CN112028654B - 一种免烧地聚物复合耐火材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种免烧地聚物复合耐火材料及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料包括地聚物基体和掺加在所述地聚物基体中的碳化硅晶须；所述地聚物基体由包括矿粉、粉煤灰和偏高岭土的原料聚合而成。本发明在地聚物基体中掺加碳化硅晶须，通过碳化硅晶须的脱粘拔出效应和裂纹偏转效应使裂纹在扩展过程中消耗更多的能量，进而提高地聚物的力学性能，且由于碳化硅晶须在高温下仍然具有良好的工作性能，在充分发挥聚物基体材料优点的同时以纤维增韧的方式使复合材料在高温下的脆性断裂模式得到改善，提高地聚物耐高温性能。本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料力学表现优秀，断裂模式为延性破坏，耐高温性能优越。

Description

一种免烧地聚物复合耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种免烧地聚物复合耐火材料及其制备方法。
背景技术
水泥在制备过程中会产生大量二氧化碳，不满足现代社会对于绿色可持续发展的要求，可靠的新型建筑材料亟待发现。地质聚合物(简称“地聚物”)是一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成的具有三维立体网状结构的无机聚合物，具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能。而且，地质聚合物以碱激发原理为主要的制备工艺，在生产中无需“两磨一烧”的工艺，这有效降低生产过程中的能源消耗，从而减少碳排放；同时，地聚合物材料的主要原料一般是各种工业废料，这对于解决工业废渣的无序堆放问题、土地资源的保护具有重要意义。但这种材料也有其显著的缺点，即在常温应力状态下的破坏模式为偏脆性破坏，这种偏脆性的弱点在高温下被暴露的更加明显，使地聚物原材料不能发挥出耐高温特性。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种免烧地聚物复合耐火材料及其制备方法。本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料力学表现优秀，断裂模式为延性破坏，耐高温性能优越。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种免烧地聚物复合耐火材料，包括地聚物基体和掺加在所述地聚物基体中的碳化硅晶须；所述地聚物基体由包括矿粉、粉煤灰和偏高岭土的原料聚合而成。
优选地，所述碳化硅晶须在地聚物基体中的掺加量为0.8～1.2wt％。
优选地，所述碳化硅晶须为纯碳化硅晶须或氮化硼涂层包覆碳化硅晶须；所述碳化硅晶须中晶须的直径为0.1～2.5μm，长度为2～50μm。
优选地，所述氮化硼涂层包覆碳化硅晶须中氮化硼涂层的厚度为50nm～250nm。
优选地，所述矿粉为高钙矿粉，粉煤灰为F级；所述矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之比为(35～45)：(25～35)：(25～35)。
本发明提供了以上技术方案所述免烧地聚物复合耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将矿粉、粉煤灰、偏高岭土和碳化硅晶须混合进行球磨，得到球磨料；
(2)将所述球磨料与钠水玻璃和水混合，得到混合浆料；
(3)将所述混合浆料进行养护，得到所述免烧地聚物复合耐火材料。
优选地，步骤(1)在混合之前，还包括将所述碳化硅晶须进行分散处理；所述分散处理包括以下步骤：
将碳化硅晶须与分散剂溶液混合进行超声振荡，然后将超声振荡后的混合料液进行干燥；所述分散剂溶液为质量浓度95％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇水溶液。
优选地，所述步骤(1)中球磨的转速为150r/min，时间为25min，所述球磨采用的研磨球为直径5mm的氧化锆球。
优选地，所述步骤(2)中钠水玻璃的模数为1.5～3.5；所述钠水玻璃中硅酸钠的质量与球磨料中矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之和的比例为0.15:1；所述步骤(2)中的水与钠水玻璃中水的质量之和与球磨料中矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之和的比例为0.4:1。
