[发明专利]一种地质聚合物组合物、地质聚合物材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质聚合物组合物、一种由该地质聚合物组合物制得的地质聚合物材料以及该地质聚合物材料的制备方法。

背景技术

地质聚合物是一种新型胶凝材料，兼具有机物、陶瓷、水泥的特点，较之于常规的硅酸盐水泥，具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀等优点。目前主要通过使用在碱性溶液中活化的偏高岭土、矿渣和粉煤灰作为铝硅矿物材料制备地质聚合物组合物材料。地质聚合物的性能很大程度上取决于所用铝硅酸盐材料和碱性溶液的类型，其可显著地影响地质聚合物组合物的凝结时间和抗压强度。

目前在地质聚合物的制备中通常使用粉煤灰。另外通过碱性激发剂使粉煤灰活化以进行化学反应。一种最常用的碱性激发剂是水玻璃。目前大多数文献报道的水玻璃的合适的模数（SiO₂/Na₂O）在0.8至2.0范围内。

IN2010MU01365A公开了一种基于地质聚合物的混凝土组合物，包含粉煤灰、SiO₂/Na₂O摩尔比在0.68-1.13范围内的碱性激发剂、氢氧化钙和水，以及惰性骨料和常规波特兰水泥。该组合物使混凝土具有高热稳定性、高耐酸性、快速凝结、成本低，且可在室温下固化。该组合物易于制备并且将CO₂排放降低了高达70%。但其模数较低，导致其制备的混凝土机械强度不足，且由于较低的模数增加了后期返碱的可能性。

CN101712546B公开了具有以下组成的地质聚合物组合物：10-30重量份的废弃混凝土粉（比表面积不低于400m²/kg）、5-15重量份的脱硫石膏（比表面积不低于400m²/kg）、10-20重量份的钢渣粉（比表面积不低于400m²/kg）、20-40重量份的矿渣粉（比表面积不低于400m²/kg）、3-8重量份的高钙粉煤灰（比表面积不低于400m²/kg）、20-50重量份的粉煤灰（比表面积不低于400m²/kg）以及5-10重量份的碱性激发剂（SiO₂/M₂O＞2.4；浓度＞46重量%）。

CN101250034B公开了具有以下组成的地质聚合物组合物：干粉混合料、非极性碱性表面活性剂溶液和水，其中干粉混合料包括0-65重量%粉煤灰、4-10重量%高钙粉煤灰、15-60重量%矿渣、5-35重量%钢渣和5-15重量%（SiO₂/M₂O：2-2.4；浓度为14.3重量%至42.8重量%）碱性激发剂。

上述专利在此全文引入以作参考。

本发明的地质聚合物组合物对于常规的硅酸盐水泥具有更高的抗压强度，并且采用了高含量的粉煤灰作为原料，极大地降低了成本，并有助于缓解粉煤灰造成的污染问题。

发明内容

本发明的第一个方面，涉及一种地质聚合物组合物，包括：

100重量份的含硅固体粉状物料；和

30-100重量份的碱性激发剂；

其中，所述含硅固体粉状物料包含50-95重量%的以硅和铝为主成分的硅铝质物料和5-50重量%的以硅和钙为主成分的硅钙质物料。

在本发明的地质聚合物组合物中，优选的是，所述硅铝质物料中的硅含量大于铝含量，优选粉煤灰、偏高岭土、粘土、炉灰等中的一种或多种。

在本发明的地质聚合物组合物中，优选的是，所述硅钙质物料中的钙含量大于硅含量，优选水泥、熟料、矿渣、赤泥等中的一种或多种。

在本发明的地质聚合物组合物中，所述含硅固体粉状物料包含50-90重量%的硅铝质物料和10-50重量%的硅钙质物料；优选地，包含60-80重量%的硅铝质物料和20-40重量%的硅钙质物料；更优选地，包含60-70重量%的硅铝质物料和30-40重量%的硅钙质物料。

在本发明的地质聚合物组合物中，优选的是，所述碱性激发剂为基于碱金属硅酸盐的的碱性激发剂，其模数(SiO₂/M₂O)不低于2.2，优选不低于2.4，其中M代表碱金属。

在本发明的地质聚合物组合物中，优选的是，所述碱性激发剂为水玻璃，其固体含量不低于34重量%但不大于46重量%（即34重量%-46重量%），优选34.5重量%至42重量%。