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CN117326827B - 在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料及其制备方法 - Google Patents

在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料及其制备方法

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CN117326827B
CN117326827B CN202311217613.6A CN202311217613A CN117326827B CN 117326827 B CN117326827 B CN 117326827B CN 202311217613 A CN202311217613 A CN 202311217613A CN 117326827 B CN117326827 B CN 117326827B
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calcium
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Abstract

本发明公开一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料及其制备方法。该在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的原料包括：燃煤渣和复配激发剂；其中，按重量百分比计，复配激发剂由以下组分组成：氧化钙30％～60％、氢氧化钙20％～50％、磷酸铝5％～30％。本发明通过对燃煤渣进行化学激发，在多钙体系下，氧化钙与氢氧化钙作为化学反应的启动因子可以为化学反应的进行提供有利的环境；通过使用磷酸铝和氢氧化钙作为调控剂，能够有效控制浆体的放热速率，防止因瞬时放热出现过早硬化、鼓胀和开裂等现象。本发明制备的修复材料能够适应低寒气候地区的工程应用，早期抗压强度高，抗冻性良好。

Description

在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及修复材料的制备技术领域，尤其是涉及一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料及其制备方法。
背景技术
地聚合物是一种无定形的三维铝硅酸盐胶凝材料，主要由Si-O和Al-O四面体组成，其通过从工业废料、煅烧粘土、天然矿物等材料中获得铝硅酸盐，而后通过碱性激发剂激发而合成。与传统的水泥相比，地聚合物由于具有更低的二氧化碳排放和能源消耗以及原材料的可持续来源被认为是水泥的最佳替代材料之一。大部分地聚合物材料需要一定的温度养护，在低温环境下地聚合物材料难以形成且性能较差，其应用受到极大限制。在目前的地聚合物制备技术中，最常见的是使用高温养护和常温养护，以保证早期强度的快速提升。如中国专利CN202211698448.6需要55～65℃的养护温度，中国专利CN202310527147.5需要常温养护。在低寒环境下地聚合物由于缺乏足够的温度，其强度提升受到极大限制。
燃煤渣是指工业燃煤锅炉行业中煤在燃煤锅炉中燃烧后残余的废渣。近年来关于燃煤渣的资源化利用成为当前行业内研究的热点。燃煤渣中含有大量的硅铝组分，能够与碱反应生成胶凝材料。但燃煤渣中硅铝组分主要存在于石英、莫来石等的晶格结构中，性质稳定，导致其反应活性极低，制备出的地聚合物强度较差，极大程度地限制了燃煤渣在建材行业的大规模利用。为了提高基于燃煤渣的地聚合物胶凝材料的强度，中国专利CN202110974024.7和CN202110974810.7均采用氢氧化钠、氧化钙、碳酸钠和/或碳酸氢钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、硅酸钠组成的复配碱激发剂体系，并结合450～650℃下高温焙烧，但这两篇专利采用的碱激发剂组成复杂，且能耗高，不适用于寒冷环境；中国专利CN202210737429.3采用氧化钙和磷酸组成的复配激发剂，虽然简化了激发剂组成，但是该专利需要在40～80℃的温度下养护，也并不适用于低寒气候下地聚合物的制备。
