CN110372239A - 利用煤底灰的高抗压强度的地质聚合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，使用比现有技术相对少量的碱性活化剂来使煤底灰和碱性活化剂的混合物不变成凝胶状态，并在烘箱对地质聚合物试片进行养护之后，进行微波照射的过程。

Description

利用煤底灰的高抗压强度的地质聚合物的制备方法
技术领域
本发明涉及的技术为利用煤底灰(coal bottom ash)的地质聚合物(geopolymer)的制备方法。
背景技术
地质聚合物(geopolymer)在制备过程中，由于与波特兰水泥相比，具有较低的二氧化碳排放量，因此用作代替水泥或墙壁等的环保材料而备受关注。若向含有如粉煤灰(fly ash)或矿渣(slag)的硅酸铝矿物的物质中添加NaOH、KOH、K2SiO3、Na2SiO3等的碱性活化剂，则即使不经过化学反应引起的塑性过程，也可以制备出可用作建设材料的具有强的机械强度的地质聚合物。并且，地质聚合物混凝土使用如上所述的地质聚合物作为结合材料来代替水泥浆，通过将地质聚合物浆料与粗骨料、细骨料以及非反应性物质结合来形成地质聚合物混凝土。与使用波特兰水泥的混凝土一样，骨料占的体积最大并且以质量换算约为75～80％。粉煤灰中的Si和Al通过氢氧化钠等的碱性活化剂来活化而用作结合材料。通常，氢氧化钠(或氢氧化钙)和/或硅酸钠(或硅酸钾)的化合物用作碱性活化剂，由于在加热情况下，使生成地质聚合物的化学反应加速，因此通常在高温下对地质聚合物混凝土进行养护。
通常，地质聚合物的产生量相对较多，利用粒子大小比较小的粉煤灰(coal flyash)来合成。另一方面，粒子大小从几毫米到几厘米的相对大且形状不规则的煤底灰无法像粉煤灰一样被利用，而是通过填埋来处理。但是，由于煤底灰具有与粉煤灰非常相似的结构，若通过粉碎降低粒子大小，则如同粉煤灰可用作地质聚合物的原料。若将煤底灰再循环利用来合成地质聚合物来代替水泥，则回收利用废弃物的同时可以大大减少水泥工业中产生的二氧化碳的量，并成为非常经济且环保的方案。
关于利用煤底灰的地质聚合物的现有专利如下。
韩国专利公开第10-2009-0122270号中涉及的将火电厂锅炉的煤底灰(coalbottom ash)与地质聚合物进行反应制备环保型生态砖的方法，公开了一种通过煤底灰的地质聚合物反应的环保型生态砖的制备方法，即，包括：相对于上述煤底灰添加10重量百分比至40重量百分比的作为碱性刺激剂的6mole/L至12mole/L的氢氧化钠水溶液并进行混合的步骤；以及将上述混合物供应到成形框并进行加压成形后进行养护的步骤。
韩国专利公开第10-2010-0090844号中公开了一种利用城市垃圾焚烧灰渣的成形体的制备方法，其特征在于，对相对于由用碱性溶液预处理的焚烧粉煤灰10～30重量百分比和焚烧煤底灰70～90重量百分比构成的城市垃圾焚烧灰渣10～70重量百分比以及高炉矿渣30～90重量百分比的干燥砂浆粉末100重量份添加50～100重量份的硅酸钠而成的浆料混合物进行振动并成形后，在25～80℃的温度范围内进行养护。
韩国专利授权第10-1243094号中公开了一种纯化回收材料的回收方法，包括：研磨步骤，对含有发电所煤底灰，粉煤灰或它们的混合物的原料进行研磨；浮游筛选步骤，向上述原料中添加浮选药剂并浮游碳精煤来回收，从而分离碳精煤和回收材料；再研磨步骤，对作为通过浮游筛选步骤分离的回收材料的第一次回收材料进行再研磨，并分组为回收材料、强磁性体及弱磁性体；第一次磁力筛选步骤，从再研磨的第一次回收材料中，筛选用磁力筛选机分组的强磁性体来分离强磁性体和回收材料；以及第二次磁力筛选步骤，从通过上述第一次磁力筛选步骤筛选出强磁性体的第二次回收材料中，筛选用磁力筛选机分组的弱磁性体来分离弱磁性体和回收材料。
