CN114605096B - 一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物及其制备方法 - Google Patents

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CN114605096B CN202210447833.7A CN202210447833A CN114605096B CN 114605096 B CN114605096 B CN 114605096B CN 202210447833 A CN202210447833 A CN 202210447833A CN 114605096 B CN114605096 B CN 114605096B
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Abstract

本发明涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物及其制备方法，一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物，其特征在于：所述地聚物以质量份计包括以下组分：偏高岭石200份，硅酸钠40‑60份，氢氧化钠30‑50份，去离子水150份，氯化镁1～20份和或硫酸镁1～20份，通过对偏高岭石的改性和添加氯化镁或者硫酸镁以及采用硅酸钠限定合适的Si/Al比例，达到了在耐海水腐蚀的同时，不会大幅降低地聚物的强度，还可以提高地聚物的终凝时间，实现对海工结构的耐腐蚀性能的提高，降低由于水泥基混凝土的制备而到来的环境污染问题。

Description

一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种绿色环保建筑材料技术领域，具体涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物及其制备方法。
背景技术
随着世界城市化进程的发展，基础设施建设的巨大需求不可避免地消耗了大量混凝土。据估计，全球水泥和混凝土产量分别达到41亿吨和250亿吨。然而，水泥行业被称为高排放和高污染。据报道，每生产1吨普通硅酸盐水泥(OPC)，它可能排放约0.94吨二氧化碳，消耗约3300兆焦耳的能量，并产生约10000立方米的粉尘，这对我们的环境产生了巨大的负面影响。
另一方面，基于绿色环保的要求，用淡水制备混凝土已无法满足现阶段混凝土行业的发展要求。因此，考虑海水应用于混凝土行业中不仅可以缓解淡水资源危机，而且可以就近取材，推进海洋工程的进程。然而，由于海水中含有许多离子，例如Mg2+、Cl-、SO4 2-等，这些离子势必会对混凝土的力学性能产生不利的作用，影响混凝土的使用寿命。因此，如何降低海水离子对混凝土的不利影响成为研究热点。
地质聚合物是一种由硅氧四面体和铝氧四面体结构单元组成的具有三维网络结构的无机胶凝材料。正是基于其特殊的三维网络结构，地质聚合物具有优异的性能，例如高机械性能、耐久性、耐高温、重金属固化和吸收等。更重要的是，与OPC相比，地质聚合物在制备过程中耗能更低，二氧化碳的排放量更少。因此，近年来地质聚合物作为一种生态环保的绿色建筑材料，其在高性能混凝土、基础设施建设、复合材料制造等领域的运用引起众多学者的关注，也成为研究的重点。
目前的研究表明，粉煤灰、矿渣、高岭石作为常见制备地聚物的前驱体，例如CN109776039A公开了一种改性聚合物海水海砂混凝土，其采用粉煤灰作为前驱体KR1020110061944同样公开了一种用于建筑材料的地聚物。与此同时，用其制备海水地聚物或者其应用于海洋环境中都具有优异的性能，如：高机械性能、耐久性等。
目前，利用高岭石制备地聚物应用于海洋环境，不仅可以实现高岭石资源的有效利用，而且还可以削弱海水离子对海工结构带来的不利影响。因此，针对现有技术的不足，提供一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物及其制备方法具有显著的必要性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物，所述地聚物以质量份计，包括以下组分：偏高岭石200份，硅酸钠40-60份，氢氧化钠30-50份，去离子水150份，氯化镁1～20份和或硫酸镁1～20份。
