CN111995354B - 强化飞灰基地聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强化飞灰基地聚合物及其制备方法。本发明的聚合物由飞灰，矿渣，磷渣，固体碱激发剂，石英砂，硅酸盐水泥，水和外加剂等组成，且该地聚合物具有良好的施工性能，同时具有强度发展好，收缩性能好，不开裂，保水性能好等特点。本发明可以充分利用飞灰和磷渣，不仅提高固体废弃物的利用价值，节约固体废弃物占地面积，节约环境，而且可以降低地聚合物的生产成本，具有良好的社会效应和经济效应。

Description

强化飞灰基地聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及地聚合物基材料技术领域，尤其涉及一种强化飞灰基地聚合物及其制备方法。
背景技术
地聚合物是一种通过硅铝酸盐材料和硅酸盐溶液或高溶度碱金属氢氧化物反应，生成的一种由硅氧四面体和铝氧四面体合成的无定型三维网状结构的碱铝硅酸盐胶凝材料，属于无机聚合物。合成地聚合物的原材料来源于粉煤灰，矿渣等工业废弃物，与传统的无机硅酸盐胶凝材料相比，具有节约能源，同时也具有降低CO2排放的优势。地聚合物具有很多优异的特性，包括低收缩率，慢速或快速凝固，耐火性，低导热性和耐酸碱腐蚀等。此外，地聚合物可以完全避免普通硅酸盐水泥因为金属迁移与骨料反应从而引起的碱集料反应，具有良好的耐久性能。但经国内外研究发现，地聚合物后期的强度呈现下降的趋势，而且抗渗性也得到了不同程度地降低。
飞灰是在利用循环流化床燃煤技术燃烧煤炭产生的一种从电除尘器收集的烟道工业废渣，而且其主要成分与粉煤灰相似，都由Al2O3，SiO2和CaO等化合物构成。飞灰与固体氢氧化钠，磷渣，固体助溶剂在高温煅烧下具有较高的活性。而且磷渣中含有的特殊结构P205和高吸水性树脂能够抑制水泥等胶凝材料的早期水化，使得水化产物和缩聚产物更加紧密结合，因而胶凝材料体系硬化后体系结构更加致密，从而使得整体内部孔隙率下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的提供一种强化飞灰基地聚合物及其制备方法。本发明的聚合物材料具有强度高，保水性好，抗渗性好，耐久性能好等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
第一方面，本发明提供了一种强化矿渣基地聚合物，由以下重量份的原料制成：飞灰38-43份，矿渣26-29份，磷渣6-8份，普通硅酸盐水泥2-4份，硅酸钠溶液8-12份，固体氢氧化钠1-5份，水6-10份，外加剂1-2份，高吸水性树脂1-3份，固体助溶剂0.01-0.04份。
所述矿渣为首先使用筛分法将球磨机球磨3-5小时，使得平均粒径为50-75um；
所述飞灰中：SiO2为42-48wt％，Al2O3为26-30wt％，飞灰的粒径小于80um；
所述磷渣平均粒径为(15-25)um，其氮吸附测定的比表面积为(280-340)m2/kg，质量系数K为1.1-1.2；
所述硅酸钠溶液的模数为2.8-3.1，其固体含量为25-29wt％；
所述氢氧化钠为颗粒状，纯度大于98％；
所述普通硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥；
所述外加剂为聚丙烯盐酸、聚丙烯酰胺、丙烯酸或丙烯酰胺等高吸水性树脂的一种或者多种混合物；
所述固体助溶剂为琼脂水溶胶，其固体含量为80-90％；
所述高吸水性树脂，其粒径为0.1mm-0.2mm。
第二方面，本发明提供一种制备上述用于海工混凝土外防护层的地聚合物的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)以质量份数计，称取飞灰38-43份，矿渣26-29份，磷渣6-8份，普通硅酸盐水泥2-4份，硅酸钠溶液8-12份，氢氧化钠1-5份，水6-10份，外加剂1-2份，固体助溶剂0.01-0.04份；
(2)将矿渣，飞灰，磷渣，普通硅酸盐水倒入搅拌机搅拌60-90s，得到混合料微粒，然后将混合料微粒，固体氢氧化钠和助溶剂加入到马弗炉(设定温度为1200-1300℃)煅烧2-4小时，冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末；
(3)将步骤(2)中所得地聚合物胶体粉末掺入一定量(1-3份)的高吸水性树脂搅拌60-90秒，得到混合料，然后加入水玻璃溶液和水，慢速搅拌60-90秒，快速搅拌120-180秒，接着浇筑，振捣成型，在标准养护室内养护28天即得强化飞灰基地聚合物。
本发明与传统的矿渣基地聚合物相比，此强化矿渣基地聚合物具有以下主要优点：
