CN108503293A - 一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物及其制备方法。所述制备方法包括：将粉煤灰和偏高岭土分别研磨成粉末，混合均匀得到混合物；将强碱固体粉末加入到Na2SiO3溶液中，搅拌均匀得到碱性激发剂；将碱性激发剂与混合物混合均匀后注入模具；然后在30℃下干燥养护6h后脱模，再在30℃及95％以上湿度环境下养护，得到偏高岭土基地质聚合物。本发明制备所得地质聚合物具有优异的力学性能，实现了废物再利用，为粉煤灰的二次利用提供了新的途径。

Description

一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域领域，具体涉及一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物及其制备方法。
背景技术
地质聚合物是近年新发展起来的，有可能在许多场合代替水泥，并有着比水泥更优异性能的新型材料。地质聚合物是由地球化学作用或人工模仿地质合成作用而制造出的、以无机聚合物为基体的、坚硬的人造岩石。地质聚合物具有生产能耗极低、强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀性优良、渗透率低、热膨胀系数可调、耐高温和低导热率、耐久性优良及固核固废功能等优点。
粉煤灰是燃煤电厂或其他燃煤设备排放的废弃物。目前，我国粉煤灰年排放量在1.6亿吨以上，存积量超过10亿吨。随着我国经济的持续发展，对煤的利用将持续增加，特别是电力、水泥制造等行业将产生大量的粉煤灰。粉煤灰的大量积压，不仅造成严重的环境污染，而且还占用大量土地，造成土地的严重浪费。此外，粉煤灰的后续管理也需要很大的支出。因此，利用粉煤灰制备地质聚合物材料不仅有很好的经济效益，而且有很好的社会效益和环保效益。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粉煤灰和偏高岭土分别研磨成粉末，混合均匀得到混合物；
(2)将强碱固体粉末加入到Na2SiO3溶液中，搅拌均匀得到碱性激发剂；
(3)将步骤(2)所得碱性激发剂与步骤(1)所得混合物混合均匀后注入模具；
(4)然后在30℃下干燥养护6h后脱模，再在30℃及95％以上湿度环境下养护，得到偏高岭土基地质聚合物。
上述方案中，步骤(1)所述粉煤灰和偏高岭土粉末的粒径为200目。
上述方案中，步骤(1)所述粉煤灰和偏高岭土的质量比为10～20:80～90。
上述方案中，步骤(2)中所述碱性激发剂模数介于1.2～1.6之间。
上述方案中，步骤(2)中所述强碱为NaOH或KOH；所述强碱固体粉末与Na2SiO3溶液的质量比为145:855。
上述方案中，步骤(3)所述碱性激发剂与混合物的质量比为0.90～0.95。
上述制备方法制备所得添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物。
现有研究表明，原材料的矿物组成和自身性质对地质聚合物的机械性能和地质聚合物的合成过程影响很大，尤其是不同硅铝酸盐矿物与高岭石混合后，发生聚合反应的行为差异很大，导致产品性能各异。利用固体废弃物制备地质聚合物进行的研究，国内外以利用粉煤灰最多。固体废弃物的化学成分各有不同，其矿物组成也有较大差异，如：原材料中化学成分、矿物组成、Si/Al、CaO含量、碱激发剂种类等对制备出的地质聚合物性能都有很大影响，导致制备出的地质聚合物各项性能同样差异也较大，比如采用不同产地的高岭土，制备的地质聚合物性能也存在明显差别；现有技术认为粉煤灰制备的地质聚合物抗折与抗压强度最佳。本发明以偏高岭土为主，辅助添加粉煤灰粉末，通过参数限定，合理配置，制备的地质聚合物性能优异，符合应用要求，并达到利用废弃物以及固化重金属的目的。
本发明的有益效果如下：本发明以偏高岭土为主要原料，添加粉煤灰粉末，结合两种原料的性质，制备所得地质聚合物具有优异的力学性能，提高了粉煤灰的应用率，实现了废物再利用，为粉煤灰的二次利用提供了新的途径。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物，通过如下方法制备得到：
(1)将粉煤灰和偏高岭土分别研磨至200目过筛，得到200目的粉末；分别取偏高岭土粉末960份和刹车片粉末106.7份，启动胶砂搅拌机搅拌干混合料20min～30min至混合均匀；