进一步地，本发明还对高岭石做出如下处理得到偏高岭石，所述偏高岭石为高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时，加热速率为10℃/min。
进一步地，所述高岭石其具有的化学成分中各氧化物的质量百分比为：Al2O3(38.59％)、SiO2(58.22％)、Fe2O3(0.89％)、K2O(0.87％)、MgO(0.21％)、SO3(0.37％)、CaO(0.02％)、Ti2O(0.53％)和其他(0.30％)。
进一步地，所述硅酸钠为速溶硅酸钠固体颗粒，其化学成分中Na2O占比26.0％、SiO2占比60.0％，模数2.9。
进一步地，所述氢氧化钠为纯度≥96％的固体颗料。
进一步地，所述去离子水为专门为实验室提供的工艺净化用水，具有不小于18.2MΩ.cm(25℃)的电阻率。
进一步地，所述氯化镁为纯度≥96％的六水氯化镁固体颗粒。
进一步地，所述硫酸镁为纯度≥96％的无水硫酸镁固体颗粒。
进一步地，本发明还提供一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法，包括以下步骤：
(1)按照硅酸钠40-60份，氢氧化钠30-50份，去离子水150份，称量材料，使用电子天平进行称量材料，材料的称量天平精度为±0.01g；
(2)制备碱性溶液，在去离子水中加入30-50份氢氧化钠颗粒和40-60份硅酸钠颗粒搅拌均匀制备碱性溶液，放置24小时后备用；
(3)按照偏高岭石200份，氯化镁1～20份或者硫酸镁1～20份，称量材料，使用电子天平进行称量材料，材料的称量天平精度为±0.01g；
(4)将1～20份氯化镁或1～20份硫酸镁加入部分去离子水搅拌均匀制备盐溶液(无氯化镁或无硫酸镁盐溶液的实施例可省略该步骤)；
(5)将称好的200份偏高岭石(偏高岭石为高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时，加热速率为10℃/min)倒入烧杯中备用；
(6)将步骤4制备好的盐溶液倒入烧杯中，人工搅拌2min，直至搅拌均匀(无氯化镁或无氯化镁盐溶液的实施例可省略该步骤)；
(7)将碱性溶液倒入烧杯中，人工搅拌至出现均匀的糊状物即可得到新拌偏高岭石基地聚物；
(8)将新拌偏高岭石基地聚物装入塑料模具中，并人工振捣挤出气泡，放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天。
进一步地，本发明还对高岭石做出如下处理得到偏高岭石，所述偏高岭石为高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时，加热速率为10℃/min。
进一步地，所述高岭石其具有的化学成分中各氧化物的质量百分比为：Al2O3(38.59％)、SiO2(58.22％)、Fe2O3(0.89％)、K2O(0.87％)、MgO(0.21％)、SO3(0.37％)、CaO(0.02％)、Ti2O(0.53％)和其他(0.30％)。
进一步地，所述硅酸钠为速溶硅酸钠固体颗粒，其化学成分中Na2O占比26.0％、SiO2占比60.0％，模数2.9。
进一步地，所述氢氧化钠为纯度≥96％的固体颗料。
进一步地，所述去离子水为专门为实验室提供的工艺净化用水，具有18.2MΩ.cm(25℃)的电阻率。
进一步地，所述氯化镁为纯度≥96％的六水氯化镁固体颗粒。
进一步地，所述硫酸镁为纯度≥96％的无水硫酸镁固体颗粒。
进一步地，选择偏高岭石200份，硅酸钠50份，氢氧化钠44份，去离子水150份，氯化镁1～20份，硫酸镁1～20份。
进一步地，所述偏高岭石基地聚物中Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6。
本申请还包括如下技术方案：
一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物，其特征在于：所述地聚物以质量份计包括以下组分：偏高岭石200份，硅酸钠40-60份，氢氧化钠30-50份，去离子水150份，氯化镁1～20份和或硫酸镁1～20份。
其特征在于，硅酸钠50份，氢氧化钠44份，所述氢氧化钠为纯度≥96％的固体颗料。
