CN102603217B - 一种碱激发碳酸盐复合胶凝材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种碱激发碳酸盐复合胶凝材料及其制备方法，将改性水玻璃溶液与固体粉料按0.6-1.0：1的质量比称取；经制备：在60-120转/分钟的搅拌下，将固体粉料缓慢加入到改性水玻璃溶液中，持续搅拌3-5分钟，即得碱激发复合胶凝材料；其中改性水玻璃溶液的配制：将氢氧化钠溶解在液体硅酸钠中，或将氢氧化钠与固体硅酸钠一起溶解在自来水中，溶解持续搅拌，直到溶液透明，所得水玻璃溶液的模数即二氧化硅与氧化钠的物质的量之比为1.2-2.0，二氧化硅和氧化钠质量浓度之和为25-45%；其中固体粉料以重量份配制：由15-30份矿渣、5-20份粉煤灰、10-30份偏高岭土、20-70份白云石粉或石灰石粉组成；将上述原料依次置于混料机中，在常温、常压下，以60-120转/分钟，搅拌5-15分钟，即得成品。
Description
技术领域
本发明涉及胶凝材料领域，具体是指一种碱激发复合胶凝材料及其制备方法。
背景技术
碱激发胶凝材料是由火山灰活性或潜在水硬性原料与碱性激发剂反应形成的一类胶凝材料，它的发明扩展了水硬性矿物胶凝材料的范围。前苏联在这方面开展了大量研究，开发了碱矿渣水泥。研究发现，与通用硅酸盐水泥相比，碱矿渣水泥具有需水量小、水化热低、强度高、耐久性好等优点，但也存在凝结速度快、硬化干缩大等致命缺点，限制了其大范围推广应用。20世纪70年代，法国Davidovits以偏高岭土为主要原料，开发了新型碱激发偏高岭土胶凝材料，并将其命名为地质聚合物(geopolymer)。研究发现，地质聚合物具有许多比硅酸盐水泥优异的性能，在建筑、化工、废物处理等方面显示出良好的应用前景。由于偏高岭土价格较高，近年来采用各种工业废渣部分或全部取代偏高岭土来制备碱激发复合胶凝材料成为国内外研究的热点。
文献检索披露：①Yip等在2008，30(10):979-985，“Cement & Concrete Composites”刊物上发表“Carbonate mineral addition to metakaolin-based geopolymers”的文章，表明在偏高岭土基地质聚合物中加入20%左右的方解石或白云石，能够提高其抗压强度，但是会导致在初始90d内试体出现较大的收缩；②朱强等在2011，39(4):690-696，“硅酸盐学报”刊物上发表“含白云石微粉粉煤灰基地质聚合物的力学性能及微观结构”的文章，表明掺入10-25%的白云石粉体有助于提高地质聚合物早期和后期抗压强度，白云石在地质聚合物中参与反应，溶出的Ca、Mg与地质聚合物凝胶结合形成的致密的钙镁铝硅酸凝胶、白云石-凝胶基体之间良好的界面结合以及白云石微粉的微集料效应，共同促进了地质聚合物强度发展和提高，但没研究凝结时间和收缩性能；③中国CN 1699250A和CN 1699251A的专利，通过对矿渣进行预处理、采用缓凝剂氯化钡或硝酸钡，解决碱激发碳酸盐-矿渣复合胶凝材料因矿渣的掺入所引起的快凝问题，但公开的方法工艺相对较复杂，工期较长，不利于工程现场施工作业。
本发明构思通过调整水玻璃溶液参数，矿渣、粉煤灰、偏高岭土、白云石或石灰石的质量比例，充分发挥各组分的协同效应，从而制备出工艺简单、凝结时间和强度可根据要求调节的碱激发复合胶凝材料，不仅可作为一般建材使用，还可用于注浆回填、固化有毒废物等对特殊场合。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种工艺简单、凝结时间和强度可根据要求调节的碱激发复合胶凝材料。
本发明的目的是这样实现的：一种碱激发碳酸盐复合胶凝材料及其制备方法
，将改性水玻璃溶液与固体粉料按0.6-1.0：1的质量比称取；经制备：在60-120转/分钟的搅拌下，将固体粉料缓慢加入到改性水玻璃溶液中，持续搅拌3-5分钟，即得成品；
其中改性水玻璃溶液的配制：将氢氧化钠溶解在液体硅酸钠中，或将氢氧化钠与固体硅酸钠一起溶解在自来水中，持续搅拌溶解，直到溶液透明；所得水玻璃溶液的模数即二氧化硅与氧化钠的物质的量之比为1.2-2.0，二氧化硅和氧化钠质量浓度之和为25-45%；
其中固体粉料以重量份配制：由15-30份矿渣、5-20份粉煤灰、10-30份偏高岭土、20-70份白云石粉或石灰石粉组成：将上述原料依次置于混料机中，在常温、常压下，以60-120转/分钟，搅拌5-15分钟，即得成品；