随着当前基础设施建设不断开展，部分建筑、水利工程处于高山或者高原寒冷地区，季节温差和昼夜温差显著。因此，系统地开展低寒地区地聚合物应用研究具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料及其制备方法，解决现有技术中低寒环境下地聚合物由于缺乏足够的温度，其强度提升受到极大限制的技术问题。
第一方面，本发明提供一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料，其原料包括：燃煤渣和复配激发剂；其中，按重量百分比计，复配激发剂由以下组分组成：氧化钙30％～60％、氢氧化钙20％～50％、磷酸铝5％～30％。
第二方面，本发明提供一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的制备方法，包括以下步骤：
配制化学药剂：将氧化钙、氢氧化钙、磷酸铝按比例混合均匀，得到复配激发剂；
混合原料：将燃煤渣与复配激发剂混合均匀，得到混合料；
机械活化：将混合料进行粉磨，得到前驱粉体；
制备净浆：将前驱粉体与水混合均匀，得到净浆；
成型养护：将净浆进行成型养护，得到固化成型的地聚合物修复材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明通过对燃煤渣进行化学激发，在多钙体系下，氧化钙与氢氧化钙作为化学反应的启动因子可以为化学反应的进行提供有利的环境。使用磷酸铝和氢氧化钙作为调控剂，能够有效控制浆体的放热速率，防止因瞬时放热出现过早硬化、鼓胀和开裂等现象。磷酸铝和氢氧化钙都能抑制氧化钙生成氢氧化钙的放热反应，而添加的氢氧化钙在早期还可作为激发剂促进地聚合反应的进行，防止氧化钙的水化反应被限制后影响地聚合反应的进行。这种多组分的协同激发作用，丰富了凝胶相的数量与种类，并抑制钙化产生的负面效应，保证了反应热的持续供应。本发明具有简便安全、成本低、能耗较小、固废利用率高、环境友好以及适应性强的特点；本发明制备的修复材料能够适应低寒气候地区的工程应用，早期抗压强度高，抗冻性良好。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本领域技术人员均知，氧化钙或氢氧化钠遇水均能释放出大量热量。但发明人在试验过程中发现，传统氢氧化钠激发的地聚合物反应热无法调控，不能实现在低寒环境下的长期反应，不具备低寒地区应用的潜力；同时，仅以氧化钙或氢氧化钠作为激发剂，热量会在一瞬间大量释放引起鼓胀开裂等负面影响，均无法在低寒气候下制备出性能优异的地聚合物。可见，将低活性的固体废弃物作为地聚合物的原材料，使有用的活性硅铝组分在低寒环境下能够溶解的必要条件是提供持续且足够的反应热，但大量放热又会导致早期水化速率失控、引起开裂等问题，导致激发剂的选择成为重难点。
磷酸铝具备缓凝作用，但是这是以抑制地聚合反应速度为代价的，也就是说磷酸铝的缓凝作用会无差别影响整个地聚合物反应的进行。这与本发明想减缓放热加速地聚合反应的设计思路相违背。本发明通过磷酸铝+氢氧化钙的联合抑制作用不仅强化了对氧化钙水化的抑制作用，使得热量缓慢释放；同时，通过氢氧化钙的辅助激发效果使得氧化钙在被氢氧化钙和磷酸铝联合抑制的前提下，仍然可以提供钙离子和碱性环境来保障地聚合反应的进行，使其对地聚合反应的负面影响甚微。
基于此，提出本发明。
第一方面，本发明提供一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料，其原料包括：燃煤渣和复配激发剂A；其中，按重量百分比计，复配激发剂A由以下组分组成：氧化钙30％～60％、氢氧化钙20％～50％、磷酸铝5％～30％。