但是，使用包括上述专利的现有的利用煤底灰制备地质聚合物的方法具有如下问题。首先，若将原料物质混合成为凝胶状来制备试片，则从煤底灰中分离的杂质在试片上端形成分离层并降低抗压强度。其次，若要达到以这种方法制成的试片在工业上被利用的水平的高抗压强度，则需要很长时间(例如，28天)。
本发明是用于解决上述现有的利用煤底灰制备地质聚合物的问题而开发的技术。
专利文献
专利文献1：韩国专利公开第10-2009-0122270号
专利文献2：韩国专利公开第10-2010-0090844号
专利文献3：韩国专利授权第10-1243094号
发明内容
需要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种利用煤底灰的地质聚合物的新制备方法。
尤其，本发明的目的在于，提供在短的养护时间内呈现出高的抗压强度的同时具有低的导热率的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法。
尤其，本发明的目的在于，提供用于解决如下问题的方法，即，在现有技术中，在烘箱进行养护时，在地质聚合物处于模具内的状态下进行养护，因此需要大量的高价模具。
解决问题的手段
本发明提供一种利用煤底灰的地质聚合物制备方法，包括：步骤(1)，准备煤底灰和碱性活化剂的混合物，并通过调节碱性活化剂的量进行混合，使得上述混合物不变成凝胶；步骤(2)，向模具填充上述煤底灰和碱性活化剂的混合物并进行加压来制备地质聚合物试片；步骤(3)，从上述模具取出地质聚合物试片后，在烘箱中仅对地质聚合物试片进行规定时间的养护；以及步骤(4)，对养护后的上述地质聚合物试片照射微波。
尤其，在上述步骤(1)中，相对于1重量份的煤底灰，碱性活化剂的含量可以为0.36～0.40重量份。
尤其，为了提高地质聚合物的抗压强度，在上述步骤(1)中，在混合物不被凝胶化的情况下，可最大限地度增加碱性活化剂的含量。
尤其，在上述步骤(1)中，碱性活化剂可以为选自由NaOH、KOH、K2SiO3及Na2SiO3组成的组中的一种。
尤其，在上述步骤(3)中，烘箱的温度可以为50～85℃。
尤其，在上述步骤(3)中，为了防止地质聚合物试片中的水分急剧蒸发，可将地质聚合物试片以密封状态在烘箱中进行养护。
尤其，在上述步骤(1)中，可通过调节煤底灰和碱性活化剂的相对比率来控制地质聚合物的抗压强度及导热率。
尤其，在上述步骤(2)中，可通过调节模具加压成形时的压力来控制地质聚合物的抗压强度及导热率。
尤其，在上述步骤(3)中，可通过调节在烘箱中的养护时间来控制地质聚合物的抗压强度及导热率。
尤其，在上述步骤(4)中，可通过调节微波功率或照射时间来控制地质聚合物的抗压强度及导热率。
发明的效果
本发明具有如下优点，即，减少与煤底灰混合的碱性活化剂的量并使混合物(或溶液)不变成凝胶状态的状态下注入于模具中，因此，与以往不同，将地质聚合物试片从模具取出后，仅将地质聚合物试片放置于烘箱中并进行养护，从而可以大大减少模具的数量。
并且，在本发明中，由于在烘箱中的养护过程中不使用模具，因此向试片内部传递热量和物质的过程不会受到模具的干扰，从而可以更均匀地进行养护。
并且，本发明具有通过照射微波使在烘箱中经过养护的试片可以在非常短的时间内进一步养护和硬化的效果。与不进行微波照射的现有技术相比，如本发明所示，可通过照射微波来在短时间内获得地质聚合物所需的抗压强度。
并且，在本发明中，仅使用少量碱性活化剂来使煤底灰和碱性活化剂的混合物不被凝胶化，因此水的含量变少，从而可以照射高功率的微波，由此，可通过照射微波几分钟的短时间也可以制备具有本发明所要实现的目的的物性的地质聚合物。
并且，在本发明中，由于不制成为凝胶状态，当模具中装有混合物(煤底灰+碱性活化剂)时，若对混合物施加压力并在此过程中控制压力，则可控制试片的物性。例如，若对填充有煤底灰和碱性活化剂的混合物的模具施加高压，则虽然导热率稍高，但可以实现非常高的机械强度，若施加相对较低的压力，则虽然强度变低，但可通过降低导热率来提高隔热效果。即，在本发明中，可通过调节煤底灰和碱性活化剂混合物在模具中成形的过程的压力来控制最终制备而成的地质聚合物的导热率和机械强度。