其特征在于，所述偏高岭石为高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时，加热速率为10℃/min，所述高岭石其化学成分中各氧化物的质量百分比为：Al2O3：38.59％、SiO2：58.22％、Fe2O3：0.89％、K2O：0.87％、MgO：0.21％、SO3∶0.37％、CaO：0.02％、Ti2O∶0.53％和其他：0.30％。
其特征在于，所述硅酸钠为速溶硅酸钠固体颗粒，其化学成分中Na2O占比26.0％、SiO2占比60.0％，模数2.9。
其特征在于，所述氯化镁为纯度≥96％的六水氯化镁固体颗粒；所述硫酸镁为纯度≥96％的无水硫酸镁固体颗粒。
一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按照硅酸钠40-60份，氢氧化钠30-50份，去离子水150份，称量硅酸钠、氢氧化钠和去离子水；
S2：制备碱性溶液，在去离子水中加入30-50份氢氧化钠颗粒和40-60份硅酸钠颗粒搅拌均匀制备碱性溶液，放置24小时后备用；
S3：按照偏高岭石200份，氯化镁1～20份，硫酸镁1～20份，称量偏高岭石、氯化镁和硫酸镁；
S4：将1～20份氯化镁或1～20份硫酸镁加入部分去离子水搅拌均匀制备盐溶液；
S5：将称好的200份偏高岭石倒入容器中备用，将S4中制备的所述盐溶液倒入容器中，以30-60r/min的速度进行搅拌2-4min，将S2制备得到的碱性溶液倒入容器中，以100-120r/min的速度进行搅拌至出现均匀的糊状物得到新拌偏高岭石基地聚物；
S6：将新拌偏高岭石基地聚物装入模具中，并振捣挤出气泡，放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天。
其特征在于：硅酸钠50份，氢氧化钠44份，所述氢氧化钠为纯度≥96％的固体颗料。
其特征在于：所述地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6。
其特征在于：所述氯化镁或者硫酸镁的质量份占偏高岭石质量的0.01％-6％，优选为0.01-3％，优选为0.1-2％，优选为0.1-1.5％。
其特征在于：所述偏高岭石基地聚物具有60-70min的终凝时间。
其特征在于：所述偏高岭石基地聚物具有7天抗压强度不小于30MPa，以及28天抗压强度不小于35MPa的性质。
其特征在于：所述镁盐选择为氯化镁时，氯化镁的质量份占偏高岭石质量的0.01-1％，优选0.1-0.8％，当所述镁盐选择为硫酸镁时，硫酸镁的质量份占偏高岭石质量的0.01-5％，优选0.1-2％。
其特征在于：所述镁盐溶液可以替换为相应镁盐含量的海水。
本发明具有如下优点：对高岭石进行本申请的热处理之后得到的偏高岭石用于保证偏高岭石基地聚物的整体强度的同时，可以降低加入氯化镁盐或者硫酸镁盐对地聚物的性能的影响，本发明提供的偏高岭石地聚物具有一定的抗压强度，能够满足海工结构或者海洋环境下的建筑强度的要求，并且其三维网络结构能够更好地与海水离子相结合或控制离子的运动，而从表现出对海水的优异的耐久性；
氯化镁或硫酸镁以占偏高岭石质量百分数的外掺形式添加，以不同形式存在于偏高岭石基地聚物基质中，分布于网络结构中，提高地聚物对海水的耐腐蚀性能；
本发明提供的偏高岭石基地聚物相比水泥生产两磨一烧工艺，其制备过程耗能低，CO2排放量低，原料来源广泛，并且研究表明，地聚物代替硅酸盐水泥，能够减少60-70％的能源消耗和70-80％的CO2排放，满足建筑行业的可持续发展战略，减缓生态环境危机，是一种绿色环保建筑材料；
本发明提供的偏高岭石基地聚物替代混凝土或砂浆应用于海工结构，海水中主要阴离子(Cl-、SO4 2-)在聚合过程容易Na+与沉淀为钠盐，并稳定于结构中，可以降低海水离子对其力学性能的影响，避免混凝土结构的钢筋锈蚀等一系列问题的出现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中的一些实施例。
图1为一种不含硫酸镁或者氯化镁盐的偏高岭石地聚物制备方法流程图；
图2为一种偏高岭石基地聚物制备方法流程图；
图3为偏高岭石基地聚物的凝结时间结果图；
图4为偏高岭石基地聚物的抗压强度结果图；
图5为偏高岭石基地聚物的SEM图像：(a，b)无添加盐的偏高岭石基地聚物，(c，d)添加1％氯化镁盐的偏高岭石基地聚物，(e，f)添加10％氯化镁盐的偏高岭石基地聚物，(g)EDX能谱；
图6为偏高岭石基地聚物的SEM图像：(a，b)添加1％硫酸镁盐的偏高岭石基地聚物，(c，d)添加10％硫酸镁盐的偏高岭石基地聚物，(e)EDX能谱；
