[发明专利]一种低收缩快凝结煤矸石基碱激发快速修补材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低收缩快凝结煤矸石基碱激发快速修补材料及其制备方法。该碱激发快速修补材料，按质量份数计，包括以下组分：煤矸石400～500份，矿渣微粉500～600份，氢氧化钠40～50份，工业水玻璃200～240份，硫铝酸盐水泥30～70份，水260～300份。其制备为：1)将氢氧化钠、工业水玻璃和水混合均匀，得碱溶液；2)将煤矸石、矿粉和硫铝酸盐水泥混合均匀；3)将碱溶液加入到混合物料中，搅拌得浆体；4)将浆体倒入模具中，1d后拆模并进行标准养护，即可。该碱激发快速修补材料更加密实，减少了小于25mm的孔的比例，减小了收缩，进一步提升了抗压强度，凝结时间短，综合性能优异。

技术领域

本发明属于碱激发材料技术领域，具体涉及一种低收缩快凝结煤矸石基碱激发快速修补材料及其制备方法。

背景技术

碱激发材料(Alkali-activated materials,AAM)指一种新型的胶凝材料，其采用具有火山灰活性材料制备，具有较高的早期强度和良好的耐久性。由于废弃煤矸石的大量堆积而引起的大量环境污染，如土地占用、有害元素淋溶、CO_x、SO_x、NO_x等污染物气体排放等问题。虽然煤矸石已经用于轻骨料、砖块的生产，但煤矸石还具有替代水泥的潜力。当煤矸石经过550～750℃左右高温煅烧后，其成分中的高岭石将转化为无定型的偏高岭石，呈较好的火山灰活性。通过与具有良好火山灰活性的矿粉互掺和一定激发剂参数的碱溶液混合制成煤矸石基碱激发材料。由于碱激发材料的性能满足了当今建筑材料的基本要求，且其比硅酸盐水泥具有明显的低环境影响和优异的性能而受到关注。

我国进入21世纪以来，目前将近一大半的公路为水泥混凝土路面，在材料服役期间普通公路路面会出现开裂、起壳、麻面等等一系列小问题，虽然这些小问题对水泥混凝土路面的破坏一定会影响通行功能，但出于经济考虑，整块路面又不能破碎重修，所以出现这种状况可以使用快速修补技术对公路路面进行快速补修。

由于碱激发材料具有良好的耐久性能和较高的早期强度，可以考虑作为一种快速修补材料，但由于碱激发材料自身反应的特点，其收缩率比普通硅酸盐水泥大的多。碱激发材料的干燥收缩主要受反应原料、激发剂类型、反应使用量和固化条件的影响。且不同原料涉及不同的化学过程，碱激发二元材料在结构上不同于碱激发单体胶凝材料。目前，碱激发材料的收缩机理有着一些理论的支撑，比如：C-S-H凝胶理论，凝胶的不稳定理论和孔结构理论。碱激发材料收缩大会引起开裂，进而影响修补路面的寿命。

目前对碱激发胶凝材料收缩改善的策略有许多种，比如加压成型；高温固化；添加减缩剂、膨胀剂或者某些矿物掺合料等，目前改善碱激发材料的方法中，或是部分减缩剂和膨胀剂的加入可能削弱材料的强度、或是成本过高、步骤繁琐，限制其推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低收缩快凝结煤矸石基碱激发快速修补材料及其制备方法。在改善碱激发材料的收缩性的同时，还提高了材料本身的力学性能，并赋予材料更优异的流动性和快凝结性，综合性能优异。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种低收缩快凝结煤矸石基碱激发快速修补材料，按质量份数计，包括以下组分：

煤矸石：400～500份

矿渣微粉：500～600份

氢氧化钠：40～50份

工业水玻璃：200～240份

硫铝酸盐水泥(SAC)：30～70份

水：260～300份

按上述方案，所述煤矸石球磨后过200～300目筛，然后700～800℃煅烧2h。

按上述方案，所述矿渣微粉平均粒径为0.9～2.5μm，比表面积大于2.41m²/g。