CN101792275A - 一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101792275A
CN101792275A CN201010153097A CN201010153097A CN101792275A CN 101792275 A CN101792275 A CN 101792275A CN 201010153097 A CN201010153097 A CN 201010153097A CN 201010153097 A CN201010153097 A CN 201010153097A CN 101792275 A CN101792275 A CN 101792275A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fly ash
inorganic polymer
grams
water
flyash
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201010153097A
Other languages
English (en)
Inventor
张耀君
王亚超
徐德龙
刘礼才
桂根生
郭卫鹏
陈笃平
靳朝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN201010153097A priority Critical patent/CN101792275A/zh
Publication of CN101792275A publication Critical patent/CN101792275A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26—Silicates of the alkali metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/006—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00017—Aspects relating to the protection of the environment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法，其原料组成：粉煤灰用量1350克，硅粉用量150克；硅酸钠用量225或300克，水307或264克(水+Na2SiO2×9H2O中的结晶水：粉煤灰及硅粉＝0.29)，丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的掺量为粉煤灰及硅粉重量的0.5％-3％。用硅酸钠激发二元复配的粉煤灰和硅粉，室温制备而成；或将丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液掺入硅酸钠激发的二元复配的粉煤灰和硅粉中，室温制备而成。其28天龄期的最佳抗压强度比二元复配的粉煤灰基无机聚合物提高了10.43MPa，28天龄期的抗折强度提高了2.52MPa。丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的掺入，能显著的改善粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的抗压及抗折强度；制备过程常温常压，零排放，绿色环保。

Description

一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明属于有机-无机复合材料领域，具体涉及一种在碱性激发剂的作用下，生成无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法，或进一步丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液与粉煤灰硅灰提供的无机铝硅酸盐在碱性激发剂的作用下，生成无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法。
背景技术
粉煤灰是火力发电厂的煤粉进入1300～1500℃的燃煤锅炉后经收尘器收集的废渣。近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3％，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，1995年粉煤灰的排放量为1.25亿吨，，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到4亿吨。在今后相当长的时期内，火力发电仍然是我国电力工业的主流，粉煤灰的产量也会随之快速增长，大量的粉煤灰长期堆放不仅占用大量的良田，日晒雨淋，会渗入地下，或流入江海，给生态环境造成巨大的压力。在大力倡导的“减量化、再利用、资源化”的循环经济，低碳经济的今天，利用大量的粉煤灰制备新型无机聚合物胶凝材料，以替代水泥材料作为新型建筑胶凝材料，使水泥的产量减少，节约石灰石资源以及水泥熟料烧成过程中的高能耗和高污染，间接达到减排CO2的目的，是粉煤灰高附加值利用的有效途径之一。
无机聚合物铝硅酸盐胶凝材料是由天然矿物(高岭土、火山灰)以及铝硅酸盐工业固体废弃物(粉煤灰、煤矸石、矿渣、钢渣、磷渣等)在碱性激发剂的作用下，发生硅氧键和铝氧键的断裂，再通过缩聚反应，形成硅氧四面体与铝氧四面体组成的三维网络结构的无机聚合物胶凝材料[1-3]。J.Davidovits于1985年在申请的美国专利中提出了“Geopolymer”的新概念[4]。不同研究者将其称为“碱激发胶凝材料”，“地质聚合物”，“土壤聚合物”，“无机聚合物”等，但都从不同侧面反映了由硅氧铝形成的网络结构的本质。
利用KOH，NaOH，Na2SiO3等碱性物质与粉煤灰反应制备无机聚合物胶凝材料有诸多报导，由于粉煤灰与碱反应的活化能比较高，通常需要在一定温度(50-90℃)下养护，以缩短生成无机聚合物胶凝材料的凝结时间，并加快其强度的发展[5-21]。同时，为了节约制备成本，简化工艺过程，J.Temuujin等人[22]探讨了室温养护条件下制备粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的工艺条件。S.Frantisek等人[23-26]发明了利用碱激发粉煤灰制备无机聚合物的专利。