(1)本发明的强化飞灰基地聚合物材料采用的是飞灰，矿渣，磷渣等工业废弃物，可以有效地解决工业废弃物堆放等问题，变废为宝；
(2)本发明的强化飞灰基地聚合物材料利用的价格低廉的飞灰等工业废弃物，降低工程造价；
(3)本发明的强化飞灰基地聚合物的早期强度高，且后期强度能保持不变或略成上升的趋势，制备的强化飞灰基地聚合物抗压强度较飞灰基地聚合物强度提高900％；
(4)本发明的强化飞灰基地聚合物保水性能好，且具有良好的耐久性；
(5)本发明的强化飞灰基地聚合物省略了碱激发溶液的配置过程，实现了常温制备，且制备方法简单，成本较低，易于推广。
传统的飞灰地聚合物的抗压强度偏低，其后续强度会出现倒缩的现象。本发明方案要求保护的核心成分是磷渣，高吸水性树脂以及固体氢氧化钠。相比于现有技术，其独特的创新点在于提高并稳定飞灰基地聚合物的强度。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1：
本实施例中，将称量的飞灰40份，矿渣27份，磷渣7份，普通硅酸盐水泥3份倒入搅拌机内搅拌90s得到混合料微粒，然后将混合料微粒，5份固体氢氧化钠和0.02份助溶剂加入到马弗炉(设定温度为1200℃)煅烧3小时冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末，将地聚合物胶体粉末掺入1份高吸水性树脂得到混合料，然后加入8份水玻璃溶液和8份水，慢速搅拌90s，快速搅拌120s，接着浇筑，振捣成型，在标准养护条件下养护28天即得强化飞灰地聚合物。
本实施例得到的强化飞灰地聚合物7天抗压强度达到51.6MPa，28天抗压强度达到63.2MPa，较飞灰地聚合物强度提高近900倍，且后续强度保持不变或略成上升的趋势。其吸水率低于9.6％，孔隙率低于5.8％，具有较好的耐久性能。
实施例2：
本实施例中，将称量的飞灰38份，矿渣28份，磷渣8份，普通硅酸盐水泥3份倒入搅拌机内搅拌90s得到混合料微粒，然后将混合料微粒，固体氢氧化钠和助溶剂加入到马弗炉(设定温度为1200℃)煅烧3小时冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末，将地聚合物胶体粉末掺入2份高吸水性树脂得到混合料，然后加入水玻璃溶液和水，慢速搅拌90s，快速搅拌120s，接着浇筑，振捣成型，在标准养护条件下养护28天即得强化飞灰地聚合物。
本实施例得到的强化飞灰地聚合物7天抗压强度达到48.3MPa，28天抗压强度达到63.2MPa，较飞灰地聚合物强度提高近860倍，且后续强度保持不变或略成上升的趋势。其吸水率低于10.8％，孔隙率低于5.9％，具有较好的耐久性能。
实施例3：
本实施例中，将称量的飞灰40份，矿渣27份，磷渣6份，普通硅酸盐水泥4份倒入搅拌机内搅拌90s得到混合料微粒，然后将混合料微粒，固体氢氧化钠和助溶剂加入到马弗炉(设定温度为1300℃)煅烧3小时冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末，将地聚合物胶体粉末掺入2份高吸水性树脂得到混合料，然后加入水玻璃溶液和水，慢速搅拌90s，快速搅拌120s，接着浇筑，振捣成型，在标准养护条件下养护28天即得强化飞灰地聚合物。
本实施例得到的强化飞灰地聚合物7天抗压强度达到50MPa，28天抗压强度达到65MPa，较飞灰地聚合物强度提高近900倍，且后续强度保持不变或略成上升的趋势。其吸水率低于10.1％，孔隙率低于6.6％，具有较好的耐久性能。
实施例4：
本实施例中，将称量的飞灰43份，矿渣26份，磷渣6份，普通硅酸盐水泥2份倒入搅拌机内搅拌90s得到混合料微粒，然后将混合料微粒，固体氢氧化钠和助溶剂加入到马弗炉(设定温度为1200℃)煅烧3小时冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末，将地聚合物胶体粉末掺入2份高吸水性树脂得到混合料，然后加入水玻璃溶液和水，慢速搅拌90s，快速搅拌120s，接着浇筑，振捣成型，在标准养护条件下养护28天即得强化飞灰地聚合物。
本实施例得到的强化飞灰地聚合物7天抗压强度达到45.3MPa，28天抗压强度达到58.5MPa，较飞灰地聚合物强度提高近800倍，且后续强度保持不变或略成上升的趋势。其吸水率低于9.2％，孔隙率低于5.5％，具有较好的耐久性能。
实施例5：
本实施例中，将称量的飞灰40份，矿渣27份，磷渣7份，普通硅酸盐水泥3份倒入搅拌机内搅拌90s得到混合料微粒，然后将混合料微粒，固体氢氧化钠和助溶剂加入到马弗炉(设定温度为1300℃)煅烧3小时冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末，将地聚合物胶体粉末掺入2份高吸水性树脂得到混合料，然后加入水玻璃溶液和水，慢速搅拌60s，快速搅拌180s，接着浇筑，振捣成型，在标准养护条件下养护28天即得强化飞灰地聚合物。