附图说明
图1为图示化本发明方法的流程图。
图2为在实验例1中使用的煤底灰的粒子大小分布图。
图3示出实验例1-3的结果，为利用从模具取出的地质聚合物试片(体积密度＝1.98g/cm3)制备的地质聚合物的微波照射时间vs.抗压强度测量实验结果曲线图。
图4示出实验例1-3的结果，为利用从模具取出的地质聚合物试片(体积密度＝1.82g/cm3)制备的地质聚合物的微波照射时间vs.抗压强度测量实验结果曲线图。
图5示出实验例1-4的结果，为利用从模具取出的地质聚合物试片(体积密度＝1.98g/cm3)制备的地质聚合物的微波照射时间vs.导热率测量实验结果曲线图。
图6示出实验例1-4的结果，为利用从模具取出的地质聚合物试片(体积密度＝1.98g/cm3)制备的地质聚合物的微波照射时间vs.孔隙率测量实验结果曲线图。
图7示出实验例1-4的结果，为利用从模具取出的地质聚合物试片(体积密度＝1.82g/cm3)制备的地质聚合物的微波照射时间vs.导热率测量实验结果曲线图。
图8示出实验例1-4的结果，为利用从模具取出的地质聚合物试片(体积密度＝1.82g/cm3)制备的地质聚合物的微波照射时间vs.孔隙率测量实验结果曲线图。
图9示出实验例2-1的结果，为液固比(liquid/solid ratio)vs.抗压强度测量结果曲线图。
图10示出实验例2-1的结果，为利用以液固比＝0.41混合的煤底灰和碱性活化剂制备的地质聚合物的照片。
图11示出实验例2-1的结果，为利用以液固比＝0.43混合的煤底灰和碱性活化剂制备的地质聚合物的照片。
图12示出实验例2-2的结果，为液固比vs.导热率测量实验结果曲线图。
图13示出实验例3-1的结果，为微波照射时间vs.质量减少测量结果曲线图。
图14示出实验例3-2的结果，为质量减少vs.抗压强度测量结果曲线图。
图15示出实验例3-3的结果，为质量减少vs.导热率测量结果曲线图。
具体实施方式
以下，为了方便说明，在本发明中，将最终制备之前的中间过程的地质聚合物称为“地质聚合物试片”。并且，在本发明中，将术语“底灰”用作“煤底灰”的简称。
图1为图示化本发明的方法，本发明提供利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，包括：步骤(1)，通过调节碱性活化剂的量进行混合，使得煤底灰不变成凝胶状态；步骤(2)，向模具填充上述煤底灰和碱性活化剂的混合物并进行加压来制备地质聚合物试片；步骤(3)，从上述模具取出地质聚合物试片后，在烘箱中仅对地质聚合物试片进行规定时间的养护；以及步骤(4)，对养护后的上述地质聚合物试片照射规定时间的微波。
以下，将按步骤进行更详细说明。
步骤(1)
在将煤底灰与碱性活化剂(例如，NaOH、KOH、K2SiO3、Na2SiO3等)混合来进行养护，直至煤底灰变成凝胶状态的情况下，因杂质的层分离而导致所制备的地质聚合物的抗压强度降低，为了解决这种现有技术的问题，本发明以相比于现有技术使用更少量的碱性活化剂为特征。在本发明中，以通过调节碱性活化剂的量进行混合直到上述混合物变为“凝胶”状态之前的方式混合煤底灰与碱性活化剂。在本发明中，并不意味着在直到变为“凝胶”状态之前尽可能混合多量碱性活化剂，而是意味着在不变成“凝胶”状态的情况下，能够以各种含量调节碱性活化剂。
本发明中，煤底灰和碱性活化剂的混合物不会变成凝胶状态，因此从模具取出地质聚合物试片并在烘箱中以没有模具的状态仅可养护地质聚合物试片。从而通过这种方式，具有如下的优点，即，不仅可以大大减少制备大量地质聚合物时所需的模具数量，并且在烘箱中进行养护过程中，在向地质聚合物试片内部传递热量及物质时不会被模具干扰，因此可更均匀地进行养护。与以将地质聚合物试片放置于模具的状态在烘箱中进行养护的方式相比，本发明的方法可更快地呈现出地质聚合物的强度。