Sun等人[27，28]报导了一种PVA纤维增韧的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料，PVA纤维的最佳掺量为粉煤灰的1％。Hu等人[29]制备了以沸石及斑脱土作为添加剂的碱激发粉煤灰无机聚合物胶凝材料。D.R.M.Brew等人[30]探索了利用硅灰的碱溶液形成的硅酸钠与铝酸钠溶液进行溶胶-凝胶缩聚反应制备无机聚合物胶凝材料。N.Mamoru等人[31]的发明专利报导了工业废弃物粉煤灰固化成型的方法，将碱液与粉煤灰、硅灰(加入量3-50％)在加热加压的模具中加热加压使其硬化成型，具体的加热固化温度为100-200℃，施加压力2-16MPa。当加热温度为200℃，施加压力为11-16MPa时，其成型件的抗压强度为140MPa。
根据申请人所查阅的大量国内外相关文献资料及专利，仅发现一项涉及碱激发粉煤灰和硅灰制备无机聚合物胶凝材料的专利报导[31]。但该方法是在加热温度为100-200℃，施加压力为2-16MPa的苛刻条件下，使碱激发粉煤灰与硅灰固化，生成无机聚合物胶凝材料。而本发明是采用碱性激发剂与粉煤灰及硅粉反应，同时掺入丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液对碱性激发剂粉煤灰基无机聚合物进行增韧改性，继而在室温条件下自然硬化，无需任何外加温度及压力条件，故与N.Mamoru等人[31]报导的专利有本质区别。根据申请人所查阅的大量相关文献资料及专利，没有发现丙烯酸丁酯-丙烯酸乳液增韧的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料的相关专利及文献报导。以下是发明人给出的参考文献：
[1]J.Davidovits，R.Davidovits，Poly(sialate-disiloxo)-based geopolymericcement and production method thereof，U S Patent 7,229,491(2007).
[2]D.Khate，R.Chaudhary，Mechanism of geopolymerization and factorsinfluencing its development：a review，J.Mater.Sci.42(2007)729-746.
[3]P.Duxson，A.Fernandez-Jimenez，J.L.Provis，G.C.Lukey，A.Palomo，J.S.J.van Deventer，Geopolymer technology：the current state of the art，J.Mater.Sci.42(9)(2007)2917-2933.
[4]J.Davidovits，Early high strength minerial polymer，US Patent 4,509,985(1985).
[5]Frantisek Skvaraa，Lubomír Kopecky，Vít Smilauerb，Zdenek Bittnar，Material and structural characterization of alkali activated low-calciumbrown coal fly ash，J.Hazard.Mater.168(2009)711-720.
[6]Xiaolu Guo，Huisheng Shi，Warren A.Dick，Compressive strength andmicrostructural characteristics of class C fly ash geopolymer，Cem.Concr.Compos.32(2010)142-147
[7]G.Kovalchuk，A.Fernandez-Jimenez，A.Palomo，Alkali-activated fly ash：Effect of thermal curing conditions on mechanical and microstructuraldevelopment-Part II，Fuel 86(2007)315-322.
[8]I.García-Lodeiro，A.Palomo，A.Fernandez-Jimenez，Alkali-aggregatereaction in activated fly ash systems，Cem.Concr.Res.37(2007)175-183
[9]T.Bakharev，Geopolymeric materials prepared using Class F f ly ash andelevated temperature curing，Cem.Concr.Res.35(2005)1224-1232
[10]A.Palomo，M.W.Grutzek，M.T.Blanco，Alkali-activated fly ashes：a cementfor the future.Cem.Concr.Res.29(8)(1999)1323-1329.
[11]A.R.Brough，A.Katz，G-K.Sun，Struble LJ，Kirkpatrick RJ，Young JF.Adiabatically cured，alkali-activated cement-based waste form s containinghigh levels of fly ash：formation of zeolites and Al-substituted C-S-H.Cem.Concr.Res.31(2001)1437-1447.
[12]J.C.Swanepoel，C.A.Strydom，Utilisation of fly ash in a geopolymericmaterial.Appl.Geochem.17(8)(2002)1143-1148.
[13]T.Bakharev，Geopolymeric materials prepared using Class F fly ash andelevated temperature curing，Cem.Concr.Res.35(2005)1224-1232.
[14]F.Skvara，T.Jílek，L.Kopecky，Geopolymer materials based on fly ash.Ceram-Silikaty 49(2005)195-204.