优选地，所述步骤(3)中养护的方法为：将所述混合浆料置于模具中进行第一养护，脱模后再进行第二养护；所述第一养护和第二养护均在养护箱中进行，所述第一养护和第二养护的温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％；所述第一养护的时间为24h；所述第二养护的时间为7天。
本发明提供了一种免烧地聚物复合耐火材料，包括地聚物基体和掺加在所述地聚物基体中的碳化硅晶须；所述地聚物基体由包括矿粉、粉煤灰和偏高岭土的原料聚合而成。本发明在地聚物基体中掺加碳化硅晶须，通过碳化硅晶须的脱粘拔出效应和裂纹偏转效应使裂纹在扩展过程中消耗更多的能量，进而提高地聚物的力学性能，且由于碳化硅晶须在高温下仍然具有良好的工作性能，在充分发挥地聚物基体材料优点的同时以纤维增韧的方式使复合材料在高温下的脆性断裂模式得到改善，防止地聚物材料在高温下由于其内部孔内蒸气压过高，超过孔壁承载范围，而引起材料开裂，从而提高地聚物的耐高温性能及耐火性能。因此，本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料力学表现优秀，断裂模式为延性破坏，耐高温性能优越。此外，本发明以矿粉、粉煤灰和偏高岭土为地聚物的原材料，成本低。
本发明提供了所述免烧地聚物复合耐火材料的制备方法，以碱激发原理为主要的制备工艺，不需要两磨一烧的制备工艺，降低了建筑材料生产过程中的能源消耗，且过程简单，易于操作，有利于规模化生产。
附图说明
图1为实施例1～2及对比例得到的材料的四点弯曲荷载位移曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种免烧地聚物复合耐火材料，包括地聚物基体和掺加在所述地聚物基体中的碳化硅晶须；所述地聚物基体由包括矿粉、粉煤灰和偏高岭土的原料聚合而成。
本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料包括地聚物基体。在本发明中，所述地聚物基体由包括矿粉、粉煤灰和偏高岭土的原料聚合而成；所述矿粉优选为高钙矿粉，在本发明实施例中，所述高钙矿粉中的钙含量(以氧化钙计)在40wt％以上；所述粉煤灰优选为F级；所述矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之比优选为(35～45)：(25～35)：(25～35)，更优选为4:3:3。
本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料包括掺加在所述地聚物基体中的碳化硅晶须。在本发明中，所述碳化硅晶须在地聚物基体中的掺加量优选为0.8～1.2wt％，更优选为1wt％。在本发明中，所述碳化硅晶须优选为纯碳化硅晶须或氮化硼涂层包覆碳化硅晶须；所述碳化硅晶须中晶须的直径优选为0.1～2.5μm，更优选为0.5～2μm；长度优选为2～50μm，更优选为10～40μm。在本发明中，所述氮化硼涂层包覆碳化硅晶须中氮化硼涂层的厚度优选为50nm～250nm，更优选为150～200nm。
在本发明中，所述包覆有氮化硼涂层的碳化硅晶须的制备方法优选包括以下步骤：
(a)将硼酸、尿素、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、水、乙醇和过硫酸铵混合进行加热，得到混合溶液；
(b)将纯碳化硅晶须置于所述混合溶液中浸渍，将浸渍后的纯碳化硅晶须依次进行干燥和烧结，得到所述包覆有氮化硼涂层的碳化硅晶须。
本发明将硼酸、尿素、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、水、乙醇和过硫酸铵混合进行加热，得到混合溶液。在本发明中，所述硼酸与尿素的质量比优选为1:1.5；所述丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺与硼酸的质量比优选为25:1:100；所述水与硼酸的质量比优选为2.5:1；所述过硫酸铵与硼酸的质量比优选为3:100；在本发明中，所述乙醇优选为无水乙醇；所述乙醇与硼酸的用量比优选为5mL：1g；所述乙醇起助溶的作用。
在本发明中，所述混合优选为：在水中加入硼酸、尿素、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺进行第一混合，得到第一混合液；在所述第一混合液中加入乙醇进行第二混合，得到第二混合液；在所述第二混合液中加入过硫酸铵进行第三混合，得到所述混合溶液。本发明对所述混合的具体方式没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可，如搅拌混合。
