[发明专利]一种快速硬化的高强度粉煤灰地聚物材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种快速硬化的高强度粉煤灰地聚物材料及其制备方法，所述方法包括：将粉煤灰与高炉矿渣混合均匀，得到混合粉料；向所述混合粉料中加入碱激发剂、纳米增强剂和水混合并搅拌均匀，搅拌完成后得到地聚物浆料；将地聚物浆料倒入模具后依次进行振荡、静置，然后将静置完成的地聚物浆料进行加热干燥，脱模得到粉煤灰地聚物材料。本发明中粉煤灰地聚物原料来源广泛、成本低、工艺简单、通过短时间烘箱干燥可以达到抗压强度70MPa以上，高于粉煤灰地聚物常规恒温恒湿养护28d后的强度60MPa。因此可作为一种良好的建筑材料使用，既可以作为建筑材料的墙体砖、板材以及市政工程的地砖和植草砖；也可以破碎后作为混凝土轻质骨料。

技术领域

本发明属于粉煤灰地聚物领域，更具体地，涉及一种快速硬化的高强度粉煤灰地聚物材料及其制备方法。

背景技术

粉煤灰是煤燃烧的副产物，2018年全国调查的工业企业的粉煤灰综合利用率为74.9％，未被利用的粉煤灰多采用堆放处理，极易对人体健康和环境造成威胁。粉煤灰中主要物质为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO等金属氧化物，其中SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃含量占到总量的50wt％以上，大量活性SiO₂和活性Al₂O₃的存在使得粉煤灰有着类水泥性质，但与传统硅酸盐水泥相比，粉煤灰水化反应过程较慢，强度形成速度较低，研究短期内激发粉煤灰活性的方法可拓展粉煤灰在建材领域的应用范围。

地聚物的概念是在1978年由法国人Davidovits提出的，通过碱激发剂和低热养护能将富含SiO₂、Al₂O₃的火山灰材料，如粉煤灰、高炉矿渣、高岭土等中的硅氧化物和铝氧化物溶解成硅氧和铝氧单体，然后缩聚形成网状结构的无机高聚物，同时排出多余水，并迅速硬化从而在短期内形成强度。与水泥相比，地聚物的生产能够大量消耗工业废物，无二次污染，且强度增长速率快，因此是一种非常有前途的绿色建材。

目前的粉煤灰地聚物材料虽然强度形成迅速，但养护1-3天内抗压强度仅为30-50MPa，若想达到较高强度还需进行长时间的养护。

例如，现有技术中，中国专利文献CN110776279A公开了一种工业固废和水泥混合制备地聚物注浆材料的方法，此方法将浆料静置12h便能得到粉煤灰/炉底渣/富水电石渣基地聚物，然而此方法对水泥要求较高，初期强度主要依靠水泥的水化作用，且完全固化后抗压强度仅为48MPa左右。

中国专利文献CN111807738A公开了一种粉煤灰地聚物的制备方法，通过调配粉煤灰、矿渣、熟石灰等原料比例、水玻璃模数等参数，其中水玻璃模数优化范围为0.5-2.0，水玻璃掺量优化范围为5-25％，并额外添加标准砂作为骨料以提高粉煤灰地聚物的强度，其最优配方制备的粉煤灰地聚物在室温放置3天强度仅为35MPa，放置28天强度为65MPa。

中国专利文献CN110255996A公开了一种粉煤灰地聚物混凝土的制备方法，并优化了各原料的掺量，选用的碱激发剂为模数2.5-3.0的硅酸钾溶液和模数为1.2-2.0的水玻璃组合，但其所用的原料种类繁多且部分原料成本较高，如聚合物纤维、防锈剂、陶瓷微球等，最终制备的50％粉煤灰掺量的地聚物混凝土在标准养护28天后抗压强度为47.1MPa。

中国专利文献CN108529913A公开了一种粉煤灰地聚物材料的制备方法，使用粉煤灰、萘系激发剂和减水剂制备粉煤灰地聚物材料，蒸煮8h后抗压强度仅为43.6MPa，28天后抗压强度为62.7MPa，且所用粉煤灰须经过研磨粉碎等物理方法增强活性，增加了能耗。