[15]J.L.Provis，G.C.Lukey，J.S.J.van Deventer，Do Geopolymers actually containnanocrystalline zeolites？A reexamination of existing results.Chem Mater17(2005)3075-3085.
[16]F.Skvara，L.Kopecky，J.Nmecek，Z.Bittnar，Microstructure of geopolymermaterials based on fly ash.Ceram-Silikaty 50(2006)208-215.
[17]M.Criado，A.Fernandez-Jimenez，A.G.de la Torre，M.A.G.Aranda，A.Palomo，An XRD study of the effect of the SiO2/Na2O ratio on the alkaliactivation of fly ash，Cem.Concr.Res.37(2007)671-679.
[18]J.G.S.van Jaarsveld，J.S.J.van Deventer，G.C.Lukey，The effect ofcomposition and temperature on the properties of fly ash-andkaolinite-based geopolymers，Chem.Eng.J.89(2002)63-73.
[19]A.Fernández-Jimenez，A.Palomo，M.Criado，Microstructure development ofalkali-activated fly ash cement：a descriptive model，Cem.Concr.Res.35(2005)1204-1209.
[20]M.Steveson，K.Sagoe-Crentsil，Relationships between composition，structure and strength of inorganic polymers.Part 2.Fly ash-derivedinorganic polymers，J.Mater.Sci.40(2005)4247-4259.
[21]P.Chindaprasirt，T.Chareerat，V.Sirivivatnanon，Workability and strength ofcoarse high calcium fly ash geopolymer.Cem.Concr.Compos.29(2007)224-229.
[22]J.Temuujin，R.P.Williams，A.van Riessen，Effect of mechanical activationof fly ash on the properties of geopolymer cured at ambient temperature，Journal of Materials Processing Technology 209(2009)5276-5280.
[23]Skvara Frantisek，Kastanek Frantisek，Geopolymer binder based on fly ash，SK332004(A3)，WO03078349(A1)，
[24]王栋民，李俏，侯云芬，刘子科，范德科，张守祺，粉煤灰基矿物聚合物的制备及应用方法，公开(公告)号：CN101353232.
[25]林鲜；周伟，丁新龙，许海彬，张长民，冯士明，高活性碱矿渣粉煤灰无机聚合物胶凝材料及制造方法，公开(公告)号：CN101125739.
[26]李克亮，黄国泓，陈健，王毅，温金保，邢有红，刘兴荣，陈国新，王冬，唐修生，蔡明，祝烨然，一种固化重金属的方法及其专用粉煤灰基土壤聚合物，公开(公告)号：CN101259314.
[27]Peijiang Sun，Hwai-Chung Wu，Transition from brittle to ductile behavior offly ash using PVA fibers，Cem.Concr.Compos.30(2008)29-36
[28]Zhang Yunsheng，Sun Wei，Li Zongjin，Zhou Xiangming，Eddie，ChauChungkong，Impact properties of geopolymer based extrudates incorporatedwith fly ash and PVA short fiber，Construction and Building Materials 22(2008)370-383
[29]Hu Mingyu，Zhu Xiaomin，Long Fumei，Alkali-activated fly ash-basedgeopolymers with zeolite or bentonite as additives，Cement&ConcreteComposites 31(2009)762-768.
[30]D.R.M.Brew，K.J.D.MacKenzie，Geopolymer synthesis using silicafume and sodium aluminate，J.Mater.Sci.42(2007)3990-3993.
[31]Nishioka Mamoru，Amo Kazuo，Nishino Kentaro，Method for molding flyash being industrial waste，JP9122619(A).
