[发明专利]一种粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制备方法。

背景技术

水泥稳定碎石层是路面结构的主要承重层，由于其较好的承载能力和经济性特点被广泛应用于高速公路和城市道路中。但是水泥稳定碎石随着时间推移，其非均质体系会不断发生变化，结果是混合料的宏观物理性能如强度、抗疲劳性和抗收缩性均发生变化，引发路面病害的产生，如常见的路面裂缝，最终影响路面使用性能。针对以上问题，从原材料质量控制和施工工艺改进等方面的研究层出不穷；但病害仍频频发生。

地聚合物材料是一种由AlO₄和SiO₄四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，属于非金属材料；该物质的结构与有机高分子聚合物的三维网络状结构相似，因此具有良好的力学性能、耐久性、可调整膨胀系数、固结重金属离子、低排放和低能耗等优点，基于这些优点，被用于制备高强度材料，满足人们生产和生活的需要，例如：意大利研究人员在其中加入聚丙烯纤维网制造了轻质墙板；日本镜美公司通过添加有机物制备人造大理石，取代普通波兰特水泥与矿物废物等复合制备建筑材料等等应用。

目前，土木工程和交通工程中应用较多的为碱激发地聚合物材料，并以其快硬高强的性能被应用于机场跑道、道路基层等设施的修复上。地质聚合物在道路材料中的应用，较多用于旧水泥板块补强；因受限于技术研发水平和施工工艺水平，还没有大规模应用的趋势。

发明内容

本发明的目的是，提供一种粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制备方法，解决现有技术中水泥稳定碎石层易开裂、强度变异性大、强度低 和耗能高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其组分和质量百分比如下：粉煤灰25％～45％，偏高岭土5％～15％，水泥10％～15％，煤矸石和矿渣3.5％～5％，碱激发剂25％～35％，缓凝剂0.5％～1％，去离子水1％～5％。

优选地，所述粉煤灰为无烟煤或烟煤在锅炉中燃烧后得到的灰黑色粉状颗粒，密度在1900～2800kg/m3之间，粒径为1～50μm。进一步地，所述粉煤灰为一级或二级粉煤灰，其化学组分氧化硅和氧化铝含量大于70％。

优选地，所述偏高岭土为天然高岭土经600℃～900℃煅烧后所得的200目以上的粉体。

优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥，即国外所称的波兰特水泥。该硅酸盐水泥在混凝土配方中还起到促凝剂的作用。

优选地，所述煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的含碳量较低的固体废物。进一步地，所述煤矸石为山西生产，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其主要化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量较低为2％～3％之间。

优选地，所述矿渣是S95级粒化高炉矿渣粉。

优选地，所述碱激发剂是模数为2.5～3.0的水玻璃和模数为3.0～3.5的硅酸钾溶液的组合。所述缓凝剂为市场上LDY-1型缓凝剂，液体试剂。

本发明还提供了所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，按照以下配比称取各组分原料：粉煤灰25％～45％，偏高岭土0％～15％，水泥10％～15％，煤矸石和矿渣0％～5％，碱激发剂25％～35％，缓凝剂0.5％～1％，去离子水1％～5％，将各组分原料加入搅拌机中混合搅拌均匀，制备地聚合物浆料；

步骤2，将前述制备好的地聚合物浆料与集料按比例混合搅拌2～4min，至集料分散均匀，制得粉煤灰基地聚合物混凝土材料。

本发明还公开了所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料在路面路基和基层建设中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1，本发明以碱激发粉煤灰基地聚合物为主要胶凝材料，制备一种无机地聚合物混凝土材料，该地聚合物混凝土材料具有环保高、力学性能好、早期强度高的特点。

2，本发明采用粉煤灰，具有和偏高岭土一致的微观结构，有效成分含量高，与偏高岭土相比，价格低，适合大规模应用；本发明采用的碱激发剂，模数高，激发后材料强度高；本发明采用矿渣，属于富钙物质，其作用机理与普通硅酸盐水泥类似，利用工业废弃物的同时，提高材料的活性。