步骤(2)
向模具填充煤底灰和碱性活化剂的混合物并进行加压来制备如砖状等规定形状的地质聚合物试片。进行上述加压后还能再经过规定时间，但通常加压后从模具立即取出地质聚合物试片。根据上述加压的压力可调节最终制备的地质聚合物的物性。例如，若施加高压，则虽然导热率稍高，但可以实现非常高的机械强度，若施加相对较低的压力，则虽然强度变低，但可通过降低导热率来提高隔热效果。即，在本发明中，可通过调节模具成形过程的压力来调节最终制备而成的地质聚合物的物性。
步骤(3)
在步骤(3)中，从上述模具分离地质聚合物试片后，在烘箱中仅对地质聚合物试片进行规定时间的养护，在后述的实验例1中，在75℃的温度下，进行12小时、24小时、36小时的实验。在烘箱中的养护时间可根据煤底灰原料、碱性活化剂的种类及浓度等多种因素发生多种变化，通常有可能是几小时以上至几天或几十天以上，因此，在本发明中，并不限定在烘箱中的养护时间的范围。烘箱的温度可为多种，例如，可以为50～85℃。并且，可通过调节在烘箱中的养护时间来控制如导热率及抗压强度等最终制备而成的地质聚合物的物性。
步骤(4)
在本发明中，在地质聚合物试片的养护过程中使用额外的微波。若在烘箱中经过一段时间养护的试片用微波照射，则会在很短的时间内实现养护及硬化，因此，与在室温下用很长时间养护的试片相比，可以在初期达到高的强度。通过微波的加热在能量消耗方面比使用烘箱更有效，并且，可均匀地加热地质聚合物试片的内部，因此更有效。在本发明中，由于使用少量的碱性活化剂，在地质聚合物试片的内部所含有的水量相对较少，因此可以使用高功率微波。若使用这种高功率微波，则可以在几分钟的非常短的时间内实现地质聚合物试片的干燥及硬化。
微波照射时间可以根据微波功率、煤底灰原料、碱性活化剂的种类和浓度以及地质聚合物产品的物性等各种因素而变化多样，在本发明的以下实验例中，按几分钟单位来进行实验。
实验例
以下，将通过实验例更详细地说明本发明。以下的初始体积密度是指从模具取出的地质聚合物试片的体积密度，最终体积密度为表示最终制备而成的地质聚合物的体积密度的术语。
实验例1：根据在烘箱中的养护时间及微波照射时间的物性实验
在实验例1中，观察利用75℃的烘箱的养护时间及微波照射时间对地质聚合物的物性的影响。
在实验例1中，将来自韩国南东发电公司的煤底灰作为原料来使用。使用锤磨机将煤底灰分3次来进行粉碎，将粉碎的煤底灰用No.200的标准筛(75μm)筛选出后，仅使用通过其的小粒子来合成地质聚合物。使用氢氧化钠(NaOH)水溶液作为用于使煤底灰化学活性化的碱性活化剂。具有93重量百分比的纯度的固体氢氧化钠溶于自来水中来制成水溶液，基于初步实验中最高强度的结果，将浓度调节至14M。并且，相对于煤底灰质量，以0.38的比率将这种方式制成的碱性活化剂与煤底灰进行混合，其为在使混合物不变成凝胶状态的情况下显示出最高抗压强度的初步实验结果的值。但是，上述比率取决于煤底灰的种类、碱性水溶液的种类及浓度等的变量而变动，因此上述比率不是对所有材料的绝对最佳比率。
通过以下步骤来测量地质聚合物试片的合成及物性。首先，利用霍巴特搅拌机混合煤底灰和碱性溶液5分钟。将该混合物放入5×5×5cm3大小的塑料模具中，并利用手压机进行压缩。
在进行压缩之后，从模具中分离地质聚合物试片并放置于不锈钢托盘后，在75℃的烘箱中养护试片。在烘箱中的养护过程中，利用塑料袋密封试片和托盘，这是为了防止在放入烘箱之后由于热量而在反应充分进行之前水分急剧蒸发的现象。