发明内容
针对现有碱激发粉煤灰基无机聚合物胶凝材料在室温养护制度下，普遍存在抗压强度低，抗折强度差的问题，本发明的目的在于以粉煤灰为主要原料，掺入少量硅粉，以硅酸钠为激发剂，或进一步以丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液为结构改性剂，制备一种树脂乳液增强增韧的无机聚合物复合胶凝材料，改善无机地质聚合物材料的脆性，增强其韧性。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种粉煤灰基无机聚合物胶凝材料，其特征在于，该无机聚合物胶凝材料包括下述重量比的原料：
粉煤灰及硅粉           1500克；
硅酸钠Na2SuO2·9H2O    225克；
水                     307克。
本发明还给出了一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料，该无机聚合物复合胶凝材料包括下述重量比的原料：
粉煤灰及硅粉           1500克；
硅酸钠Na2SiO2·9H2O    300克；
水                     264克。
所述该无机聚合物复合胶凝材料包括下述重量比的原料：
粉煤灰及硅粉           1500克；
硅酸钠Na2SiO2·9H2O    300克；
增韧改性剂             7.5～45克；
水                     264克。
所述增韧改性剂为丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液。
所述粉煤灰及硅粉中：粉煤灰1350克，硅粉150克。
所述水+Na2SiO2·9H2O中的结晶水：粉煤灰和硅粉＝0.29。
下面本发明给出了上述粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)称取1350克的粉煤灰和150克硅粉；
2)将225克或300克的硅酸钠溶入定量的水中；该定量的水按照水+Na2SiO2·9H2O中的结晶水：粉煤灰和硅粉＝0.29的比例量取；
3)室温下，将硅酸钠水溶液放入双转双速净浆搅拌机中，加入步骤1)混合体进行拌和，形成混合均匀的浆状体；
4)将浆状体放入模具中成型，室温养护1天后脱模，室温养护不同龄期，即得成型的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料。
本发明还给出了添加高分子树脂乳液增韧改性剂来制备粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
1)称取1350克的粉煤灰和150克硅粉；
2)将300克的硅酸钠溶入定量的水中；该定量的水按照水+Na2Si02·9H2O中的结晶水：粉煤灰及硅粉＝0.29的比例量取；
3)称取7.5～45克的丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液，其固含量56％，pH值为8-10；
4)室温下，将硅酸钠水溶液放入双转双速净浆搅拌机中，加入混合均匀的粉煤灰和硅粉进行拌和；再将丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液加入，搅拌形成混合均匀的浆状体；
5)将浆状体放入模具中成型，室温养护1天后脱模，室温养护不同龄期，即得成型的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料。
本发明制备的丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液增强的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料，利用可提供无机铝硅酸盐成分的低钙粉煤灰，可提供活性硅成分的硅粉为原料，与丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液，在激发剂硅酸钠的作用下，生成树脂乳液增韧的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料，其所带来的技术效果是：
(1)能够规模化高附加值的利用工业固体废弃物粉煤灰制备无机聚合物复合胶凝材料；使粉煤灰成为高效循环经济，低碳经济的宝贵资源。
(2)采用常温常压的工艺制备方法，制备过程无需加热加压，无三废排放，是一种无污染的绿色制备。
(3)采用丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液对碱激发粉煤灰基无机聚合物进行结构改性，树脂乳液在低含量时，可填充于无机聚合物颗粒的间隙，改善孔结构；掺1％的丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液所形成的复合胶凝材料显示出最佳的抗压强度和抗折强度，其28天龄期的最佳抗压强度比粉煤灰基无机聚合物提高了10.43MPa，28天龄期的最佳抗折强度提高了2.52MPa。解决了粉煤灰基无机聚合物胶凝材料抗压强度及抗折强度差的关键技术问题。
本发明的创新之处在于：
(1)创新性的提出了以粉煤灰与硅灰为原料，与硅酸钠碱性激发剂在室温下反应，继而在室温下凝结硬化，无需任何加热加压条件，可制备抗压强度较理想的无机聚合物胶凝材料。
(2)创新性的提出了丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液对碱激发粉煤灰基无机聚合物进行增韧改性的新的制备方法。
具体实施方式
本发明涉及的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料是二元复配的粉煤灰和硅粉在硅酸钠的激发下制备而成。其中：粉煤灰用量1350克，硅粉的用量150克；硅酸钠用量225或300克，其中：硅酸钠为含有结晶水的Na2SiO2·9H2O，水307或264克，水+Na2SiO2·9H2O中的结晶水：粉煤灰和硅粉＝0.29。
1.无机原材料
(1)粉煤灰
选自陕西韩城热电厂的粉煤灰，粉煤灰经球磨1h后，其Blaine比表面积为450m2/kg。