所述方法，所得碱激发复合胶凝材料经国家标准测试，其流动度为180-260mm，凝结时间为3h-34h，3d抗压强度达到16.6MPa，28d抗压强度达到40.0MPa。
本发明方法操作工艺简单、凝结时间和强度可根据要求调节的碱激发复合胶凝材料，不仅可作为一般建材使用，还可用于注浆回填、固化有毒废物等特殊场合的使用，彰显技术进步。
具体实施方式
本发明结合实施例作进一步的说明。
实施例1
操作方法：以重量份数取矿渣20份、粉煤灰10份、偏高岭土20份、白云石粉50份（CaO质量分数为30.73%，MgO质量分数为21.31%），依次置于混料机中，在常温、常压下，以120转/分钟的速度搅拌15分钟，得到的固体粉料；在90转/分钟的搅拌速度下缓慢加入到80份，模数为1.2、二氧化硅和氧化钠质量分数之和为40%的改性水玻璃溶液，继续搅拌5分钟，得到的碱激发复合胶凝材料；经标准GB/T 8077-2000、GB/T 1346-2001和GB/T 17671-1999的测试，均达到国家标准
实施例2
操作方法：以重量份数取20份矿渣、15份粉煤灰、30份偏高岭土、35份石灰石粉（CaO质量分数为54.03%），依次置于混料机中，在常温常压下，以100转/分钟的速度搅拌7分钟，然后将得到的固体粉料；在90转/分钟的搅拌速度下缓慢加入到70份模数为1.4、二氧化硅和氧化钠质量分数之和为30%的改性水玻璃溶液，继续搅拌4分钟，得到的碱激发复合胶凝材料；经标准GB/T 8077-2000、GB/T 1346-2001和GB/T 17671-1999的测试，均达到国家标准。
实施例3
操作方法：以重量份数取25份矿渣、20份粉煤灰、10份偏高岭土、45 份白云石粉（CaO质量分数为30.35%，MgO质量分数为21.61%）依次置于混料机中，在常温、常压下，以60-120转/分钟的速度搅拌10分钟，然后将得到的固体粉料在100转/分钟的搅拌速度下缓慢加入到90份模数为1.8、二氧化硅和氧化钠质量分数之和为40%的改性水玻璃溶液，继续搅拌3分钟，得到的碱激发复合胶凝材料；经标准GB/T 8077-2000、GB/T 1346-2001和GB/T 17671-1999的测试，均达到国家标准。
上述试验选用的工业硅酸钠，符合国家标准GB/T 4209-2008的液-3、液-4和固-3的三种型号硅酸钠；
选用的矿渣，符合国家标准GB/T 18046-2008的S95级或S105级粒化高炉矿渣；
选用的粉煤灰，符合国家标准GB/T 1596-2005的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰；
所述的偏高岭土，是高岭土经600-850℃煅烧后的无定形态物质，中位粒径D50小于4μm，比表面积大于10000cm2·g-1，SiO2质量分数为45-55%，Al2O3质量分数为35-45%，火山灰活性用Chapelle 法测定为1g偏高岭土吸收大于1000mgCa(OH)，为市售成品。
所述的白云石粉或石灰石粉，符合国家黑色冶金行业标准YB/T 5278-2007的白云石和YB/T 5279-2005的镁质石灰石，颗粒粒径小于10μm，比表面积大于8000cm2·g-1。
Claims (1)
1.一种碱激发碳酸盐复合胶凝材料，其特征在于：将改性水玻璃溶液与固体粉料按0.6-1.0：1的质量比称取；经制备：在60-120转/分钟的搅拌下，将固体粉料缓慢加入到改性水玻璃溶液中，持续搅拌3-5分钟，即得成品；
其中改性水玻璃溶液的配制：将氢氧化钠溶解在液体硅酸钠中，或将氢氧化钠与固体硅酸钠一起溶解在自来水中，持续搅拌溶解，直到溶液透明；所得水玻璃溶液的模数即二氧化硅与氧化钠的物质的量之比为1.2-2.0，二氧化硅和氧化钠质量浓度之和为25-45%；
其中固体粉料以重量份配制：由15-30份矿渣、5-20份粉煤灰、10-30份偏高岭土、20-70份白云石粉或石灰石粉组成：将上述原料依次置于混料机中，在常温、常压下，以60-120转/分钟，搅拌5-15分钟，即得成品。
2. 根据权利要求1所述复合胶凝材料，其特征在于：成品经国家标准测试，其流动度为180-260mm，凝结时间为3h-34h，3d抗压强度达到16.6MPa，28d抗压强度达到40.0MPa。
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