对在烘箱中经过养护规定时间的地质聚合物试片在室温下充分进行冷却后，利用700W功率的家用微波炉来照射微波。对完成微波照射之后的地质聚合物在室温下充分进行冷却后，测量导热率(TPS500S，Hot Disk，Sweden)和抗压强度(PL-9700H，WoojinPrecision Co.,Korea)。在测量抗压强度之后，粉碎试片中的一部分并通过真密度测量设备(gas pycnometer，AccuPycⅡ1340，Micromeritics，U.S.A.)来测量真密度(powderdensity)。利用将以这种方式测量的真密度和质量除以体积而得出的体积密度(bulkdensity)并通过下列计算式来计算地质聚合物的孔隙率。
抗压强度和体积密度使用了3个地质聚合物样品的结果值的平均值，而且使用分别对导热率和真密度进行测量6次、5次后的平均值。
在实验例1中，变更在烘箱中的养护时间及微波照射时间来进行实验。将烘箱中的养护时间设定为12小时、24小时、36小时共3种来进行实验，对进行养护12小时的地质聚合物试片每隔1分钟照射微波0～7分钟，对其余的地质聚合物试片每隔1分钟照射微波0～5分钟。并且，通过将从模具取出后的地质聚合物试片的初始体积密度设定为两种情况(1.98g/cm3及1.82g/cm3)(对模具施加的压力大时，上述初始体积密度也大)，来观察对根据对模具施加的压力而最终制备而成的地质聚合物的物性的影响。
实验例1-1：原料物质的物性测量
地质聚合物的物性受原料物质的物理特性、化学特性的影响很大。通过X射线荧光光谱分析法(X-ray fluorescence)分析的煤底灰的化学成分比如下表1所示，SiO2、Al2O3、Fe2O3之和超过70％。
表1
煤底灰的粒度分布示出在图2中。平均粒子大小为44.57μm，90％以上的粒子为84.83μm以下。
实验例1-2：体积密度/真密度/孔隙率的测量实验
每个地质聚合物试片的在烘箱中的养护时间和微波照射时间、初始体积密度条件、最终体积密度和真密度结果以及孔隙率值示出在下列表2中。在试片的名称中，12H、24H、36H表示在烘箱中的养护时间(小时(Hour))，0-7M表示微波照射时间(分钟(Minute))。并且，L表示制备地质聚合物时的初始密度低的(1.82g/cm3)试片(从模具取出的地质聚合物)。在具有相同的在烘箱中养护时间的地质聚合物试片之间，微波照射时间越长，最终制备而成的地质聚合物的体积密度越低，真密度越高。由此，呈现出地质聚合物的孔隙率增加的结果。并且，若在烘箱中的养护时间变长，则即使微波照射时间相同，最终体积密度更低，这也使孔隙率增加。初始体积密度低的地质聚合物试片的最终制备而成的地质聚合物的体积密度也同样低，而且根据烘箱和微波照射时间的密度及孔隙率的变化方式相同。
表2
实验例1-3：抗压强度
根据具有不同初始体积密度的地质聚合物试片的在烘箱中养护时间和微波照射时间的抗压强度结果如图3及图4所示。在初始体积密度不同的两种情况下，根据在烘箱中的养护时间和微波照射时间的强度变化方式相同。
相对于相同的微波照射时间，在烘箱中的养护时间越长，地质聚合物的抗压强度越高。这是因为随着在烘箱中的养护时间变长，反应进行得越好，从而形成地质聚合物越好。若在相同的在烘箱中的养护时间内使微波照射时间增加，则地质聚合物的抗压强度处于先增加后又重新减少的趋向。若照射微波，则由于地质聚合物干得快而使地质聚合物硬化，由此抗压强度增加。但是，若照射规定水平以上的长时间，则地质聚合物的温度过度上升，由此，地质聚合物的内部的水分过度蒸发，而导致坚固的地质聚合物结构变形。由于这种原因，在微波照射时间长的情况下，表现出地质聚合物之间的抗压强度偏差也增加的结果。
并且，在烘箱中的养护时间越长，表示地质聚合物的最高抗压强度的微波照射时间越短。在初始体积密度低的情况下，虽然强度变化方式相同，而地质聚合物的抗压强度大致表现出低的结果。但是，对在烘箱中养护24小时或36小时的试片，在照射微波短时间的情况下，用初始体积密度低的地质聚合物试片制备而成的地质聚合物比用具有高的体积密度的地质聚合物试片制备而成的地质聚合物具有更高的抗压强度，其值得关注。在初始体积密度为1.98g/cm3的情况下，在烘箱中的养护时间为12小时、24小时、36小时时照射微波5分钟、4分钟、3分钟后，每个烘箱内养护时间中最高的抗压强度分别表现为34.9MPa、38.3MPa、41.5MPa，在初始体积密度为1.82g/cm3的情况下，在相同烘箱时间内分别照射微波5分钟、3分钟、3分钟时的结果为19.8MPa、26.7MPa、31.6MPa。