本发明所用化学药剂中各组分在体系中的作用具体如下：
氧化钙：氧化钙在地聚合水化过程中会放出热量，这种热量不仅推动了反应的进行，而且保证了低寒气候下所需反应热的供给；同时氧化钙与水反应形成的氢氧化钙在溶解时使水溶液呈碱性，可以加速燃煤渣中活性硅铝组分的溶出；氢氧化钙同时也具有一定的胶凝性质，为整体强度的提升增加了更多有用的化学组分和结构组分；钙离子的引入可以生成水化产物(C-S-H或C-(A)-S-H凝胶)，使得早期强度迅速攀升；同时钙离子为聚合度更高的地聚合反应产物(N-A-S-H凝胶)的形成提供成核位点，使得地聚合物的早期强度、抗冻性、吸水性、耐腐蚀性等性能得到进一步的提升。
氢氧化钙：在钙激发过程中，氢氧化钙是其中一个主要的水化产物，这种水化产物可以促进地聚合物早期强度的发展；同时，氢氧化钙也是氧化钙放热反应的主要产物，加入氢氧化钙可以抑制氧化钙放热反应，同时氢氧化钙在地聚合反应中与活性硅铝组分相结合逐渐消耗，使得氧化钙放热反应的持续正向进行，补充了新的氢氧化钙和热量，保证了低寒气候下地聚合反应的稳定进行，因而实现了反应过程热量的持续性而不是瞬时放出造成的损耗；另外，氢氧化钙可根据环境温度的不同来替换氧化钙，防止出现热量过高引起地聚合物材料出现膨胀、开裂等负面现象。氢氧化钙具有强碱性，可以促进其他矿物质的反应，影响其化学性质和性能，加速地聚合物的早期强度发展。在地聚合物硬化的早期阶段，氢氧化钙通过与矿物和水产生化学反应，形成硬化产物，增强地聚合物砂浆的强度。适当的pH值还可以影响砂浆中其他添加剂和成分的活性。
磷酸铝：钙源的大量引入使得浆料的和易性显著降低，导致C-S-H凝胶的水化速率失控，大量包裹体产生阻碍了后期地聚合反应的进行，磷酸铝在其中可以作为地聚合物反应过程的调控剂，一方面能够减缓凝固速率，防止出现过早硬化、鼓胀和开裂等现象。另一方面磷酸铝在低温环境中可以有效减缓其热量的快速损失，保证地聚合反应所需热量的持续供给，这主要是磷酸铝抑制了氢氧化钙的生成，使得供热的氧化钙放热反应能够持续进行。磷酸铝的水解会使溶液偏碱性，为可溶性硅铝成分的溶解提供有利环境，在磷酸铝的作用下，铝硅酸盐前驱体也可以被聚合生成Si-Al-P凝胶，同时可以与组分中的钙源进行聚合反应形成更为复杂的凝胶相。磷酸铝可以作为地聚合物吸水性能的调控剂，调整其吸水速度、吸水量和保水能力，这样就进一步改善了氧化钙吸水放热的速度不会出现局部温度过高以及热量迅速产生并散失到环境中去的弊端。此外，磷酸铝的添加可以增强地聚合物凝胶的稳定性和持久性，磷酸铝与地聚合物中的聚合物链相互作用，形成交联结构，增强了凝胶的结构稳定性，防止其脱水或分解。磷酸根的引入使地聚合物具有更光滑、更致密的凝胶结构和低泛霜性、低介电损耗的优点，显著提高了胶凝材料的应用性能。
在本发明的一些具体实施方式中，燃煤渣的主要化学成分是：CO2烧失量为4wt％～10wt％，SiO2含量为43wt％～64wt％，Al2O3含量为20wt％～40wt％，Fe2O3含量为2wt％～6wt％，CaO含量为1wt％～3wt％；燃煤渣的初始粒径为5目及以下。
本发明中，复配激发剂A中，氧化钙与氢氧化钙的质量比为1：(0.4～1.5)。该过程中，可以通过调节氧化钙与氢氧化钙的质量比来适应不同温度的低寒气候，氧化钙所占比例随环境温度的降低而升高。
在本发明的一些具体实施方式中，复配激发剂A中，氧化钙与氢氧化钙的质量比为1：(0.6～1)。
在本发明的一些更具体实施方式中，按重量百分比计，复配激发剂A由以下组分组成：氧化钙40％～50％、氢氧化钙30％～40％、磷酸铝10％～20％。
本发明中，燃煤渣与复配激发剂A的质量比为(2.5～4.5)：1。
在本发明的一些具体实施方式中，燃煤渣与复配激发剂A的质量比为(3～4)：1。
本发明中，上述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的原料还包括：水。
在本发明的一些具体实施方式中，水与燃煤渣和复配激发剂A总质量的液固比为0.28～0.41mL：1g，优选为0.30～0.35mL：1g。