粉煤灰的主要化学组成(质量百分数)：SiO2(39.26％)，Al 2O3(26.39％)，CaO(3.56％)，TiO2(1.12％)，Fe2O3(4.59％)，P2O5(0.13％)，MgO(0.47％)，Na2O(0.26％)，K2O(1.57％)，SO3(0.43％)，其它(22.22％)。
粉煤灰的主要矿物组成：X-射线衍射分析结果表明，粉煤灰以无定形的玻璃相为主，还含有少量的莫来石、石英和氧化钙等矿物相。
(2)硅粉
硅粉购于西安霖源微硅粉有限公司，SiO2含量在85％以上，平均粒径16μm。硅灰的主要矿物组成为无定形的SiO2玻璃相。
2.碱性激发剂
购买购买天津福晨化学试剂厂生产的分析纯固体硅酸钠，分子式为Na2SiO2·9H2O，硅酸钠的模数为1.0。
3.增韧改性剂
西安天韵实业有限公司生产的丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液(TC-200)，，外观发兰光的乳白色液体，固含量56％，粘度200-2500mPa·S，pH＝8～10，实验表明：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液在浓的硅酸钠碱性溶液中具有良好的稳定性。
以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，这些实施例仅为了发明人更好的诠释本发明，并不用于限制本发明的实施范围。凡是在本发明技术方案范围内的参数选择均属本发明保护的范围。
实施例1：
准确称量粉煤灰1350克，硅粉150克，将225克激发剂硅酸钠(Na2SiO2·9H2O)溶于307克水中(水+Na2SiO2·9H2O中的结晶水：粉煤灰和硅粉＝0.29，该水量是在总用水量435克中扣除了硅酸钠所含结晶水128克)。室温下，将激发剂水溶液倒入双转双速净浆搅拌机中，再将混合均匀的粉煤灰及硅粉加入进行拌和，形成混合均匀的浆状体；将浆状体盛入40mm×40mm×160mm的铁质三联模具中。在胶砂振实台上振实，用刮板刮平，得到成型的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料。
将成型的试件在室温下养护24小时，脱模后在室温下分别养护3天(3d)，7天(7d)，28天(28d)等不同龄期，采用抗压仪测定抗压强度；抗折仪测定其抗折强度，结果见表1和表2。
表1：粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的抗压强度
Figure GDA0000020811220000091
表2：粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的抗折强度
Figure GDA0000020811220000092
实施例2：
准确称量粉煤灰1350克，硅粉150克，将300克激发剂硅酸钠(Na2SiO2·9H2O)溶于264克水中(水+Na2SiO2·9H2O中的结晶水：粉煤灰和硅粉＝0.29，该水量是在总用水量435克中扣除了硅酸钠所含结晶水171克)。室温下，将激发剂水溶液倒入双转双速净浆搅拌机中，再将混合均匀的粉煤灰及硅粉加入进行拌和，形成混合均匀的浆状体；将浆状体盛入40mm×40mm×160mm的铁质三联模具中。在胶砂振实台上振实，用刮板刮平，得到成型的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料。
将成型的试件在室温下养护24小时，脱模后在室温下分别养护3天(3d)，7天(7d)，28天(28d)等不同龄期，采用抗压仪测定抗压强度；抗折仪测定其抗折强度，结果见表3和表4。
表3：粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的抗压强度
Figure GDA0000020811220000101
表4：粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的抗折强度
Figure GDA0000020811220000102
本发明还涉及的高分子树脂乳液增强的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料是在二元复配的粉煤灰和硅粉中加入一种丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液，在硅酸钠的激发下制备而成。其中：粉煤灰用量1350克，硅粉的用量150克；硅酸钠用量300克，水264克(水+Na2SiO2·9H2O中的结晶水：粉煤灰和硅粉＝0.29)，丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的掺量为粉煤灰及硅粉重量的0.5％-3％。
实施例3：
准确称量粉煤灰1350克，硅粉150克，将300克激发剂硅酸钠(Na2SiO2·9H2O)溶于264克水中(水+Na2SiO2·9H2O中的结晶水：粉煤灰和硅粉，该水量是在总用水量435克中扣除了硅酸钠所含结晶水171克)，丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液掺量为7.5克(为粉煤灰硅粉重量的0.5％)。室温下，将激发剂水溶液倒入双转双速净浆搅拌机中，再将混合均匀的粉煤灰及硅粉加入进行拌和，在拌和过程中缓慢加入丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液，形成混合均匀的浆状体；将浆状体盛入40mm×40mm×160mm的铁质三联模具中。在胶砂振实台上振实，用刮板刮平，得到成型的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料。
将成型的试件在室温下养护24小时，脱模后在室温下分别养护3天(3d)，7天(7d)，28天(28d)等不同龄期，采用抗压仪测定抗压强度；抗折仪测定其抗折强度，结果见表5和表6。
表5：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液增强的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料的抗压强度
Figure GDA0000020811220000111