在本发明中，所述加热的温度优选为60℃，本发明对所述加热的时间没有特别的要求，能够将各组分完全溶解即可；所述加热优选通过恒温水浴的方式实现。
本发明将纯碳化硅晶须置于所述混合溶液中浸渍，将浸渍后的纯碳化硅晶须依次进行干燥和烧结，得到所述包覆有氮化硼涂层的碳化硅晶须。在本发明中，所述浸渍的次数优选为2次，每次浸渍的时间优选为10min。本发明对所述干燥的温度和时间没有特别的要求，能够将所述浸渍后的纯碳化硅晶须干燥至恒重即可。
在本发明中，所述烧结的温度优选为850℃，时间优选为2h，所述烧结优选在管式炉中进行。在所述烧结的过程中，硼酸和尿素在交联剂丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺以及引发剂过硫酸铵的作用下发生反应，生成氮化硼，包覆在纯碳化硅晶须表面形成氮化硼涂层，所述氮化硼涂层能够提高晶须在高温下的抗氧化性，减少晶须的表面损伤，弥补晶须和地聚物基体热膨胀系数不匹配的缺点，减少高温下界面表面的切应力，并且能够增大晶须拔出过程中的拔出脱粘效果，获得更好的延性和抗折性能。
本发明在地聚物基体中掺加碳化硅晶须，通过碳化硅晶须的脱粘拔出效应和裂纹偏转效应使裂纹在扩展过程中消耗更多的能量，进而提高地聚物的力学性能，且由于碳化硅晶须在高温下仍然具有良好的工作性能，在充分发挥地聚物基体材料优点的同时以纤维增韧的方式使复合材料在高温下的脆性断裂模式得到改善，提高地聚物的耐高温性能。因此，本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料力学表现优秀，断裂模式为延性破坏，耐高温性能优越。此外，本发明以矿粉、粉煤灰和偏高岭土为地聚物的原材料，成本低。
本发明提供了以上技术方案所述免烧地聚物复合耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将矿粉、粉煤灰、偏高岭土和碳化硅晶须混合进行球磨，得到球磨料；
(2)将所述球磨料与钠水玻璃和水混合，得到混合浆料；
(3)将所述混合浆料进行养护，得到所述免烧地聚物复合耐火材料。
本发明将矿粉、粉煤灰、偏高岭土和碳化硅晶须混合进行球磨，得到球磨料。在本发明中，所述矿粉优选为高钙矿粉，所述粉煤灰优选为F级；所述矿粉、粉煤灰、偏高岭土的质量比优选为(35～45)：(25～35)：(25～35)，更优选为4:3:3；本发明对所述矿粉、粉煤灰、偏高岭土的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知来源的相应原料即可，在本发明实施例中，所述矿粉、粉煤灰、偏高岭土优选来源于废弃工业原料，从而实现废弃资源的合理利用并解决工业废渣的无序堆放问题、保护土地资源。在本发明中，所述碳化硅晶须的质量优选为矿粉、粉煤灰和偏高岭土质量之和的0.8～1.2％，更优选为1％。
在所述混合之前，本发明优选将所述碳化硅晶须进行分散处理；所述分散处理优选包括以下步骤：
将碳化硅晶须与分散剂溶液混合进行超声振荡，然后将超声振荡后的混合料液进行干燥；所述分散剂溶液为质量浓度95％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP-95)水溶液。
在本发明中，所述分散剂溶液的质量优选为碳化硅晶须质量的1/10。本发明对所述超声振荡的采用方法没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的操作方法即可；本发明对所述超声振荡的条件没有特别的要求，能够使碳化硅晶须不再相互紧密缠绕即可。本发明对所述干燥的温度和时间没有特别的要求，干燥至恒重即可，干燥的过程中，所述混合料液中的水及AMP-95挥发，得到分散后的碳化硅晶须。
在本发明中，所述球磨的转速优选为150r/min，时间优选为25min，所述球磨采用的研磨球优选为直径5mm的氧化锆球。本发明通过球磨使矿粉、粉煤灰、偏高岭土和碳化硅晶须充分混合并分散。
得到球磨料后，本发明将所述球磨料与钠水玻璃和水混合，得到混合浆料。在本发明中，所述钠水玻璃的模数优选为1.5～3.5，更优选为2；在本发明实施例中，所述钠水玻璃的含水率优选为60wt％。在本发明中，所述钠水玻璃中硅酸钠的质量与球磨料中矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之和的比例优选为0.15:1；所述水优选为去离子水，所述水与钠水玻璃中水的质量之和与球磨料中矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之和的比例优选为0.4:1。在本发明中，所述混合的方法优选为高速搅拌，所述高速搅拌的速度优选为100～130r/min，本发明对所述高速搅拌的时间没有特别的要求，能够将各组分混合均匀即可。
