CN102910882A

CN102910882A - 一种纤维增强碱激发胶凝材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102910882A
Application number: CN2012104420474A
Authority: CN
Inventors: 王晴; 丁兆洋; 冉坤
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: CN102910882B

Abstract

本发明公开了一种纤维增强碱激发胶凝材料及其制备方法，是在矿渣和偏高岭土中加入聚乙烯醇纤维、水玻璃和水。在水玻璃的激发作用下，矿渣和偏高岭土形成强度，其中的聚乙烯醇纤维达到增强这种胶凝材料的抗压强度和抗折强度的作用。聚乙烯醇质量占矿渣和偏高岭土质量的0.08%~0.25%，水玻璃的质量为矿渣和偏高岭土质量的20%~25%。其制法是在室温下将配方量的聚乙烯醇纤维分散于矿渣和偏高岭土中，然后置于水泥净浆搅拌机中进行搅拌，将调整好模数的水玻璃溶液加入形成混合均匀的浆体；成型，放入标准养护箱养护。本发明制备的胶凝材料固化后具有良好的长期抗折强度和抗压强度。所制备的胶凝材料28d抗压强度可达83.7MPa，抗折强度可达11.7MPa。

Description

一种纤维增强碱激发胶凝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型胶凝材料，特别涉及一种具有良好抗拉强度的纤维增强碱激发胶凝材料及其制备方法。

背景技术

偏高岭土(MK)是高岭土在高温下脱水形成的产物。在硅酸盐工业中，对于偏高岭土这种人工火山灰烧结粘土材料的研究起步较晚。国外从20世纪80年代起开始增多，90年代中后期研究力度不断增大，主要集中于将其作为矿物掺合料时对水泥及混凝土性能的影响上，也有将其制成胶凝材料制品的研究。国内有关偏高岭土研究的起步很晚，近几年才陆续有一些偏高岭土作为矿物掺合料研究的报道。偏高岭土作为新一代胶凝材料材料，在国外的研究与应用已取得了较大的发展。而目前，国内研究与利用偏高岭土火山灰活性的文献还很少。这说明国内对偏高岭土的认识不足，没有引起足够的重视。由于它在制造胶凝材料中具有优良的性能，有必要对其进行研究与利用，实现其资源化利用的最高目标。

据不完全统计，每生产1吨生铁，将排渣0.3～1.0吨。每年我国铁厂的矿渣排放量高达6000万吨以上，通常用于筑路、回填、作水泥生产的原材料及混合材等，利用量不到80%，分布在我国的17个省、市、自治区。这些废渣的排放、堆积，不仅消耗大量人力、财力，占用了大量的农田，阻碍交通、河流，而且还对环境造成了污染，危害了生态平衡。我国非常重视矿渣的综合利用，在水泥工业中得到了广泛的应用，但矿渣的应用大部分是与熟料一起混磨生产水泥。ISO标准实施以前，P·S 52.5水泥中矿渣的掺入量在20%左右，P·S 42.5水泥中矿渣掺量在30%左右，不到国家标准中矿渣水泥允许最高掺量70%的一半。考虑到矿渣是一种铝硅酸盐原料，具有用来制备硅酸盐胶凝材料的条件，将具有更好的经济效益及环境效益。

在碱的作用下，偏高岭土和矿渣都具有胶凝性质，内部硅氧键和铝氧键发生断裂，再通过缩聚反应，重新形成硅氧四面体和铝氧四面体组成的三维网络结构，从而产生强度。由于矿渣的含钙量很高，同时也部分生成水化硅酸钙凝胶。当体系中存在其他金属离子时，尤其是碱金属离子，网络结构会吸附这些离子，有些离子甚至可以参加网络的形成，这种网络结构是无定形体，所以有人称其为凝胶体。正是由于具有上述的特殊结构组成，该材料兼有有机高聚物、陶瓷、水泥的特点。

发明内容

本发明的目的是为了制备出一种具有良好力学强度，尤其是抗拉强度的新型胶凝材料。本发明提供一种以偏高岭土和工业固体废弃物矿渣为主要原料，以玻纤增强PVA纤维为结构增强剂制备的纤维增强碱激发胶凝材料及其制备方法。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