表6：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液增强的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料的抗折强度
Figure GDA0000020811220000112
与丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液零掺量的实施例2比较，从表3和表5可以看出，掺0.5％的丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的试件其28天的抗压强度提高了7.53MPa，从表4和表6可见，其28天的抗折强度提高了0.37MPa。
实施例4：
整个制备过程同于实施例3。只有丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的掺量为15克(为粉煤灰硅粉重量的1％)，结果见表7和表8。
表7：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液增强的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料的抗压强度
Figure GDA0000020811220000113
Figure GDA0000020811220000121
表8：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液增强的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料的抗折强度
Figure GDA0000020811220000122
与丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液零掺量的实施例2比较，从表3和表7可见，掺1％的丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的试件其28天的抗压强度增加了10.43MPa，即提高了40.07％；从表4和表8可见，其28天的抗折强度增加了2.52MPa，即提高了84.64％。该实施例表明：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的掺入，能显著的改善粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的抗压抗折强度。
实施例5：
所有制备过程同于实施例3。只有丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的掺量为45克(为粉煤灰硅粉重量的3％)，结果见表9和表10。
表9：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液增强的粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料的抗压强度
Figure GDA0000020811220000123
表10：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液增强粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料的抗折强度
与丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液零掺量的实施例2比较，从表3和表9可见，掺3％的丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液的试件其28天的抗压强度下降了3.0MPa；从表4和表10可见，其28天的抗折强度仅增加了0.22MPa。
上述的实施例表明：丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液能够有效的增强粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的抗压及抗折强度；其最佳掺量为1％。

Claims (8)

1.一种粉煤灰基无机聚合物胶凝材料，其特征在于，该无机聚合物胶凝材料包括下述重量比的原料：
粉煤灰及硅粉              1500克；
硅酸钠Na2SiO2×9H2O       225克；
水                        307克。
2.一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料，其特征在于，所述该无机聚合物胶凝材料包括下述重量比的原料：
粉煤灰及硅粉              1500克；
硅酸钠Na2SiO2×9H2O       300克；
水                        264克。
3.按照权利要求2所述的一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料，其特征在于，所述该无机聚合物复合胶凝材料包括下述重量比的原料：
粉煤灰及硅粉                  1500克；
硅酸钠Na2SiO2×9H2O           300克；
增韧改性剂                    7.5～45克；
水                            264克。
4.按照权利要求3所述的一种粉煤灰基无机聚合物胶凝材料，其特征在于，所述增韧改性剂为丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液。
5.按照权利要求1、2或3所述的一种粉煤灰基无机聚合物胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰及硅粉中：粉煤灰1350克，硅粉150克。
6.按照权利要求1、2或3所述的一种粉煤灰基无机聚合物胶凝材料，其特征在于，所述水+Na2SiO2×9H2O中的结晶水∶粉煤灰和硅粉＝0.29。
7.一种粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)称取1350克的粉煤灰和150克硅粉；
2)将225克或300克的硅酸钠溶入定量的水中；该定量的水按照水+Na2SiO2×9H2O中的结晶水∶粉煤灰和硅粉＝0.29的比例量取；
