CN111606617A - 一种凝灰岩地质聚合物复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了凝灰岩地质聚合物复合材料，包括凝灰岩、水泥和碱性活化液，凝灰岩：水泥＝1:1～3:2，碱性活化液中含有SiO2和Na2O，且SiO2：Na2O＝0.7～1.4，凝灰岩：碱性活化液＝0.4～0.5。将凝灰岩与水泥混合，获得混合物A；硅酸钠溶液由25％～30％的SiO2、8.5％～9.5％的Na2O和63％～65％的H2O组成，将氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液混合配制成SiO2/Na2O的摩尔比为0.7～1.4的碱性活化液；将碱性活化液与混合物A混合，获得拌制物；将拌制物倒入试模中固化，即可得到凝灰岩地质聚合物复合材料。能少用高耗能污染大的水泥，其掺量达到60％。

Description

一种凝灰岩地质聚合物复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及地质聚合物领域，尤其涉及一种凝灰岩地质聚合物复合材料及其制备方法。
背景技术
地质聚合物是通过对铝硅酸盐材料(例如：煅烧粘土、工业废料、天然矿物)在一定环境温度或稍高的温度下将这些混合物完成固化，地聚过程取决于许多参数，包括化学成分、矿物组成、粒径分布、比表面积和固化温度，地质聚合物具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能。利用矿物废物和建筑垃圾作为原料有取代普通水泥的可能，在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料、和耐高温材料等显示出广阔的应用前景，通常用于合成地质聚合物的原材料是粉煤灰、偏高岭土或某些工业废物。
凝灰岩矿产资源丰富，价格低廉，是一种火山灰质材料，其化学成分中S iO2与Al2O3的百分比可以使其在地质聚合物的合成中得到利用，然而凝灰岩中的玻屑含量和晶屑含量较高，阻碍其胶凝活性的释放，现有技术未能充分激发凝灰岩的潜在活性。因此，利用凝灰岩制备地质聚合物具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种凝灰岩地质聚合物复合材料及其制备方法，以克服上述现有技术中的不足。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种凝灰岩地质聚合物复合材料，其至少包括凝灰岩、水泥和碱性活化液，凝灰岩：水泥＝1:1～3:2，碱性活化液中含有SiO2和Na2O，且SiO2：Na2O＝0.7～1.4，凝灰岩：碱性活化液＝0.4～0.5。
作为上述技术方案的改进，碱性活化液包括NaOH溶液和硅酸钠溶液，NaOH溶液由纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成，硅酸钠溶液由25％～30％的SiO2、8.5％～9.5％的Na2O和63％～65％的H2O组成。
一种凝灰岩地质聚合物复合材料的制备方法，其步骤如下：
S100：将凝灰岩：水泥＝1:1～3:2成分配比，获得混合物A；
S200：将纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成NaOH溶液，硅酸钠溶液由25％～30％的SiO2、8.5％～9.5％的Na2O和63％～65％的H2O组成，再将氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液混合配制成SiO2/Na2O的摩尔比为0.7～1.4的碱性活化液；
S300：将碱性活化液与混合物A混合，碱性活化液/凝灰岩为0.4～0.5，获得拌制物；
S400：将拌制物倒入试模中固化，即可得到凝灰岩地质聚合物复合材料。
作为上述技术方案的改进，S100中的凝灰岩先在95℃～115℃下干燥65h～75h，然后研磨过筛至μm75～85μm后投入使用。
作为上述技术方案的改进，S300中，碱性活化液使用前先在24±3℃的温度下保存至少24h。
作为上述技术方案的改进，S300中，碱性活化液与混合物A混合后，先慢搅3min～6min，再快搅3min～6min。
作为上述技术方案的改进，S400中，拌制物倒入试模中后，先在电动振动器上振动5min～10min以清除残留的气泡，再刮去多余的拌合物，使试块表面平整，然后再在试块表面覆盖一层薄膜，最后于环境温度下固化。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
将凝灰岩在室温下固化合成地质聚合物不仅可以减少其自身的污染，还能少用高耗能污染大的水泥，实现环境友好，其掺量达到60％；
利用凝灰岩中的SiO2、Al2O3和玻璃体相硅酸盐，通过碱性活化液的作用使其发生聚合作用，凝胶相逐渐排除剩余的水分，固结硬化成矿物聚合材料块体，工艺简单，耗能降低，且具有较高的强度，能够满足工程应用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是通过碾磨和筛选凝灰岩的粒度分布。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
本发明所采用的凝灰岩为伊宁地区凝灰岩，其化学组成见表1所示；
表1凝灰岩的化学组成