本发明中，所指的低寒气候不仅包括环境温度，还包含所处环境下介质的温度，即在相应的低温水介质中也可适用。
在本发明的一些具体实施方式中，水介质及养护温度不低于0℃，避免水出现凝固，更具体为5～15℃。
第二方面，本发明提供一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制化学药剂：将氧化钙、氢氧化钙、磷酸铝按比例混合均匀，得到复配激发剂A；
S2、混合原料：将燃煤渣与复配激发剂A混合均匀，得到混合料B；
S3、机械活化：将混合料B进行粉磨，得到前驱粉体；
S4、制备净浆：将前驱粉体与水混合均匀，得到净浆；
S5、成型养护：将净浆进行成型养护，得到固化成型的地聚合物修复材料。
本发明中，前驱粉体的D90粒径为260目及以下。
在本发明的一些具体实施方式中，粉磨的时间为4～6min。
本发明中，成型的方式为：将净浆浇注到模具中振动成型。
本发明中，养护的方式为：将装有振动成型后试样的模具密封后，养护18～24h后脱模，随后继续密封养护至规定期龄，得到固化成型的地聚合物修复材料。
在本发明的一些优选实施方式中，规定期龄为7～28天。
为避免赘述，现将本发明以下各实施例和对比例中所涉及部分原料统一描述如下：
燃煤渣是指工业燃煤锅炉行业中煤在燃煤锅炉中燃烧后残余的废渣，主要化学成分是：CO2烧失量为6.684wt％，SiO2含量为53.976wt％，Al2O3含量为30.310wt％，Fe2O3含量为4.204wt％，CaO含量为1.769wt％。
实施例1
实施例1提供了一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝3：2：1混合均匀，配制成复配激发剂A；
(2)混合原料：将燃煤渣(初始粒径为5目以下)放在烘箱中，烘至质量不再变化，冷却至室温后按m(燃煤渣)：m(复配激发剂A)＝3.4：1混合均匀得到混合料B；
(3)机械活化：混合料B放入振磨机中粉磨4min至D90粒径小于260目，得到前驱粉体；
(4)制备净浆：向上述前驱粉体中加入5℃的水，搅拌均匀，得到净浆；其中水的体积(mL)与前驱粉体的质量(g)比为0.30；
(5)成型养护：将上述净浆浇注到模具中振动成型，得到试样，随后将振动成型后的试样用自封袋密封后在5℃的温度下养护24h后脱模，脱模后继续密封在5℃的环境温度中养护至第28天，即可得到固化成型的地聚合物修复材料。
实施例2
实施例2提供了一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝3：2：1混合均匀，配制成复配激发剂A；
(2)混合原料：将燃煤渣(初始粒径为5目以下)放在烘箱中，烘至质量不再变化，冷却至室温后按m(燃煤渣)：m(复配激发剂A)＝3.6：1混合均匀得到混合料B；
(3)机械活化：混合料B放入振磨机中粉磨4min至D90粒径小于260目，得到前驱粉体；
(4)制备净浆：向上述前驱粉体中加入5℃的水，搅拌均匀，得到净浆；其中水的体积(mL)与前驱粉体的质量(g)比为0.34；
(5)成型养护：将上述净浆浇注到模具中振动成型，得到试样，随后将振动成型后的试样用自封袋密封后在5℃的温度下养护24h后脱模，脱模后继续密封在5℃的环境温度中养护至第28天，即可得到固化成型的地聚合物修复材料。
实施例3
实施例3提供了一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝2：2：1混合均匀，配制成复配激发剂A；
(2)混合原料：将燃煤渣(初始粒径为5目以下)放在烘箱中，烘至质量不再变化，冷却至室温后按m(燃煤渣)：m(复配激发剂A)＝3.4：1混合均匀得到混合料B；
(3)机械活化：混合料B放入振磨机中粉磨4min至D90粒径小于260目，得到前驱粉体；
(4)制备净浆：向上述前驱粉体中加入15℃的水，搅拌均匀，得到净浆；其中水的体积(mL)与前驱粉体的质量(g)比为0.32；