3)室温下，将硅酸钠水溶液放入双转双速净浆搅拌机中，加入步骤1)混合体进行拌和，形成混合均匀的浆状体；
4)将浆状体放入模具中成型，室温养护1天后脱模，室温养护不同龄期，即得成型的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料。
8.按照权利要求7所述的一种粉煤灰基无机聚合物胶凝材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)称取1350克的粉煤灰和150克硅粉；
2)将300克的硅酸钠溶入定量的水中；该定量的水按照水+Na2SiO2×9H2O中的结晶水∶粉煤灰及硅粉＝0.29的比例量取；
3)称取7.5～45克的丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液，其固含量56％，pH值为8-10；
4)室温下，将硅酸钠水溶液放入双转双速净浆搅拌机中，加入混合均匀的粉煤灰和硅粉进行拌和；再将丙烯酸丁酯-丙烯酸树脂乳液加入，搅拌形成混合均匀的浆状体；
5)将浆状体放入模具中成型，室温养护1天后脱模，室温养护不同龄期，即得成型的粉煤灰基无机聚合物胶凝材料。
CN201010153097A 2010-04-22 2010-04-22 一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法 Pending CN101792275A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010153097A CN101792275A (zh) 2010-04-22 2010-04-22 一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010153097A CN101792275A (zh) 2010-04-22 2010-04-22 一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101792275A true CN101792275A (zh) 2010-08-04

Family

ID=42585227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010153097A Pending CN101792275A (zh) 2010-04-22 2010-04-22 一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101792275A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103370287A (zh) * 2010-12-17 2013-10-23 天主教美利坚大学 用于超高性能混凝土的地质聚合物复合材料
CN103435313A (zh) * 2013-08-26 2013-12-11 温州大学 一种强度可控的粉煤灰基地质聚合物混凝土及其制备方法
CN103601424A (zh) * 2013-11-11 2014-02-26 长沙理工大学 一种基于再生骨料地质聚合物混凝土及其制备方法
CN103664010A (zh) * 2013-12-06 2014-03-26 中国科学院地球化学研究所 粉煤灰聚合型胶凝材料及其制备方法和应用
CN104386961A (zh) * 2014-10-27 2015-03-04 西安建筑科技大学 以矿渣化学成分为目标的氢氧化钾激发粉煤灰混凝土循环利用方法
CN105272125A (zh) * 2015-09-30 2016-01-27 中国地质大学（武汉） 一种地质聚合物基快速修补材料及其制备方法
CN105523723A (zh) * 2015-12-23 2016-04-27 长沙理工大学 一种微膨胀早强型低钙粉煤灰基碱激发材料及其制备方法
CN105776915A (zh) * 2016-03-23 2016-07-20 华南理工大学 一种非水泥基快凝早强混凝土及其制备方法与应用
CN108440016A (zh) * 2018-04-02 2018-08-24 宿州市鸿宝联节能材料有限公司 一种水泥基超轻高强发泡保温板的制备方法
CN110066139A (zh) * 2019-05-28 2019-07-30 四川益好优科环保科技有限公司 一种高固废填充的辐射缩聚蜜胺树脂材料及制备方法
CN114773017A (zh) * 2022-05-09 2022-07-22 山西大学 一种热压成型免养护的固废基人造石材及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0322619A (ja) * 1989-06-20 1991-01-31 Nec Corp ディジタル論理回路
JPH09122619A (ja) * 1995-11-07 1997-05-13 Mamoru Nishioka 産業廃棄物であるフライアッシュの成形方法
CN1634795A (zh) * 2003-12-30 2005-07-06 中国科学院兰州化学物理研究所 一种铝硅酸盐矿物聚合物材料的制备方法
CN101544485A (zh) * 2009-04-20 2009-09-30 西安建筑科技大学 地质聚合物与有机高分子复合胶凝材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0322619A (ja) * 1989-06-20 1991-01-31 Nec Corp ディジタル論理回路
JPH09122619A (ja) * 1995-11-07 1997-05-13 Mamoru Nishioka 産業廃棄物であるフライアッシュの成形方法
CN1634795A (zh) * 2003-12-30 2005-07-06 中国科学院兰州化学物理研究所 一种铝硅酸盐矿物聚合物材料的制备方法
CN101544485A (zh) * 2009-04-20 2009-09-30 西安建筑科技大学 地质聚合物与有机高分子复合胶凝材料的制备方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103370287A (zh) * 2010-12-17 2013-10-23 天主教美利坚大学 用于超高性能混凝土的地质聚合物复合材料