化学组成 SiO<sub>2</sub> CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O
占比 76.9 0.12 17.8 0.34 0.10 1.95
凝灰岩具有火山灰特性，比表面积大、渗透性高等优点，均为制备凝灰岩地质聚合物材料提供了有利条件。
图1是通过碾磨和筛选凝灰岩的粒度分布，通过激光粒度分析仪对凝灰岩粉的粒度进行检测，发现凝灰岩通过粉磨就可以达到合适的比表面积和粒度，为凝灰岩地质聚合物的合成提供有利条件。
实施例1
一种凝灰岩地质聚合物复合材料，其至少包括凝灰岩、水泥和碱性活化液，凝灰岩：水泥＝3:2，碱性活化液中含有SiO2和Na2O，且SiO2：Na2O＝0.7，凝灰岩：碱性活化液＝0.49。
碱性活化液包括NaOH溶液和硅酸钠溶液，NaOH溶液由纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成。
其制备方法如下：
S100：取凝灰岩样品在105℃下干燥72h，然后研磨过筛至80μm，将凝灰岩：水泥＝3:2成分配比，并均匀搅拌，得到混合物A；
S200：将纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成NaOH溶液，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成，再将氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液混合配制成SiO2/Na2O的摩尔比为0.7的碱性活化液；
S300：将将碱性活化液在24±3℃保存至少24h，然后再将碱性活化液与混合物A混合，搅拌时间控制为慢搅5min，之后快搅5min，为获得具有良好加工性的混合物，碱性活化液/凝灰岩为0.49，获得拌制物；
S400：将拌制物倒入试模中固化，并在电动振动器上振动5min以清除残留的气泡，再用金属尺刮去多余的拌合物，使试块表面平整，即可得到凝灰岩地质聚合物复合材料。
实施例2
一种凝灰岩地质聚合物复合材料，其至少包括凝灰岩、水泥和碱性活化液，凝灰岩：水泥＝3:2，碱性活化液中含有SiO2和Na2O，且SiO2：Na2O＝0.9，凝灰岩：碱性活化液＝0.49。
碱性活化液包括NaOH溶液和硅酸钠溶液，NaOH溶液由纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成。
其制备方法如下：
S100：取凝灰岩样品在105℃下干燥72h，然后研磨过筛至80μm，将凝灰岩：水泥＝3:2成分配比，并均匀搅拌，得到混合物A；
S200：将纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成NaOH溶液，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成，再将氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液混合配制成SiO2/Na2O的摩尔比为0.9的碱性活化液；
S300：将将碱性活化液在24±3℃保存至少24h，然后再将碱性活化液与混合物A混合，搅拌时间控制为慢搅5min，之后快搅5min，为获得具有良好加工性的混合物，碱性活化液/凝灰岩为0.49，获得拌制物；
S400：将拌制物倒入试模中固化，并在电动振动器上振动5min以清除残留的气泡，再用金属尺刮去多余的拌合物，使试块表面平整，即可得到凝灰岩地质聚合物复合材料。
实施例3
一种凝灰岩地质聚合物复合材料，其至少包括凝灰岩、水泥和碱性活化液，凝灰岩：水泥＝3:2，碱性活化液中含有SiO2和Na2O，且SiO2：Na2O＝1.1，凝灰岩：碱性活化液＝0.49。
碱性活化液包括NaOH溶液和硅酸钠溶液，NaOH溶液由纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成。
其制备方法如下：
S100：取凝灰岩样品在105℃下干燥72h，然后研磨过筛至80μm，将凝灰岩：水泥＝3:2成分配比，并均匀搅拌，得到混合物A；
S200：将纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成NaOH溶液，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成，再将氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液混合配制成SiO2/Na2O的摩尔比为1.1的碱性活化液；
S300：将将碱性活化液在24±3℃保存至少24h，然后再将碱性活化液与混合物A混合，搅拌时间控制为慢搅5min，之后快搅5min，为获得具有良好加工性的混合物，碱性活化液/凝灰岩为0.49，获得拌制物；
S400：将拌制物倒入试模中固化，并在电动振动器上振动5min以清除残留的气泡，再用金属尺刮去多余的拌合物，使试块表面平整，即可得到凝灰岩地质聚合物复合材料。
实施例4
一种凝灰岩地质聚合物复合材料，其至少包括凝灰岩、水泥和碱性活化液，凝灰岩：水泥＝3:2，碱性活化液中含有SiO2和Na2O，且SiO2：Na2O＝1.3，凝灰岩：碱性活化液＝0.49。
碱性活化液包括NaOH溶液和硅酸钠溶液，NaOH溶液由纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成。
其制备方法如下：