(5)成型养护：将上述净浆浇注到模具中振动成型，得到试样，随后将振动成型后的试样用自封袋密封后在15℃的温度下养护24h后脱模，脱模后继续密封在15℃的环境温度中养护至第28天，即可得到固化成型的地聚合物修复材料。
对比例1
对比例1与实施例1相比，区别仅在于复配激发剂A中各组分含量不一致，具体如下：
配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝0：2：1混合均匀，配制成复配激发剂A。
对比例2
对比例2与实施例1相比，区别仅在于复配激发剂A中各组分含量不一致，具体如下：
配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝10：2：1混合均匀，配制成复配激发剂A。
对比例3
对比例3与实施例1相比，区别仅在于复配激发剂A中各组分含量不一致，具体如下：
配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝3：0：1混合均匀，配制成复配激发剂A。
对比例4
对比例4与实施例1相比，区别仅在于复配激发剂A中各组分含量不一致，具体如下：
配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝3：10：1混合均匀，配制成复配激发剂A。
对比例5
对比例5与实施例1相比，区别仅在于复配激发剂A中各组分含量不一致，具体如下：
配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝3：2：0混合均匀，配制成复配激发剂A。
对比例6
对比例6与实施例1相比，区别仅在于复配激发剂A中各组分含量不一致，具体如下：
配制化学药剂：将氧化钙K1、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氧化钙)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝3：2：10混合均匀，配制成复配激发剂A。
对比例7
对比例7与实施例1相比，区别仅在于复配激发剂A中用氢氧化钠替代实施例1中的氧化钙，具体如下：
配制化学药剂：将氢氧化钠K4、氢氧化钙K2、磷酸铝K3按m(氢氧化钠)：m(氢氧化钙)：m(磷酸铝)＝3：2：1混合均匀，配制成复配激发剂A。
对比例8
对比例8与实施例1相比，区别仅在于混合料B中各组分配比不一样，具体如下：
混合原料：将燃煤渣(初始粒径为5目以下)放在烘箱中，烘至质量不再变化，冷却至室温后按m(燃煤渣)：m(复配激发剂A)＝5：1混合均匀得到混合料B。
对比例9
对比例9与实施例1相比，区别仅在于混合料B中各组分配比不一样，具体如下：
混合原料：将燃煤渣(初始粒径为5目以下)放在烘箱中，烘至质量不再变化，冷却至室温后按m(燃煤渣)：m(复配激发剂A)＝2：1混合均匀得到混合料B。
对比例10
对比例10与实施例1相比，区别仅在于，制备净浆的水温及成型养护的环境温度不同，具体如下：
制备净浆：向前驱粉体中加入35℃的水，搅拌均匀，得到净浆；其中水的体积(mL)与前驱粉体的质量(g)比为0.32；
成型养护：将上述净浆浇注到模具中振动成型，得到试样，随后将振动成型后的试样用自封袋密封后在35℃的温度下养护24h后脱模，脱模后继续密封在35℃的环境温度下养护至第28天，即可得到固化成型的地聚合物修复材料。
试验组
采用《GB 175-2007通用硅酸盐水泥》、《GB 50164-2011混凝土质量控制标准》中规定的测试标准对上述实施例1～3及对比例1～10所得地聚合物修复材料进行性能测试，结果见表1。
表1
通过表1的数据可以看出，采用本发明实施例1～3中的方法，均能在低寒气候下制备出快速成型的地聚合物修复材料，制备出的地聚合物修复材料具有良好的抗压强度，可以适用于低寒气候下建筑修复材料的应用。