实验例1-4：导热率及孔隙率
根据各个养护条件的地质聚合物的导热率示出在图5及图7中。最终地质聚合物的导热率随着在烘箱中的养护时间和微波照射时间的增加而呈现出降低的趋势，而与地质聚合物试片的初始体积密度无关。如上所示，若在烘箱中的养护时间及微波照射时间的增加，则地质聚合物的最终体积密度降低、真密度增加，由此地质聚合物的孔隙率增加。
图6及图8作为孔隙率实验的结果，地质聚合物的导热率与孔隙率有密切的关系，从而当孔隙率高时，导热率变低。因此，若在烘箱中的养护及微波照射时间的增加，则地质聚合物的孔隙率增加、导热率降低。在初始体积密度较低的情况下，最终地质聚合物的导热率变化方式也相同，但是，导热率低于在相同条件下用具有高体积密度的地质聚合物试片制备而成的地质聚合物的导热率。这是因为初始体积密度低的地质聚合物的孔隙率相对更大。
实验例1的结果总结如下。可以确认，随着在烘箱中的养护和微波照射时间的增加，地质聚合物的体积密度降低、真密度增加，由此地质聚合物的孔隙率增加。并且，在微波照射时间相同的情况下，随着在烘箱中的养护时间增加，地质聚合物的抗压强度越高。在烘箱中的养护时间相同的情况下，随着微波照射时间增加，地质聚合物的强度呈现出先增加后再降低的趋势。并且，若在烘箱中的养护时间增加，则呈现出最高抗压强度的地质聚合物的微波照射时间缩短。在初始体积密度为1.98g/cm3的情况下，在烘箱中进行36小时的养护并照射微波3分钟时，地质聚合物的最高抗压强度为41.5MPa，在初始体积密度为1.82g/cm3的情况下，当条件相同时，地质聚合物的抗压强度为31.6MPa。并且，在烘箱中养护时间相同的情况下，微波照射时间越长，地质聚合物的导热率越低。利用初始体积密度低试片的地质聚合物的导热率更低。根据养护条件的导热率变化方式与孔隙率密切相关，地质聚合物的孔隙率越高，导热率越低。经过在烘箱中进行养护36小时后照射微波3分钟的地质聚合物呈现出最高强度，其导热率在初始体积密度高和低的情况下，分别为0.60W/mK、0.53W/mK。
实验例2：根据煤底灰和碱性活化剂的混合比的实验
在实验例2中，对根据液体(＝碱性活化剂)/固体(＝煤底灰)比的物性的变化进行实验。在实验例2中，通过将液固比每隔0.01从0.36增加至0.43来合成地质聚合物。养护条件为在75℃的烘箱固定24小时且在700W下照射微波3分钟。其余的实验条件与实验例1相同。
实验例2及后述的实验例3中使用的煤底灰示出如下表3所示的成分比，平均粒径为38.82μm。90％以上的粒子为78.01μm以下。
表3
实验例2-1：抗压强度实验
图9作为抗压强度实验结果，在液固比＝0.40时呈现出最高抗压强度68.4MPa。随着液固比从0.36增加至0.40，抗压强度线性增加，液固比到0.40以后开始线性减小。当液固比＝0.41时，混合物将形成小球形态并开始变成凝胶(参照图10中的地质聚合物的照片)，其在0.43下完全变成凝胶。变成凝胶后，在微波照射过程中产生裂缝，呈现出低的抗压强度(参照图11的地质聚合物的照片)。
实验例2-2：导热率
图12作为液固比vs.导热率测量结果，地质聚合物的导热率增加，直到液固比达到0.38为止，但之后开始不会增加很多。其原因在于，随着液固比的增加，混合物逐渐变成小球形态并在地质聚合物的内部包含孔隙。
实验例3：根据微波功率及时间的实验