图7为NMR测试结果图：(a)27Al MAS核磁共振谱；(b)29Si CP/MAS核磁共振谱；(c)29Si CP/MAS核磁共振谱的反褶积拟合结果；
图8为29Si CP/MAS核磁共振谱反褶积拟合结果得出的化学位移、相对面积和半宽高结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
实施例1：本实施例涉及用于海工结构的偏高岭石基地聚物及其制备方法，具体流程参见说明书附图1，包括以下步骤：
按照以下方式进行配方(质量份)设计：(1)偏高岭石200份；(2)硅酸钠50份；(3)氢氧化钠44份；(4)去离子水150份；(5)氯化镁或硫酸镁0份。
其中，所述偏高岭石为高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时，加热速率为10℃/min。
其中，例如所述高岭石来自广东茂名，其化学成分中各氧化物的质量百分比为：Al2O3(38.59％)、SiO2(58.22％)、Fe2O3(0.89％)、K2O(0.87％)、MgO(0.21％)、SO3(0.37％)、GaO(0.02％)、Ti2O(0.53％)和其他(0.30％)。
其中，所述硅酸钠为速溶硅酸钠固体颗粒，其化学成分中Na2O占比26.0％、SiO2占比60.0％，模数2.9。
其中，所述氢氧化钠为纯度≥96％的固体颗料。
其中，所述去离子水为专门为实验室提供的工艺净化用水。
其中，所述氯化镁为纯度≥96％的六水氯化镁固体颗粒。
其中，所述硫酸镁为纯度≥96％的无水硫酸镁固体颗粒。
将上述材料按照以下步骤制备一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物，如图1所示，包括以下步骤：
(1)按照硅酸钠50份，氢氧化钠44份，去离子水150份，称量材料，使用电子天平进行称量材料，材料的称量天平精度为±0.01g；
(2)制备碱性溶液，在150份去离子水中加入44份氢氧化钠颗粒和50份硅酸钠颗粒搅拌均匀制备碱性溶液，放置24小时后备用；
(3)按照偏高岭石200份，称量材料，使用电子天平进行称量材料，材料的称量天平精度为±0.01g；
(4)将称好的200份偏高岭石(高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时所得)倒入烧杯中备用；
(5)将碱性溶液倒入烧杯中，人工搅拌至出现均匀的糊状物即可得到新拌偏高岭石基地聚物；
(6)将新拌偏高岭石基地聚物装入塑料模具中，并人工振捣挤出气泡，放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天。
由于在实施例1中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，氯化镁或硫酸镁为0份，占偏高岭石质量的0％，因此命名为G1.6-O。
实施例2：本实施例涉及用于海工结构的偏高岭石基地聚物及其制备方法，包括以下步骤：
按照以下方式进行配方(质量份)设计：(1)偏高岭石200份；(2)硅酸钠50份；(3)氢氧化钠44份；(4)去离子水150份；(5)氯化镁1份。
其中，所述偏高岭石为高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时，加热速率为10℃/min。
其中，例如所述高岭石来自广东茂名，其化学成分中各氧化物的质量百分比为：Al2O3(38.59％)、SiO2(58.22％)、Fe2O3(0.89％)、K2O(0.87％)、MgO(0.21％)、SO3(0.37％)、CaO(0.02％)、Ti2O(0.53％)和其他(0.30％)。
其中，所述硅酸钠为速溶硅酸钠固体颗粒，其化学成分中Na2O占比26.0％、SiO2占比60.0％，模数2.9。
其中，所述氢氧化钠为纯度≥96％的固体颗料。
其中，所述去离子水为专门为实验室提供的工艺净化用水。
其中，所述氯化镁为纯度≥96％的六水氯化镁固体颗粒。
将上述材料按照以下步骤制备一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物，如图2所示，包括以下步骤：
(1)按照硅酸钠50份，氢氧化钠44份，去离子水120份，称量材料，使用电子天平进行称量材料，材料的称量天平精度为±0.01g；