(2)将水玻璃和氢氧化钠固体分别按照855份和145份混合搅拌均匀至氢氧化钠固体完全溶解，得到碱性激发剂，冷却至室温备用；
(3)在搅拌条件下，向步骤(1)所得混合物中加入步骤(2)所得碱性激发剂，混合搅拌15min～30min至混合均匀后注入到40mm×40mm×160mm的模具中，振捣120s，在30℃下干燥养护6h后脱模；脱模后，将试件在30℃及95％湿度环境下养护七天，得到偏高岭土基地质聚合物。
测试本实施例制备所得偏高岭土基地质聚合物的抗压强度及抗折强度，结果见表1。
实施例2
一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物，通过如下方法制备得到：
(1)将粉煤灰和偏高岭土分别研磨至200目过筛，得到200目的粉末；分别取偏高岭土粉末853.4份和刹车片粉末213.3份，启动胶砂搅拌机搅拌干混合料20min～30min至混合均匀；
(2)将水玻璃和氢氧化钠固体分别按照855份和145份混合搅拌均匀至氢氧化钠固体完全溶解，得到碱性激发剂，冷却至室温备用；
(3)在搅拌条件下，向步骤(1)所得混合物中加入步骤(2)所得碱性激发剂，混合搅拌15min～30min至混合均匀后注入到40mm×40mm×160mm的模具中，振捣120s，在30℃下干燥养护6h后脱模；脱模后，将试件在30℃及95％湿度环境下养护七天，得到偏高岭土基地质聚合物。
测试本实施例制备所得偏高岭土基地质聚合物的抗压强度及抗折强度，结果见表1。
表1实施例组成配比(质量百分比)及强度
粉煤灰 偏高岭土 碱激发剂 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 折压比
实施例1 106.7 960 1000 59.37 8.01 0.13
实施例2 213.3 853.4 1000 52.19 7.74 0.15
表2实施例组成配比(质量百分比)固化重金属效果
从表1可以看出，本发明方法制备的地质聚合物力学强度优异，而且较好的降低了材料的脆性，制备过程无需特殊处理。地质聚合物材料的研究在我国尚属于起步阶段，对其形成机理、制备工艺、应用开发的进一步研究不但具有较高的学术价值，而且必将对我国的经济建设产生深远有益的影响。按照《固体废物浸出毒性浸出方法―水平振荡法》(HJ557-2010)的规定，将粉煤灰粉末直接在蒸馏水中浸析，盖紧瓶盖后垂直固定在水平震荡装置中，调节震荡频率为110±10次/min、振幅为40mm，在室温下震荡8h后取下提取瓶，静置16h。从表2可以看出，析出液中Ba、Sr等重金属离子含量较高，将本实施例1中制备所得添加粉煤灰粉末的偏高岭土地聚物浸析，刹车片中Ba、Sr等重金属离子经过地质聚合物的固化，浸析液中重金属含量明显降低，达到固化重金属的作用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将粉煤灰和偏高岭土分别研磨成粉末，混合均匀得到混合物；
（2）将强碱固体粉末加入到Na2SiO3溶液中，搅拌均匀得到碱性激发剂；
（3）将步骤（2）所得碱性激发剂与步骤（1）所得混合物混合均匀后注入模具；
（4）然后在30℃下干燥养护6h后脱模，再在30℃及95%以上湿度环境下养护，得到偏高岭土基地质聚合物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述粉煤灰和偏高岭土粉末的粒径为200目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述粉煤灰和偏高岭土的质量比为10~20:80~90。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述碱性激发剂模数介于1.2~1.6之间。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述强碱为NaOH或KOH；所述强碱固体粉末与Na2SiO3溶液的质量比为145:855。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述碱性激发剂与混合物的质量比为0.90~0.95。
7.权利要求1~6任一所述制备方法制备所得添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物。
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