在实验例3中，将煤底灰：碱性活化剂的重量比固定为1：0.4之后，将微波功率及时间作为变数来测量抗压强度和导热率。从模具取出的地质聚合物试片的初始体积密度为1.98g/cm3，养护条件为在75℃的烘箱中进行养护24小时，碱性活化剂的混合方法、物性测量方法等与实验例1相同。
实验例3-1：根据微波照射时间及功率的质量减少
在200～1000W区间内每隔200W进行对微波的功率进行实验，根据微波照射时间(分钟)的质量减少如图13所示。
实验例3-2：抗压强度
图14为按微波功率的质量减少vs.抗压强度实验结果，在微波功率为400W、600W、800W时呈现出相似的模式。在微波功率为200W和1000W时，与其他功率相比，在少的质量减少中呈现出高的抗压强度，但是，所有微波功率中质量减少和抗压强度总体呈现出相似的模式，可得出抗压强度与质量减少程度有密切的相关关系。图14为对5×5×5cm大小的地质聚合物样品的实验结果，质量减少约25g，则会呈现出非常高的抗压强度，而与微波功率无关。
实验例3-3：导热率
图15为质量减少vs.导热率测量结果的曲线图，导热率结果与质量减少有密切的相关关系，随着质量减少，导热率一直减少到规定水平为止(约0.6W/mK)。

Claims (10)

1.一种利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，包括：
步骤(1)，准备煤底灰和碱性活化剂的混合物，并通过调节碱性活化剂的量进行混合，使得上述混合物不变成凝胶；
步骤(2)，向模具填充上述煤底灰和碱性活化剂的混合物并进行加压来制备地质聚合物试片；
步骤(3)，从上述模具取出地质聚合物试片后，仅将地质聚合物试片在烘箱中进行规定时间的养护；以及
步骤(4)，对养护后的上述地质聚合物试片照射微波。
2.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，在上述步骤(1)中，相对于1重量份的煤底灰，碱性活化剂的含量为0.36～0.40重量份。
3.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，为了提高地质聚合物的抗压强度，在上述步骤(1)中，在混合物不被凝胶化的情况下，最大限度地增加碱性活化剂的含量。
4.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，在上述步骤(1)中，碱性活化剂为选自由NaOH、KOH、K2SiO3及Na2SiO3组成的组中的一种。
5.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，在上述步骤(1)中，通过调节煤底灰和碱性活化剂的相对比率来控制地质聚合物的抗压强度及导热率。
6.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，在上述步骤(2)中，通过调节模具加压成形时的压力来控制地质聚合物的抗压强度及导热率。
7.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，在上述步骤(3)中，烘箱的温度为50～85℃。
8.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，在上述步骤(3)中，为了防止地质聚合物试片中的水分急剧蒸发，将地质聚合物试片以密封状态在烘箱中进行养护。
9.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，在上述步骤(3)中，通过调节在烘箱中的养护时间来控制地质聚合物的抗压强度及导热率。
10.根据权利要求1所述的利用煤底灰的地质聚合物的制备方法，其特征在于，在上述步骤(4)中，通过调节微波功率或照射时间来控制地质聚合物的抗压强度及导热率。
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