(2)制备碱性溶液，在120份去离子水中加入44份氢氧化钠颗粒和50份硅酸钠颗粒搅拌均匀制备碱性溶液，放置24小时后备用；
(3)按照偏高岭石200份，去离子水30份，氯化镁1份，称量材料，使用电子天平进行称量材料，材料的称量天平精度为±0.01g；
(4)将1份氯化镁加入30份去离子水搅拌均匀制备盐溶液；
(5)将称好的200份偏高岭石(高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时所得)倒入烧杯中备用；
(6)将步骤4制得的盐溶液倒入烧杯中，人工搅拌2min，直至搅拌均匀；
(7)将碱性溶液倒入烧杯中，人工搅拌至出现均匀的糊状物即可得到新拌偏高岭石基地聚物；
(8)将新拌偏高岭石基地聚物装入塑料模具中，并人工振捣挤出气泡，放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天。
由于在实施例2中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，氯化镁为1份，占偏高岭石质量的0.5％，因此命名为G1.6-Cl0.5％。
实施例3：本实施例涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的组分及其质量份、用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法与实施例2相同，区别在于，氯化镁的质量份替换成2份。
由于在实施例3中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，氯化镁为2份，占偏高岭石质量的1％，因此命名为G1.6-Cl1％。
实施例4：本实施例涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的组分及其质量份、用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法与实施例2相同，区别在于，氯化镁的质量份替换成4份。
由于在实施例4中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，氯化镁为4份，占偏高岭石质量的2％，因此命名为G1.6-Cl2％。
实施例5：本实施例涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的组分及其质量份、用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法与实施例2相同，区别在于，氯化镁的质量份替换成10份。
由于在实施例4中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，氯化镁为10份，占偏高岭石质量的5％，因此命名为G1.6-Cl5％。
实施例6：本实施例涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的组分及其质量份、用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法与实施例2相同，区别在于，氯化镁的质量份替换成20份。
由于在实施例6中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，氯化镁为20份，占偏高岭石质量的10％，因此命名为G1.6-Cl10％。
实施例7：本实施例涉及用于海工结构的偏高岭石基地聚物及其制备方法，包括以下步骤：
按照以下方式进行配方(质量份)设计：(1)偏高岭石200份；(2)硅酸钠50份；(3)氢氧化钠44份；(4)去离子水150份；(5)硫酸镁1份。
其中，所述偏高岭石为高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时，加热速率为10℃/min。
其中，所述高岭石来自广东茂名，其化学成分中各氧化物的质量百分比为：Al2O3(38.59％)、SiO2(58.22％)、Fe2O3(0.89％)、K2O(0.87％)、MgO(0.21％)、SO3(0.37％)、CaO(0.02％)、Ti2O(0.53％)和其他(0.30％)。
其中，所述硅酸钠为速溶硅酸钠固体颗粒，其化学成分中Na2O占比26.0％、SiO2占比60.0％，模数2.9。
其中，所述氢氧化钠为纯度≥96％的固体颗料。