本发明所述的纤维增强碱激发胶凝材料的原料包括胶凝材料，碱激发剂、聚乙烯醇纤维PVA和水。所述的胶凝材料为偏高岭土和矿渣，所述的碱激发剂为水玻璃和氢氧化钠。其组分为：

原料质量g

（1）胶凝材料

偏高岭土 250~400

矿渣 750~600

（2）碱激发剂

水玻璃 200~240

氢氧化钠 40~85

（3）水 200～250

（4）PVA 0.8~2.5

所述偏高岭土的化学成分（质量百分数）：SiO₂（52.65%），Al₂O₃（43.20%），Fe₂O₃（0.25%），TiO₂（0.56%），MgO（0.01%），CaO（0.004%），H₂O（0.02%）。

所述矿渣的化学成分（质量百分数）：CaO（26.54%），SiO₂（24.37%），TiO₂（23.83%），Al₂O₃（13.76%），MgO（8.48%），V₂O₅（0.34%）。

所述水玻璃的模数3.2～3.4，Na₂O含量不少于8.2%，SiO₂含量不少于26%。

所述氢氧化钠为化学纯，含量不低于99%。

所述PVA的性质为：长度9mm，直径12μm，抗拉强度1400MPa，密度1.28/g·cm-³

一种纤维增强碱激发胶凝材料的制备方法，其特征在于，制成的纤维增强碱激发胶凝材料是在矿渣和偏高岭土中加入玻纤增强PVA（polyvinylalcohol fiber简称PVA）和水玻璃，在水玻璃的激发下生成，PVA纤维和水玻璃的加入量分别以矿渣和偏高岭土的总质量为基础，PVA纤维的加入量为矿渣和偏高岭土质量的0.08%~0.25%；水玻璃的加入量为矿渣和偏高岭土的20%~25%。

上述纤维增强碱激发胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 准确称取矿渣和偏高岭土；

(2) 将氢氧化钠加入水玻璃中，调节水玻璃模数至指定模数。

(3) 在室温下将配方量的玻纤增强PVA纤维分散于矿渣和偏高岭土中，然后放入水泥净浆搅拌机中进行搅拌，将水玻璃加入并继续搅拌，最后加入水，水胶比为0.30，最后搅拌形成混合均匀的浆体。

(4) 将浆体装入模具中成型，脱模，放入养护室内养护。

纤维增强碱激发胶凝材料的制备过程为：

第一步，按照配比称取各种原料。

第二步，将一定量的氢氧化钠、水玻璃和水混合，在室温条件下静置冷却一定时间后配制成所需模数的激发剂溶液(要求pH大于12)，同时该溶液也满足所需的激发剂和水的用量。

第三步，称取所用比例的矿渣和偏高岭土，并混合均匀，放入PVA后再将混合料倒入水泥净浆搅拌机内。将事先配置好的激发剂溶液和水倒入料仓中，开始拌机（慢搅2min，暂停15s，快搅2min），将拌合好的浆体倒入三联模具中(20×20×20mm)，在振实仪上振动l min，成型后在标准养护室养护，脱模，再在一定的养护制度下养护到龄期。

第四步，养护过程。在湿养条件下养护24h～48h（视水胶比而定），最后拆模。在测试7天强度之前，标准养护的条件下，每天喷水养护2～4次；之后可以每2～3天喷水养护。

本发明制备的纤维增强碱激发胶凝材料具有以下技术效果：

(1) 可以大量使用工业矿渣，使得工业固体废弃物得到资源化利用。

(2) 采用无需加热的常温常压制备工艺技术，制备过程中无三废的排放，是一种绿色制备过程。

(3) 采用玻纤增强PVA纤维对胶凝材料进行增强复合，可以有效的控制胶凝材料的固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防治及抑制裂缝的形成及发展，大幅度提高制品的抗折强度和抗压强度。

本发明制备的胶凝材料固化后具有良好的长期抗折强度和抗压强度。可归因于该纤维良好的分散性及其与胶凝材料结构牢固的粘结能力，其28d抗压强度可达83.7MPa，抗折强度可达11.7MPa。