US9090508B2 (en) 2010-12-17 2015-07-28 The Catholic University Of America Geopolymer composite for ultra high performance concrete
CN103435313A (zh) * 2013-08-26 2013-12-11 温州大学 一种强度可控的粉煤灰基地质聚合物混凝土及其制备方法
CN103601424A (zh) * 2013-11-11 2014-02-26 长沙理工大学 一种基于再生骨料地质聚合物混凝土及其制备方法
CN103664010A (zh) * 2013-12-06 2014-03-26 中国科学院地球化学研究所 粉煤灰聚合型胶凝材料及其制备方法和应用
CN104386961A (zh) * 2014-10-27 2015-03-04 西安建筑科技大学 以矿渣化学成分为目标的氢氧化钾激发粉煤灰混凝土循环利用方法
CN105272125A (zh) * 2015-09-30 2016-01-27 中国地质大学（武汉） 一种地质聚合物基快速修补材料及其制备方法
CN105523723A (zh) * 2015-12-23 2016-04-27 长沙理工大学 一种微膨胀早强型低钙粉煤灰基碱激发材料及其制备方法
CN105776915A (zh) * 2016-03-23 2016-07-20 华南理工大学 一种非水泥基快凝早强混凝土及其制备方法与应用
CN105776915B (zh) * 2016-03-23 2018-04-13 华南理工大学 一种非水泥基快凝早强混凝土及其制备方法与应用
CN108440016A (zh) * 2018-04-02 2018-08-24 宿州市鸿宝联节能材料有限公司 一种水泥基超轻高强发泡保温板的制备方法
CN110066139A (zh) * 2019-05-28 2019-07-30 四川益好优科环保科技有限公司 一种高固废填充的辐射缩聚蜜胺树脂材料及制备方法
CN114773017A (zh) * 2022-05-09 2022-07-22 山西大学 一种热压成型免养护的固废基人造石材及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101792275A (zh) 一种粉煤灰基无机聚合物复合胶凝材料及其制备方法
Alhawat et al. Properties of geopolymers sourced from construction and demolition waste: A review
Rajamma et al. Alkali activation of biomass fly ash–metakaolin blends
Phoo-ngernkham et al. Compressive strength, bending and fracture characteristics of high calcium fly ash geopolymer mortar containing portland cement cured at ambient temperature
CN107265937B (zh) 用于超高性能混凝土的地质聚合物复合材料
CN106082898B (zh) 3d打印用的地质聚合物复合材料及其制备方法和用途
CN101328029B (zh) 锰渣基地质聚合物胶凝材料的制备方法
Al Bakri Abdullah et al. Optimization of alkaline activator/fly ash ratio on the compressive strength of manufacturing fly ash-based geopolymer
CN101492276B (zh) 一种粘土类多孔材料及其制备方法
CN112851156B (zh) 一种c25级碱激发硅铝质全固废混凝土及其制备方法
CN103435313A (zh) 一种强度可控的粉煤灰基地质聚合物混凝土及其制备方法
CN102718423B (zh) 活化低等粉煤灰复合材料制备方法
CN109776003A (zh) 一种多元复合粉体的钙基地聚合物胶凝材料及其制备方法
WO2015149176A1 (en) Geopolymer cement compositions and methods of making and using same
CN109987912A (zh) 沸石制备铁尾矿干粉砂浆
CN105236879A (zh) 一种掺加地聚合物和磷渣粉的砌筑砂浆及使用方法
Bondar Geo-polymer concrete as a new type of sustainable construction materials
CN111807770A (zh) 生态水泥高强灌浆料及制备方法
Naghizadeh et al. Pozzolanic materials and waste products for formulation of geopolymer cements in developing countries: a review
CN102603254A (zh) 一种复合型碱激发低碳水泥及其制备方法
CN115259702A (zh) 一种矿渣粉煤灰基碱激发胶凝材料及其制备方法
CN111848093A (zh) 一种过硫磷石膏磷渣水泥混凝土制品及其制备方法
Dave et al. Impact resistance of geopolymer concrete containing recycled plastic aggregates
Detphan et al. Strength development and thermal conductivity of POFA lightweight geopolymer concrete incorporating FA and PC.
CN114988735A (zh) 一种利用低活性固体废弃物制备磷酸基地聚合物的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20100804