与实施例1对比，对比例1中复配激发剂A未掺氧化钙的试样抗压强度下降明显。这是因为氧化钙是激发剂的主体，仅靠着氢氧化钙及磷酸铝的作用，一方面不能提供足够的碱性环境使得燃煤渣中的硅铝组分溶解，另一方面氧化钙的缺失导致其热量供应不足，在低寒气候中很难发生水化反应，提供强度的凝胶结构无法形成，材料的抗压强度几乎全部丧失。对比例2中复配激发剂A掺入过量氧化钙的试样抗压强度明显下降。这是因为氧化钙过量掺入虽然可以提高早期地聚合反应程度，但过快的反应速率以及局部反应热过高导致地聚合物修复材料存在大量的孔洞与结构缺陷，使得地聚合物的强度出现明显的下降。在低寒气候下后期的养护中还表现出不适应性，即地聚合物修复材料的孔洞、裂痕进一步扩张导致试样易开裂。
与实施例1对比，对比例3中复配激发剂A未掺氢氧化钙的试样抗压强度有所下降。氢氧化钙本身就是一种水化产物，具有一定的胶凝性质，能够有效促进地聚合物钙激发体系早期强度的发展。氢氧化钙的缺失使得反应环境碱性降低，生成的水化产物减少从而使得反应产物的抗压强度降低。与此同时氢氧化钙的缺失导致氧化钙的水化抑制作用减弱，使热量大量释放造成损失。对比例4中复配激发剂A过量掺入氢氧化钙的试样抗压强度下降明显，在引入的钙离子一定的条件下，过量掺入氢氧化钙会导致氧化钙相对含量直线下降，而在低寒气候下没有氧化钙的持续放热，各种化学反应难以进行，制备的地聚合物性能较差。
与实施例1对比，对比例5中复配激发剂A未掺磷酸铝的试样，在脱模过程中就出现了明显的裂纹，强度测试的结果也表明试样抗压能力较弱。磷酸铝的缺失导致氧化钙在早期的放热反应中缺少调控，早期水化反应过于迅速，热量损失大，在低寒气候下易出现过早硬化使地聚合物反应提前终止和开裂现象。同时磷酸铝的缺失使得水化产物向C-S-H凝胶变化，缺乏更致密的凝胶结构，其稳定性降低。对比例6中复配激发剂A过量掺入磷酸铝，氧化钙和氢氧化钙作为主要起激发作用的成分大量减少，仅靠盐类调控剂磷酸铝难以启动地聚合反应的发生，因而其抗压强度急剧下降。
与实施例1相比，对比例7中的复配激发剂A使用氢氧化钠对氧化钙进行替代，有很明显的泛霜现象产生。此外，传统的氢氧化钠在低寒气候下激发得到的试样抗压强度明显不足，这是由于低温下抑制了地聚合反应的发生与持续进行。
与实施例1相比，对比例8中显著增加燃煤渣与复配激发剂A的配比。这使得复配激发剂A的相对用量不足，大量燃煤渣无法得到激发，活性硅铝组分未能溶出，生成的凝胶产物大量减少。对比例9中显著减少燃煤渣与复配激发剂A的配比。这使得被激发的燃煤渣原料显著减少，可以形成的活性硅铝组分明显不足。生成的胶凝产物减少的同时复配激发剂A浓度过高使得地聚合物缺陷较多，从而影响地聚合物的性能。
与实施例1相比，对比例10中制备净浆的水温及成型养护的环境温度由5℃进一步提高到35℃，环境温度的提高理论上更适合地聚合物反应的进行，但是由于氧化钙的掺加量并未对应做出调整，导致局部温度过高，试样出现明显的开裂、鼓包等结构缺陷，因此制备得到的地聚合物修复材料抗压强度反而出现明显下降。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明配制的复配激发剂A，可以有效提高反应活性，在地聚合反应中发挥各组分之间的互补作用，协同活化、相互配合，使得反应过程能够被准确调控，得到更理想的地聚合物修复材料的品质和性能。复配激发剂A溶解后的碱性环境，有助于活性硅铝组分的溶出，形成复杂多相的水化产物。氧化钙的水化反应放热加速凝胶相在低寒气候中的形成，磷酸铝能防止水化速率失控，延缓热量损失，同时防止过早硬化和优化凝胶结构，氢氧化钙在与磷酸铝协同抑制氧化钙水化放热的同时，还兼具提供钙离子和碱性环境的作用，避免地聚合反应被磷酸铝抑制，同时可以根据环境温度实现最优复配激发剂A的快速调节。
(2)本发明通过辅助激发剂氢氧化钙和磷酸铝对氧化钙的调控，能够实现低寒气候下钙激发地聚合反应的持续进行，有效延缓热量损失进而提供持续的反应热，极大程度上弥补地寒地区缺少热量的难点，保障化学反应进行。本发明复配钙激发剂的反应热持续时间长、更为稳定，在低寒气候下制备出的地聚合物修复材料也表现出了优良的抗压性质，适用范围广且可调控性强。