其中，所述去离子水为专门为实验室提供的工艺净化用水。
其中，所述硫酸镁为纯度≥96％的无水硫酸镁固体颗粒。
将上述材料按照以下步骤制备一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物，如图2所示，包括以下步骤：
(1)按照硅酸钠50份，氢氧化钠44份，去离子水120份，称量材料，使用电子天平进行称量材料，材料的称量天平精度为±0.01g；
(2)制备碱性溶液，在120份去离子水中加入44份氢氧化钠颗粒和50份硅酸钠颗粒搅拌均匀制备碱性溶液，放置24小时后备用；
(3)按照偏高岭石200份，去离子水30份，硫酸镁1份，称量材料，使用电子天平进行称量材料，材料的称量天平精度为±0.01g；
(4)将1份硫酸镁加入30份去离子水搅拌均匀制备盐溶液；
(5)将称好的200份偏高岭石(高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时所得)倒入烧杯中备用；
(6)将步骤4制得的盐溶液倒入烧杯中，人工搅拌2min，直至搅拌均匀；
(7)将碱性溶液倒入烧杯中，人工搅拌至出现均匀的糊状物即可得到新拌偏高岭石基地聚物；
(8)将新拌偏高岭石基地聚物装入塑料模具中，并人工振捣挤出气泡，放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天。
由于在实施例7中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，硫酸镁为1份，占偏高岭石质量的0.5％，因此命名为G1.6-S0.5％。
实施例8：本实施例涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的组分及其质量份、用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法与实施例7相同，区别在于，硫酸镁的质量份替换成2份。
由于在实施例8中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，硫酸镁为2份，占偏高岭石质量的1％，因此命名为G1.6-S1％。
实施例9：本实施例涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的组分及其质量份、用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法与实施例7相同，区别在于，硫酸镁的质量份替换成4份。
由于在实施例9中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，硫酸镁为4份，占偏高岭石质量的2％，因此命名为G1.6-S2％。
实施例10：本实施例涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的组分及其质量份、用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法与实施例7相同，区别在于，硫酸镁的质量份替换成10份。
由于在实施例10中的地聚物按质量份配方计算可得Si与Al的摩尔比为Si/Al＝1.6，硫酸镁为10份，占偏高岭石质量的5％，因此命名为G1.6-S5％。
实施例11：本实施例涉及一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的组分及其质量份、用于海工结构的偏高岭石基地聚物制备方法与实施例7相同，区别在于，硫酸镁的质量份替换成20份。
由于在实施例11中的地聚物按质量份配方计算可得Si/Al＝1.6，硫酸镁为20份，占偏高岭石质量的10％，因此命名为G1.6-S10％。
对比例1：和实施例1的区别在于，不添加硅酸钠，使得地聚物按质量份配方计算得到Si/Al＝1.3；放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天，进行抗压强度测试。7d的抗压强度测试结果为8.3MPa，28d的抗压强度测试结果为9.4MPa，终凝时间为178min。
对比例2：和实施例1的区别在于，添加过量的硅酸钠，使得地聚物按质量份配方计算得到Si/Al＝2.0；放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天，进行抗压强度测试。7d的抗压强度测试结果为20.3MPa，28d的抗压强度测试结果为24.9MPa，终凝时间为156min。
