[发明专利]一种降低无机聚合物胶凝材料体积收缩的方法

说明书

本发明公开了一种降低无机聚合物胶凝材料体积收缩的方法。该方法是向无机聚合物胶凝材料添加补偿收缩外加剂，混合均匀，再加水后即可；所述的补偿收缩外加剂为高活性氧化镁与纳米二氧化硅混合而成。通过本发明的方法，在保证了无机聚合物强度的同时，显著改善了无机聚合物硬化浆体的体积收缩，对提高水泥基材料的体积稳定性和耐久性具有重大的科学价值。这有助于高效利用矿渣、粉煤灰等工业废渣生产强度高、体积稳定性好的无机聚合物胶凝材料，对保护环境、实现社会的可持续发展都有非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种降低无机聚合物胶凝材料体积收缩的方法，属于土木工程材料领域。

背景技术

在土木工程中，凡是经过一系列物理、化学变化，能将其他固体物料胶结成整体并具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。目前，在土木工程中常用的胶凝材料是硅酸盐系列水泥。但是，硅酸盐系列水泥是通过“两磨一烧”的工艺生产的，生产过程消耗大量能源，放出大量CO₂和粉尘，所以，寻找其它更环保节能的胶凝材料一直是这一领域研究的热点。无机聚合物胶凝材料就是一类环保型的新型胶凝材料，由碱性激发剂和潜在胶凝材料组分组成，其中碱性激发剂是苛性碱（MOH）和非硅酸盐的酸盐（M₂CO₃、M₂SO₃、M₃PO₄、MF等；M为碱金属）；潜在胶凝材料组分为粒化高炉矿渣、粒化磷渣、钢渣、粉煤灰、高岭土或其中两种、两种以上的混合物。无机聚合物胶凝材料不需要煅烧，可以利用大量工业废渣，而且还发现这类胶凝材料的反应产物具有三维网状结构（与普通水泥有本质区别），所以，近几年这类胶凝材料引起了相关领域研究者的极大兴趣。

无机聚合物胶凝材料是单一或复合的具有潜在活性的铝硅酸盐固体废料被碱性激发剂激发而得的。从本质上来说，它包含两种组分，一种是在胶凝体系中参与反应的碱性盐（固体或溶液），另一种是固体硅酸盐。常见的可作为胶凝组分的固体硅酸盐类有粉煤灰、高炉矿渣、磷渣、钢渣、火山玻璃、偏高岭土、硅灰和其他有色金属渣等。其中被认为效果最好的是高炉矿渣，其所得的胶凝材料机械性能最佳。常见的碱性激发剂则主要有：苛性碱如氢氧化钾和氢氧化钠，硅酸盐如水玻璃，非硅酸盐的弱酸盐如碳酸盐、亚硫酸盐和磷酸盐等、铝酸盐及非硅酸盐的强酸盐等。碱性激发剂能提高反应物的pH值并加速固体胶凝组分的溶解。Scrivener等认为无机聚合物水泥的最佳激发剂为水玻璃。无机聚合物胶凝材料的出现对环境保护很有意义，不仅因为其生产制备释放的温室气体比传统水泥有大幅减少，还因为其制备过程中利用了大量的固体废料，如粉煤灰，矿渣等。

1930年德国的Kuhl首次研究了矿渣在苛性碱溶液中的激活特性；1940年比利时的Purdon对矿渣苛性碱或矿渣+碱+碱金属盐进行了研究；1957年前苏联Glukhovsky提出了土壤水泥的概念；1982年法国的Davidovits发明了地聚合物水泥（又称金字塔水泥、地聚水泥），这类胶凝材料由无机聚合物煅烧高岭土制成。近几年我国学者也对无机聚合物胶凝材料做了大量工作。

目前，主要集中在这类材料的配制、强度发展的研究。研究过程中也发现该类胶凝材料存在一些问题：如凝结时间过短、泛碱、开裂和起灰等。其中前两种问题可以通过调整激发剂的模数或加入外加剂和适当养护解决，但无机聚合物水泥的收缩开裂一直没能得到很好的解决，对于无机聚合物胶凝材料的体积变化研究也较少。无机聚合物胶凝材料收缩较大的主要原因是其水化产物多为C-(A)-S-H凝胶，C-(A)-S-H凝胶失水会导致体积的收缩，从而使无机聚合物胶凝材料产生大量的裂缝。无机聚聚合物胶凝材料的体积变化是制约此类材料应用的关键问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低无机聚合物胶凝材料体积收缩的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种降低无机聚合物胶凝材料体积收缩的方法，是向无机聚合物胶凝材料添加补偿收缩外加剂，混合均匀，再加水后即可；所述的补偿收缩外加剂为活性氧化镁与纳米二氧化硅混合而成。