤灰。
[0030] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種地質(zhì)聚合物組合物，其中，該地質(zhì)聚合物組合物含有粉煤灰和堿性激發(fā)劑，所述 粉煤灰依據(jù)不同平均粒徑包含組分A、組分B和組分C中的二者或三者，其中，組分A的平均 粒徑為5微米以下，組分B的平均粒徑為大于5微米且小于等于40微米，組分C的平均粒 徑為大于40微米。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，以粉煤灰的總量為基準(zhǔn)，組分A、組分B和組分 C的含量各自獨(dú)立地為0-98重量％，且組分A、組分B和組分C的含量之和為100重量％。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其中，以粉煤灰的總量為基準(zhǔn)，組分A的含量為0-40 重量％，優(yōu)選為0-30重量％ ;組分B的含量為10-95重量％，優(yōu)選為20-90重量％ ;組分C的含 量為0-80重量％，優(yōu)選為0-30重量％，且組分A、組分B和組分C的含量之和為100重量％。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中，組分A中，粒徑小于5微米的粉煤 灰占組分A的70重量％以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的組合物，其中，組分B中，粒徑小于40微米大于5 微米的粉煤灰占組分B的70重量％以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的組合物，其中，組分C中，粒徑小于300微米大于 40微米的粉煤灰占組分C的70重量％以上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的組合物，其中，所述粉煤灰的粒徑分布方式為 雙峰或多峰分布方式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的組合物，其中，相對(duì)于100重量份的粉煤灰，所述 堿性激發(fā)劑的含量為10-100重量份，優(yōu)選為30-60重量份。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的組合物，其中，所述堿性激發(fā)劑為基于堿金屬硅 酸鹽和/或堿土金屬娃酸鹽的堿性激發(fā)劑，模數(shù)不低于2. 2,優(yōu)選不低于2. 4,其中M代表堿 金屬。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合物，其中，所述堿性激發(fā)劑為水玻璃，其固體含量不低 于34重量％但低于46重量％，優(yōu)選34. 5重量％至42重量％。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的組合物，其中，該組合物還含有添加劑，相對(duì)于 100重量份的粉煤灰，所述添加劑的含量為0. 5-25重量份，優(yōu)選為1-10重量份；所述添加 劑為減水劑、早強(qiáng)劑、防水劑、催化劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和泵送劑中的一種或多種。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的組合物，其中，該組合物還含有抗壓強(qiáng)度增 強(qiáng)劑，相對(duì)于100重量份的粉煤灰，所述抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)劑的含量為〇. 01-5重量份，優(yōu)選為 0. 05-2重量份；所述抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)劑為增韌纖維和/或鋼渣。
13. -種地質(zhì)聚合物材料，該材料由權(quán)利要求1-12中任意一項(xiàng)所述的組合物制成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地質(zhì)聚合物組合物及地質(zhì)聚合物材料。該地質(zhì)聚合物組合物含有堿性激發(fā)劑和粉煤灰，粉煤灰依據(jù)不同平均粒徑包含組分A、組分B和組分C中的二者或三者，其中，組分A的平均粒徑為5微米以下，組分B的平均粒徑為大于5微米且小于等于40微米，組分C的平均粒徑為大于40微米。由本發(fā)明的地質(zhì)聚合物組合物制得的地質(zhì)聚合物材料具有較高的抗壓強(qiáng)度，能夠滿足建筑工程等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。
【IPC分類】C04B7-26
【公開號(hào)】CN104803619
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410037871
【發(fā)明人】趙永彬, 卓錦德, 董陽, 蔡曉亮, 蘇建輝, 賴世耀
【申請(qǐng)人】神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 北京低碳清潔能源研究所
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年1月26日