对比例3：和实施例1的区别在于，使用未煅烧的高岭石原料，调整硅酸钠加入量使得Si/Al＝1.6；放置室内20℃±5℃的养护条件下无法凝结，需要放置烘箱40-50度下方可凝固成型，拆模后养护室内20℃±5℃的养护条件28天，进行抗压强度测试，7d的抗压强度测试结果为5.1MPa，28d的抗压强度测试结果为5.6MPa。
对比例4：和实施例2的区别在于不添加硅酸钠，使得地聚物按质量份配方计算得到Si/Al＝1.3；放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天，进行抗压强度测试。7d的抗压强度测试结果为8.8MPa，28d的抗压强度测试结果为9.3MPa，终凝时间为156min。
对比例5：和实施例2的区别在于添加过量的硅酸钠，使得地聚物按质量份配方计算得到Si/Al＝2.0；放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天，进行抗压强度测试。7d的抗压强度测试结果为17.5MPa，28d的抗压强度测试结果为21.2MPa，终凝时间为128min。
本发明参考《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2011)对偏高岭石基地聚物的初终凝时间进行测定，试验仪器为维卡仪装置；借鉴水泥砂浆强度检验的方法，选用试件尺寸为20mm×20mm×20mm的立方体进行偏高岭石基地聚物进行抗压测试，测得其抗压强度，试验仪器为微机控制电子万能试验机。
关于本发明的技术指标的测定方法均为本领域内标准测定方法，具体可参见最新的国家标准，除非另外说明。
图3为偏高岭石基地聚物的凝结时间结果图。
从图3可以发现，随着氯化镁或硫酸镁盐掺量的增加，偏高岭石基地聚物的终凝时间也逐渐缩短，除G1.6-Cl2％和G1.6-S2％之外。这表明盐的加入，其离子(Mg2+、Cl-、SO4 2-)对偏高岭石基地聚物的凝结时间起到积极作用。此外，当加入占偏高岭石质量10％的硫酸镁和氯化镁后，偏高岭石基地聚物的终凝时间从88min降至55min和52min。这说明该偏高岭石基地聚物应用于海工结构或是用海水制备相同组分的偏高岭石基地聚物应用于海工结构具有缩短工期等积极作用。
图4为偏高岭石基地聚物的抗压强度结果图。从图4可以发现，随着氯化镁盐掺量的增加，偏高岭石基地聚物的7天和28天抗压强度随之降低，但7天的抗压强度降低幅度较小。这说明氯化镁的掺入对偏高岭石基地聚物的抗压性能有消极作用。然而，随着硫酸镁的掺量增加，偏高岭石基地聚物的7天抗压强度先升高再降低，而28天抗压强度是随之降低。说明硫酸镁占偏高岭石质量份0-5％之间存在合适浓度的硫酸镁对偏高岭石基地聚物的7天和28天强度的差值有缩小作用，并可缩短终凝时间。总的来说，随着氯化镁或硫酸镁盐掺量增加，其28天抗压强度都随之降低，但是相比掺入氯化镁盐，掺入硫酸镁的偏高岭石基地聚物抗压强度降低幅度较小。
图5和图6为偏高岭石基地聚物的SEM图像和EDX能谱结果图。从图5和图6可以发现，G1.6-O的地质聚合物的表面更加密实，EDX能谱图显示各元素的含量，并表明其形成了Si-O-Al-O-Si的三维网络结构。而G1.6-S10％和G1.6-Cl10％的地质聚合物的表现出现裂纹、小空洞，但也形成了Si-O-Al-O-Si的三维网络结构，这也就证实了上述氯化镁或硫酸镁盐掺量为偏高岭石质量10％时，偏高岭石基地聚物7天和28天抗压强度比无添加氯化镁或硫酸镁盐的低。
现有研究表明地质聚合物是由硅氧四面体和铝氧四面体通过共用氧形成具有三维网络结构的无机胶凝材料。图7和图8偏高岭石基地聚物的NMR图谱和核磁共振波谱反褶积结果图，表明在该地质聚合物网络中，一个硅氧四面体连接1或2或3或4个铝氧四面体，以及各自的含量占比。因此本实验所制得偏高岭石基地聚物通过SEM电镜扫描、EDX能谱、NMR等表征测试可知其是由硅氧四面体和铝氧四面体单元通过共用氧形成的三维网络结构，并且Cl-和SO4 2-可以诱导更多的Si加入地质聚合物中。相比水泥基的低强度范德华键和氢键，其结构中硅氧四面体和铝氧四面体之间的连接键为共价键，其强度更高。此外，盐阴离子(Cl-、SO4 2-)在碱活化过程中容易与大量Na+结合，并沉淀为钠盐，并稳定于结构中。