S100：取凝灰岩样品在105℃下干燥72h，然后研磨过筛至80μm，将凝灰岩：水泥＝3:2成分配比，并均匀搅拌，得到混合物A；
S200：将纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成NaOH溶液，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成，再将氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液混合配制成SiO2/Na2O的摩尔比为1.3的碱性活化液；
S300：将将碱性活化液在24±3℃保存至少24h，然后再将碱性活化液与混合物A混合，搅拌时间控制为慢搅5min，之后快搅5min，为获得具有良好加工性的混合物，碱性活化液/凝灰岩为0.49，获得拌制物；
S400：将拌制物倒入试模中固化，并在电动振动器上振动5min以清除残留的气泡，再用金属尺刮去多余的拌合物，使试块表面平整，即可得到凝灰岩地质聚合物复合材料。
实施例5
一种凝灰岩地质聚合物复合材料，其至少包括凝灰岩、水泥和碱性活化液，凝灰岩：水泥＝3:2，碱性活化液中含有SiO2和Na2O，且SiO2：Na2O＝1.4，凝灰岩：碱性活化液＝0.49。
碱性活化液包括NaOH溶液和硅酸钠溶液，NaOH溶液由纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成。
其制备方法如下：
S100：取凝灰岩样品在105℃下干燥72h，然后研磨过筛至80μm，将凝灰岩：水泥＝3:2成分配比，并均匀搅拌，得到混合物A；
S200：将纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成NaOH溶液，硅酸钠溶液由28.7％的SiO2、8.9％的Na2O和64.2％的H2O组成，再将氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液混合配制成SiO2/Na2O的摩尔比为1.4的碱性活化液；
S300：将将碱性活化液在24±3℃保存至少24h，然后再将碱性活化液与混合物A混合，搅拌时间控制为慢搅5min，之后快搅5min，为获得具有良好加工性的混合物，碱性活化液/凝灰岩为0.49，获得拌制物；
S400：将拌制物倒入试模中固化，并在电动振动器上振动5min以清除残留的气泡，再用金属尺刮去多余的拌合物，使试块表面平整，即可得到凝灰岩地质聚合物复合材料。
凝灰岩地质聚合物强度检测见表2
Figure BDA0002506407270000071
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种凝灰岩地质聚合物复合材料，其特征在于，其至少包括凝灰岩、水泥和碱性活化液，凝灰岩：水泥＝1:1～3:2，碱性活化液中含有SiO2和Na2O，且SiO2：Na2O＝0.7～1.4，凝灰岩：碱性活化液＝0.4～0.5。
2.如权利要求1所述的一种凝灰岩地质聚合物复合材料，其特征在于，所述碱性活化液包括NaOH溶液和硅酸钠溶液，所述NaOH溶液由纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成，所述硅酸钠溶液由25％～30％的SiO2、8.5％～9.5％的Na2O和63％～65％的H2O组成。
3.一种凝灰岩地质聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
S100：将凝灰岩：水泥＝1:1～3:2成分配比，获得混合物A；
S200：将纯度为99％的氢氧化钠颗粒溶解于蒸馏水中配制成NaOH溶液，硅酸钠溶液由25％～30％的SiO2、8.5％～9.5％的Na2O和63％～65％的H2O组成，再将氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液混合配制成SiO2/Na2O的摩尔比为0.7～1.4的碱性活化液；
S300：将碱性活化液与混合物A混合，碱性活化液/凝灰岩为0.4～0.5，获得拌制物；
S400：将拌制物倒入试模中固化，即可得到凝灰岩地质聚合物复合材料。
4.如权利要求3所述的一种凝灰岩地质聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述S100中的凝灰岩先在95℃～115℃下干燥65h～75h，然后研磨过筛至75μm～85μm后投入使用。
5.如权利要求3所述的一种凝灰岩地质聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述S300中，碱性活化液使用前先在24±3℃的温度下保存至少24h。
6.如权利要求3所述的一种凝灰岩地质聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述S300中，碱性活化液与混合物A混合后，先慢搅3min～6min，再快搅3min～6min。
7.如权利要求3所述的一种凝灰岩地质聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述S400中，拌制物倒入试模中后，先在电动振动器上振动5min～10min以清除残留的气泡，再刮去多余的拌合物，使试块表面平整，然后再在试块表面覆盖一层薄膜，最后于环境温度下固化。
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