本实施例得到的强化飞灰地聚合物7天抗压强度达到47.3MPa，28天抗压强度达到62.5MPa，较飞灰地聚合物强度提高近850倍，且后续强度保持不变或略成上升的趋势。其吸水率低于8.7％，孔隙率低于6.1％，具有较好的耐久性能。
实施例6：
本实施例中，将称量的飞灰40份，矿渣28份，磷渣7份，普通硅酸盐水泥2份倒入搅拌机内搅拌90s得到混合料微粒，然后将混合料微粒，固体氢氧化钠和助溶剂加入到马弗炉(设定温度为1200℃)煅烧2小时冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末，将地聚合物胶体粉末掺入2份高吸水性树脂得到混合料，然后加入水玻璃溶液和水，慢速搅拌60s，快速搅拌180s，接着浇筑，振捣成型，在标准养护条件下养护28天即得强化飞灰地聚合物。
本实施例得到的强化飞灰地聚合物7天抗压强度达到49.2MPa，28天抗压强度达到64.1MPa，较飞灰地聚合物强度提高近900倍，且后续强度保持不变或略成上升的趋势。其吸水率低于9.7％，孔隙率低于6.1％，具有较好的耐久性能。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽些的，并且也不局限于所纰漏的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更是显而易见的。

Claims (2)

1.一种强化飞灰基地聚合物，其特征在于：按质量分数计，包含如下组分：
飞灰38-43份，矿渣26-29份，磷渣6-8份，普通硅酸盐水泥2-4份，硅酸钠溶液8-12份，固体氢氧化钠1-5份，水6-10份，外加剂1-2份，高吸水性树脂1-3份，固体助溶剂0.01-0.04份；
所述飞灰中：SiO2为42-48wt％，Al2O3为26-30wt％，飞灰的粒径小于80um；
所述矿渣为使用筛分法将球磨机球磨3-5小时制得，使得矿渣平均粒径为50-75um；
所述磷渣平均粒径为15-25um，其氮吸附测定的比表面积为280-340m2/kg，质量系数K为1.1-1.2；
所述硅酸钠溶液的模数为2.8-3.1，其固体含量为25-29wt％；
所述氢氧化钠为颗粒状，纯度大于98％；
所述普通硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥；
所述外加剂为聚丙烯盐酸、聚丙烯酰胺、丙烯酸或丙烯酰胺中一种或者多种混合物；
所述固体助溶剂为琼脂水溶胶，其固体含量为80-90％；
所述高吸水性树脂，其粒径为0.1mm-0.2mm；
通过如下步骤制备得到：
(1)以质量份数计，称取飞灰33-38份，矿渣26-29份，磷渣6-8份，普通硅酸盐水泥2-4份，硅酸钠溶液8-12份，氢氧化钠1-5份，水6-10份，外加剂1-2份，固体助溶剂0.01-0.04份；
(2)将矿渣、飞灰、磷渣、普通硅酸盐水泥倒入搅拌机搅拌60-90s，得到混合料微粒，然后将混合料微粒、固体氢氧化钠和助溶剂加入到马弗炉，设定温度为1200-1300℃，煅烧2-4小时，冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末；
(3)将步骤(2)中所得的地聚合物胶体粉末掺入1-3份的高吸水性树脂搅拌60-90秒，得到混合料，然后加入硅酸钠溶液和水，慢速搅拌60-90秒，快速搅拌120-180秒，接着浇筑，振捣成型，在标准养护室内养护28天即得强化飞灰基地聚合物。
2.一种制备如权利要求1所述强化飞灰基地聚合物的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)以质量份数计，称取飞灰33-38份，矿渣26-29份，磷渣6-8份，普通硅酸盐水泥2-4份，硅酸钠溶液8-12份，氢氧化钠1-5份，水6-10份，外加剂1-2份，固体助溶剂0.01-0.04份；
(2)将矿渣、飞灰、磷渣、普通硅酸盐水泥倒入搅拌机搅拌60-90s，得到混合料微粒，然后将混合料微粒、固体氢氧化钠和助溶剂加入到马弗炉，设定温度为1200-1300℃，煅烧2-4小时，冷却后过筛，得到地聚合物胶体粉末；
(3)将步骤(2)中所得的地聚合物胶体粉末掺入1-3份的高吸水性树脂搅拌60-90秒，得到混合料，然后加入硅酸钠溶液和水，慢速搅拌60-90秒，快速搅拌120-180秒，接着浇筑，振捣成型，在标准养护室内养护28天即得强化飞灰基地聚合物。
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