(3)本发明以燃煤渣为原料制备地聚合物修复材料，能够大规模对燃煤渣这种固废进行高效资源化利用，减少废弃物的排放和对自然资源的依赖。同时可以降低燃煤渣对环境的潜在危害，将有害物质固化在修复材料中，减少其对环境的释放风险。无需煅烧或者高温养护，使用环境友好的化学反应代替传统的物理过程，从而降低了制备过程的能源消耗。
(4)本发明使用燃煤渣在低寒气候下制备出的修复材料的抗压强度达到《GB 175-2007通用硅酸盐水泥》中规定的32.5R等级，对地聚合物材料在低寒气候中的应用提供了新的思路，拓宽了地聚合物作为水泥替代材料的应用场景。
(5)本发明能够适用于低寒气候下建筑材料的简单制备及快速成型，并且可以根据环境温度调控复合激发剂的配比及用量以达到工业要求，促进低寒气候下地聚合反应的快速启动和持续进行。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料，其特征在于，原料包括：燃煤渣和复配激发剂；其中，按重量百分比计，所述复配激发剂由以下组分组成：氧化钙30%~60%、氢氧化钙20%~50%、磷酸铝5%~30%；其中，所述燃煤渣与复配激发剂的质量比为（2.5~4.5）：1；所述地聚合物修复材料的养护温度为5~15℃。
2.根据权利要求1所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料，其特征在于，所述燃煤渣的主要化学成分为：CO2烧失量为4wt%~10wt%，SiO2含量为43wt%~64wt%，Al2O3含量为20wt%~40wt%，Fe2O3含量为2wt%~6wt%，CaO含量为1wt%~3wt%；所述燃煤渣的初始粒径为5目及以下。
3.根据权利要求1所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料，其特征在于，所述复配激发剂中，氧化钙与氢氧化钙的质量比为1：（0.4~1.5）。
4.根据权利要求1所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料，其特征在于，按重量百分比计，所述复配激发剂由以下组分组成：氧化钙40%~50%、氢氧化钙30%~40%、磷酸铝10%~20%。
5. 根据权利要求1所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料，其特征在于，所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的原料还包括：水；且所述水与燃煤渣和复配激发剂总质量的液固比为0.28~0.41 mL：1 g。
6.根据权利要求5所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料，其特征在于，所述水的温度不低于0℃。
7.一种如权利要求1~6中任一项所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
配制化学药剂：将氧化钙、氢氧化钙、磷酸铝按比例混合均匀，得到复配激发剂；
混合原料：将燃煤渣与复配激发剂混合均匀，得到混合料；
机械活化：将混合料进行粉磨，得到前驱粉体；
制备净浆：将前驱粉体与水混合均匀，得到净浆；
成型养护：将净浆进行成型养护，得到固化成型的地聚合物修复材料。
8.根据权利要求7所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的制备方法，其特征在于，所述前驱粉体的D90粒径为260目及以下。
9. 根据权利要求7所述在低寒气候下快速成型的地聚合物修复材料的制备方法，其特征在于，所述粉磨的时间为4~6 min；所述成型的方式为：将净浆浇注到模具中振动成型；所述养护的方式为：将装有振动成型后试样的模具密封后，养护18~24 h后脱模，随后继续密封养护至规定期龄。
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