得到混合浆料后，本发明将所述混合浆料进行养护，得到所述免烧地聚物复合耐火材料。在本发明中，所述养护的方法优选为：将所述混合浆料置于模具中进行第一养护，脱模后再进行第二养护；所述第一养护和第二养护均优选在养护箱中进行，所述第一养护和第二养护的温度优选为23±0.5℃，相对湿度优选为95±5％；所述第一养护的时间优选为24h；所述第二养护的时间优选为7天。
本发明提供的所述免烧地聚物复合耐火材料的制备方法，以碱激发原理为主要的制备工艺，不需要两磨一烧的制备工艺，降低了建筑材料生产过程中的能源消耗，且过程简单，易于操作，有利于规模化生产。
下面结合实施例对本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)取晶须直径为0.1～2.5μm、长度为2～50μm的纯碳化硅晶须5g加入至质量为0.5g质量浓度95％的氨基甲基丙醇(AMP-95)水溶液中，经超声清洗机震荡洗涤后烘干备用；
(2)取高钙矿粉200g、F级粉煤灰150g、偏高岭土150g和步骤(1)处理后的碳化硅晶须5g于球磨机中进行球磨分散，研磨球选用直径为5mm的氧化锆研磨球，球磨时间为25min，转速150r/min，得到球磨料；
(3)将步骤(2)得到的球磨料与模数为2、含水率60wt％的钠水玻璃187.5g以及去离子水87.5g加入到混凝土搅拌锅中进行高速搅拌(搅拌的转速为120r/min，时间为3min)，得到混合浆料；
(4)将步骤(3)得到的混合浆料倒入模具中，然后放入23±0.5℃，相对湿度95±5％的混凝土养护箱中养护24小时后脱模，然后再放入养护箱中在相同条件下继续养护7天，得到免烧地聚物复合耐火材料。
实施例2
(1)将硼酸4g、尿素6g、丙烯酰胺1g、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.04g倒入装有10mL去离子水的烧杯中混合，添加20mL无水乙醇，再将0.12g过硫酸铵加入至溶液后，将烧杯放入水浴锅中进行60℃恒温水浴搅拌，直至所有颗粒状固体完全溶解，得到混合溶液；将纯碳化硅晶须(晶须直径为0.1～2.5μm、长度为2～50μm)放入混合溶液中浸渍(浸渍2次，每次浸渍10min)后过滤烘干，将浸渍后的晶须放入管式炉中(温度为850℃)保温2h，得到氮化硼涂层包覆碳化硅晶须，氮化硼涂层的包覆厚度为150nm；
(2)取氮化硼涂层包覆碳化硅晶须5g，加入至0.5g质量浓度95％的氨基甲基丙醇(AMP-95)水溶液中，经超声清洗机震荡洗涤后烘干备用；
(3)取高钙矿粉200g、F级粉煤灰150g、偏高岭土150g和步骤(2)处理后的包覆有氮化硼涂层的碳化硅晶须5g于球磨机中进行球磨分散，研磨球选用直径为5mm的氧化锆研磨球，球磨时间为25min，转速150r/min，得到球磨料；
(4)将步骤(3)得到的球磨料与模数为2、含水率60wt％的钠水玻璃187.5g以及去离子水87.5g加入到混凝土搅拌锅中进行高速搅拌(搅拌的转速为120r/min，时间为3min)，得到混合浆料；
(5)将步骤(4)得到的混合浆料倒入模具中，然后放入23±0.5℃，相对湿度95±5％的混凝土养护箱中养护24小时后脱模，然后再放入养护箱中在相同条件下继续养护7天，得到免烧地聚物复合耐火材料。
对比例
(1)取高钙矿粉200g、F级粉煤灰150g和偏高岭土150g于球磨机中进行球磨分散，研磨球选用直径为5mm的氧化锆研磨球，球磨时间为25min，转速150r/min，得到球磨料；
(2)将步骤(1)得到的球磨料与模数为2、含水率60wt％的钠水玻璃187.5g以及去离子水87.5g加入到混凝土搅拌锅中进行高速搅拌(搅拌的转速为120r/min，时间为3min)，得到混合浆料；
(3)将步骤(2)得到的混合浆料倒入模具中，然后放入23±0.5℃，相对湿度95±5％的混凝土养护箱中养护24小时后脱模，然后再放入养护箱中在相同条件下继续养护7天，得到地聚物材料。
测试实施例1～2以及对比例制备得到的材料(尺寸为5mm×5mm×29mm)在不同温度下的抗折强度，测试方法为四点弯曲抗折实验(跨度为17mm)，测试结果见表1：
表1实施例1～2及对比例制备得到的材料在不同温度下的抗折强度/MPa
抗折强度/MPa 对比例 实施例1 实施例2
室温 7.49 8.14 9.76