综上所述，本发明的技术方案中氯化镁或硫酸镁盐的掺入对偏高岭石基地聚物的终凝时间有积极缩短作用。对于氯化镁盐掺入而言，随着掺量增加，偏高岭石基地聚物的7天抗压强度的影响幅度低于28天的抗压强度的。对硫酸镁盐掺入而言，随着掺量增加，偏高岭石基地聚物的7天抗压强度先增大再降低，并且28天抗压强度的降低幅度较小，并且具有一定的抗压强度。由此可见，本发明偏高岭石基地聚物应用于海工结构或用海水制备相同组分的地聚物能满足一定的强度要求，并且可以缩短施工时间。这不仅可以降低水泥生产带来环境危机、缓解淡水危机，而且其由硅氧四面体和铝氧四面体单元通过共用氧形成的三维网络结构更好地与海水离子相结合或控制离子的运动，而从表现出优异的性能。此外，盐阴离子(Cl-、SO4 2-)在碱活化过程中容易与大量Na+结合，并沉淀为钠盐，并稳定于结构中。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物，其特征在于：所述地聚物以质量份计包括以下组分：偏高岭石200份，硅酸钠50份，氢氧化钠44份，去离子水150份，氯化镁1～20份和或硫酸镁1～20份；
所述氢氧化钠为纯度≥96％的固体颗料；所述偏高岭石为高岭石在马弗炉中在700℃的空气中煅烧3个小时，加热速率为10℃/min，所述高岭石其化学成分中各氧化物的质量百分比为：Al2O3：38.59％、SiO2：58.22％、Fe2O3：0.89％、K2O：0.87％、MgO：0.21％、SO3：0.37％、CaO：0.02％、Ti2O：0.53％和其他：0.30％；所述硅酸钠为速溶硅酸钠固体颗粒，其化学成分中Na2O占比26.0％、SiO2占比60.0％，模数2.9；所述氯化镁为纯度≥96％的六水氯化镁固体颗粒；所述硫酸镁为纯度≥96％的无水硫酸镁固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按照硅酸钠50份，氢氧化钠44份，去离子水150份，称量硅酸钠、氢氧化钠和去离子水；
S2：制备碱性溶液，在去离子水中加入44份氢氧化钠颗粒和50份硅酸钠颗粒搅拌均匀制备碱性溶液，放置24小时后备用；
S3：按照偏高岭石200份，氯化镁1～20份，硫酸镁1～20份，称量偏高岭石、氯化镁和硫酸镁；
S4：将1～20份氯化镁或1～20份硫酸镁加入部分去离子水搅拌均匀制备盐溶液；
S5：将称好的200份偏高岭石倒入容器中备用，将S4中制备的所述盐溶液倒入容器中，以30-60r/min的速度进行搅拌2-4min，将S2制备得到的碱性溶液倒入容器中，以100-120r/min的速度进行搅拌至出现均匀的糊状物得到新拌偏高岭石基地聚物；
S6：将新拌偏高岭石基地聚物装入模具中，并振捣挤出气泡，放置室内20℃±5℃的养护条件下养护28天。
3.根据权利要求2所述的一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的制备方法，其特征在于：所述氯化镁或者硫酸镁的质量份占偏高岭石质量的0.5％-6％。
4.根据权利要求2所述的一种用于海工结构的偏高岭石基地聚物的制备方法，其特征在于：所述偏高岭石基地聚物具有60-70min的终凝时间。
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CN105778875A (zh) * 2014-12-26 2016-07-20 嘉华特种水泥股份有限公司 一种地聚物油井水泥
CN105621911A (zh) * 2015-12-25 2016-06-01 南宁学院 一种常温下快速硬化地聚物及其制备方法
CN106747004A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 西安长大公路养护技术有限公司 用于道路基层加固的地聚合物单液注浆材料及其制备方法
CN110218035B (zh) * 2019-06-25 2022-08-23 广西大学 一种可塑性变形地质聚合物材料的制备方法
CN111499238A (zh) * 2020-06-18 2020-08-07 湘潭大学 一种沸石地聚物胶凝材料的制备方法
CN114249561B (zh) * 2021-12-27 2022-11-29 盐城工学院 一种地质聚合物发泡水泥保温材料及制备方法

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