具体实施方式

实施例1：

空心玻璃微珠泡沫混凝土，其组分为：

原料质量g

（1）胶凝材料

偏高岭土 300

矿渣 700

（2）碱激发剂

水玻璃 220

氢氧化钠 50

（3）水 230

（4）PVA 1.2

1、精准称取偏高岭土300g，矿渣700g，以此为计量基础（100%）；将称量好的偏高岭土和矿渣放入水泥净浆搅拌机中，均匀混合，然后倒入12.gPVA，开始均匀搅拌（低速，使物料均匀）；

2、称取水玻璃220g，倒入容器中，再称取氢氧化钠50g，缓慢倒入水玻璃中，同时搅拌，使氢氧化钠完全溶解于水玻璃中，从而达到降低水玻璃的模数的目的，最后将水玻璃放置一段时间，使调整好模数的水玻璃的温度降低到室温；

3、称取230g水，倒入偏高岭土和矿渣中，缓慢均匀搅拌；将调制的水玻璃倒入搅拌锅中，开始低速（50～100r/min）搅拌2min，暂停15s，然后高速（80～150r/min）搅拌2min；

4、搅拌介绍后，将浆体倒入模具中，在胶砂震实台上震动，用刮板刮平。

5、试件脱模后移至标准养护室内，养护至龄期，得到成型的纤维增强碱激发胶凝材料。

实施例2：

纤维增强碱激发胶凝材料，其组分为：

Figure 2012104420474100002DEST_PATH_IMAGE001

其制备方法与实施例1相同。

实验结果表明，按照本方法制备的胶凝材料抗压强度可达83.7MPa，抗折强度可达11.7MPa。

Claims

1.一种纤维增强碱激发胶凝材料，其特征在于，由胶凝材料，碱激发剂、聚乙烯醇纤维PVA和水组成，所述的胶凝材料为矿渣和偏高岭土，碱激发剂为水玻璃和氢氧化钠，聚乙烯醇纤维和水玻璃的加入量分别以矿渣和偏高岭土的总质量为基础，PVA纤维的加入量为矿渣和偏高岭土质量的0.08%~0.25%；水玻璃的加入量为矿渣和偏高岭土质量的20%~25%。

2.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，各组成成分优选：偏高岭土 250~400g, 矿渣750~600g, 水玻璃 200~240g, 氢氧化钠40~85g, 水 200～250g, PVA 0.8~2.5g。

3.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述偏高岭土的化学成分质量百分数如下：SiO₂52.65%，Al₂O₃43.20% ，Fe₂O₃0.25% ，TiO₂0.56% ，MgO 0.01% ，CaO 0.004% ，H₂O 0.02%。

4.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述矿渣的化学成分的质量百分数如下：CaO 26.54% ，SiO₂ 24.37% ，TiO₂ 23.83% ，Al₂O₃ 13.76% ，MgO 8.48% ，V₂O₅ 0.34% 。

5.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述水玻璃的模数3.2～3.4，Na₂O含量不少于8.2%，SiO₂含量不少于26%。

6.如权利要求1所述的纤维增强碱激发胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1) 准确称取矿渣和偏高岭土；

(2) 将氢氧化钠加入水玻璃中，调节水玻璃模数至指定模数；

(3) 在室温下将配方量的玻纤增强PVA纤维分散于矿渣和偏高岭土中，然后放入水泥净浆搅拌机中进行搅拌，将水玻璃加入并继续搅拌，最后加入水，水胶比为0.30，最后搅拌形成混合均匀的浆体；

(4) 将浆体装入模具中成型，脱模，放入养护室内养护。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

第一步，按照配比称取各种原料；

第二步，将一定量的氢氧化钠、水玻璃和水混合，在室温条件下静置冷却一定时间后配制成所需模数的激发剂溶液，同时该溶液也满足所需的激发剂和水的用量；

第三步，称取所用比例的矿渣和偏高岭土，并混合均匀，放入PVA后再将混合料倒入水泥净浆搅拌机内，将事先配置好的激发剂溶液和水倒入料仓中，开始拌机，将拌合好的浆体倒入三联模具中，在振实仪上振动l min，成型后在标准养护室养护，脱模，再在一定的养护制度下养护到龄期；

第四步，养护过程。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤二中激发剂溶液的pH大于12。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤三拌机操作中慢搅2min，暂停15s，快搅2min。

10.根据权利要6所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，在湿养条件下养护24h～48h，最后拆模，在测试7天强度之前，标准养护的条件下，每天喷水养护2～4次；之后可以每2～3天喷水养护。