600℃ 8.05 10.74 11.45
900℃ 0(表示严重开裂) 6.91 9.05
由表1可以看出，与纯地聚物(对比例)相比，本发明提供的碳化硅晶须增强免烧地聚物复合耐火材料的力学表现优秀，耐高温性能优越。
对实施例1～2以及对比例制备得到的材料进行四点弯曲测试获得载荷-位移曲线，测试结果如图1所示，图1中A对应对比例制备得到的地聚物材料(纯低聚物)，B对应实施例1制备得到的免烧地聚物复合耐火材料(纯碳化硅晶须增强地聚物)，C对应实施例2制备得到的免烧地聚物复合耐火材料(包覆氮化硼涂层的碳化硅晶须增强地聚物)。由图1可知，相较于纯地聚物典型的脆性破坏模式，使用了碳化硅晶须增强的复合材料的断裂模式得到很大的改善，呈现出典型的延性破坏特征；且带有氮化硼涂层的SiC晶须所增韧的复合材料无论从强度还是断裂模式上都有进一步的提升。
由以上实施例可以看出，本发明提供的免烧地聚物复合耐火材料力学表现优秀，断裂模式为延性破坏，耐高温性能优越。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种免烧地聚物复合耐火材料，其特征在于，包括地聚物基体和掺加在所述地聚物基体中的碳化硅晶须；所述地聚物基体由包括矿粉、粉煤灰和偏高岭土的原料聚合而成；
所述碳化硅晶须为氮化硼涂层包覆碳化硅晶须；所述碳化硅晶须中晶须的直径为0.1～2.5μm，长度为2～50μm；
所述矿粉为高钙矿粉，粉煤灰为F级；所述矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之比为(35～45)：(25～35)：(25～35)；
所述碳化硅晶须在地聚物基体中的掺加量为0.8～1.2wt％；
所述氮化硼涂层包覆碳化硅晶须中氮化硼涂层的厚度为50nm～250nm。
2.权利要求1所述免烧地聚物复合耐火材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将矿粉、粉煤灰、偏高岭土和碳化硅晶须混合进行球磨，得到球磨料；
(2)将所述球磨料与钠水玻璃和水混合，得到混合浆料；
(3)将所述混合浆料进行养护，得到所述免烧地聚物复合耐火材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)在混合之前，还包括将所述碳化硅晶须进行分散处理；所述分散处理包括以下步骤：
将碳化硅晶须与分散剂溶液混合进行超声振荡，然后将超声振荡后的混合料液进行干燥；所述分散剂溶液为质量浓度95％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇水溶液。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球磨的转速为150r/min，时间为25min，所述球磨采用的研磨球为直径5mm的氧化锆球。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中钠水玻璃的模数为1.5～3.5；所述钠水玻璃中硅酸钠的质量与球磨料中矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之和的比例为0.15:1；所述步骤(2)中的水与钠水玻璃中水的质量之和与球磨料中矿粉、粉煤灰和偏高岭土的质量之和的比例为0.4:1。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中养护的方法为：将所述混合浆料置于模具中进行第一养护，脱模后再进行第二养护；所述第一养护和第二养护均在养护箱中进行，所述第一养护和第二养护的温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％；所述第一养护的时间为24h；所述第二养护的时间为7天。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112028654B (zh) * 2020-09-14 2021-09-14 深圳大学 一种免烧地聚物复合耐火材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103803939A (zh) * 2013-12-30 2014-05-21 广西启利新材料科技股份有限公司 一种地聚物基纤维板
CN105819719A (zh) * 2016-03-14 2016-08-03 武汉工程大学 一种增强型地质聚合物及其制备方法
CN107098668A (zh) * 2017-03-23 2017-08-29 中南大学 一种无机胶凝基质复合泡沫材料及其制备方法
