[发明专利]一种利用镁离子调控地聚合物凝结时间的方法

说明书

本发明涉及一种利用镁离子调控地聚合物凝结时间的方法，属于地聚合物材料技术领域。通过在硅酸钠或硅酸钾碱激发溶液中添加镁离子改变溶液pH值和溶液中硅的聚合度，从而降低偏高岭土的溶解速率和早期缩合反应速率，使地聚合物浆体的凝结时间显著增加。此方法属于一种间接调控凝结时间的方式，在不改变配合比的前提下间接调控地聚合物缩合反应过程中的Si/Al比，可以在保证后期性能不受影响的前提下起到明显缓凝的作用，有效解决低钙地聚合物早期凝结难以调控的问题。

技术领域

本发明涉及地聚合物材料技术领域，更具体地，涉及一种利用镁离子调控地聚合物凝结时间的方法。

背景技术

地聚合物是一种由碱性溶液激发硅铝质前驱物(如偏高岭土、粉煤灰、矿渣等)形成的一种无定形胶凝材料，其生产过程中能耗低，CO₂排放量仅为传统硅酸盐水泥的20％左右，并且几乎不产生氮氧化物、硫氧化物等有害气体，可以有效解决水泥生产带来的环境问题。同时，除具有和传统硅酸盐水泥相当的力学强度外，还具有更好的耐高温和耐酸碱腐蚀等性能。此外，地聚合物原料来源广，如粉煤灰、矿渣等工业废料的利用不仅可以降低造价，同时可以解决工业废料带来的环境污染问题。因此，地聚合物是一种经济节约、环境友好型胶凝材料，被认为是21世界最具潜力的水泥替代品。然而，作为一种新型的胶凝材料，由于其高碱性和反应机理的不同，目前广泛应用于硅酸盐水泥的外加剂不能很好的适配地聚合物。特别是对于偏高岭土或粉煤灰为代表的低钙类地聚合物，外加剂的研发存在严重不足，早期凝结时间的调控只能依赖于改变配合比，然而配合比的改变将会对后期性能造成影响，这极大地制约了地聚合物的推广和应用。因此迫切需要对相应的外加剂进行研发，以控制低钙地类聚合物的凝结时间，以满足现在地聚合物生产和应用的要求。

发明内容

基于目前地聚合物早期凝结时间难以灵活调控的不足，提供了一种调控地聚合物凝结时间的方法。本发明利用镁离子和碱激发溶液反应，改变碱激发溶液的pH值和硅酸钠溶液聚合度，从而降低前驱体的溶解速率和缩合反应速率，起到显著的缓凝效果。

根据本发明的目的，提供了一种利用镁离子调控地聚合物凝结时间的方法，包括以下步骤：

(1)向碱激发溶液中加入镁盐，所述碱激发溶液为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液；

(2)将步骤(1)中镁离子调控后的碱激发溶液和地聚合物前驱体混匀，使得前驱体的溶解速率和缩合反应速率降低，从而使地聚合物浆体的凝结时间增加。

优选地，所述镁盐为MgCl₂、MgSO₄或Mg(NO₃)₂。

优选地，所述镁离子的物质的量为硅酸钠溶液中钠元素或硅酸钾溶液中钾元素物质的量的10％-20％。

优选地，步骤(1)所述反应的时间大于24小时。

优选地，所述前驱体为偏高岭土或粉煤灰。

优选地，步骤(2)中，所述镁离子调控后的碱激发溶液和前驱体的质量比为1.3-1.6。

优选地，所述硅酸钠溶液的制备方法为：将纳米SiO₂和NaOH溶解于水中，制备得到硅酸钠溶液。

优选地，所述SiO₂与NaOH的物质的量之比为1-2。

优选地，所述硅酸钾溶液的制备方法为：将纳米SiO₂和KOH溶解于水中，制备得到硅酸钾溶液。

优选地，所述SiO₂与KOH的物质的量之比为1-2。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：