US10029945B2 (en) * 2013-02-04 2018-07-24 Refratechnik Holding Gmbh Geopolymer-binder system for fire concretes, dry fire concrete mix containing the binder system and also the use of the mix
CN111393054A (zh) * 2020-03-20 2020-07-10 景德镇陶瓷大学 一种低碱激发耐水地聚物材料及其制备方法和在建筑装饰板材的应用
CN111423164A (zh) * 2020-04-01 2020-07-17 盐城工学院 一种晶须增韧增强地聚合物及制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0911633D0 (en) * 2009-07-06 2009-08-12 Banah Uk Ltd Geopolymeric structural building units and methods of manufacture thereof
JP6096674B2 (ja) * 2010-12-17 2017-03-15 ザ カソリック ユニヴァーシティ オブ アメリカＴｈｅ Ｃａｔｈｏｌｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ 超高性能コンクリート用ジオポリマー複合体
US20160304402A1 (en) * 2014-08-22 2016-10-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Refractory composite comprising a geopolymer and method of making a refractory composite
US11525077B2 (en) * 2018-07-25 2022-12-13 The Catholic University Of America Geopolymer concretes for energy storage applications
EP3880628A4 (en) * 2018-11-16 2022-08-03 Canasia Australia Pty Ltd GEOPOLYMER COMPOSITIONS
CN110240490A (zh) * 2019-07-02 2019-09-17 山东道普安制动材料有限公司 一种碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷的制备方法
CN112028654B (zh) * 2020-09-14 2021-09-14 深圳大学 一种免烧地聚物复合耐火材料及其制备方法
CZ36789U1 (cs) * 2022-12-16 2023-01-27 Technická univerzita v Liberci Geopolymerní kompozit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10029945B2 (en) * 2013-02-04 2018-07-24 Refratechnik Holding Gmbh Geopolymer-binder system for fire concretes, dry fire concrete mix containing the binder system and also the use of the mix
CN103803939A (zh) * 2013-12-30 2014-05-21 广西启利新材料科技股份有限公司 一种地聚物基纤维板
CN105819719A (zh) * 2016-03-14 2016-08-03 武汉工程大学 一种增强型地质聚合物及其制备方法
CN107098668A (zh) * 2017-03-23 2017-08-29 中南大学 一种无机胶凝基质复合泡沫材料及其制备方法
CN111393054A (zh) * 2020-03-20 2020-07-10 景德镇陶瓷大学 一种低碱激发耐水地聚物材料及其制备方法和在建筑装饰板材的应用
CN111423164A (zh) * 2020-04-01 2020-07-17 盐城工学院 一种晶须增韧增强地聚合物及制备方法

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