[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、由其制备的地质聚合物材料及其制备方法。具体地说，本发明涉及一种基于粉煤灰的地质聚合物组合物、由其制备的地质聚合物材料及其制备方法。

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重量份的废水泥粉末（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重量份的钢炉渣粉末（比表面积不低于400m²/kg）、10-40重量份的矿渣粉末（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：粉煤灰为0-65重量%（90重量%通过45μm筛）、高钙粉煤灰为4-10重量%（90重量%通过45μm筛；CaO：2.8-12重量%）、矿渣为15-60重量%（90重量%通过45μm筛）、钢炉渣为5-35重量%（90重量%通过45μm筛）并且碱性激发剂为5-15重量%（SiO₂/M₂O：2-2.4；浓度为14.3重量%至42.8重量%）。

但是，目前所公开的这些基于粉煤灰的地质聚合物组合物的制备过程中水玻璃模数较低，后期返碱现象严重。原材料大部分采用粉煤灰时早期强度较低，只能采用部分矿渣或偏高岭土作为增强剂；同时，凝结时间较慢，并不适合于对凝结时间有特殊要求的应用领域。

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成型和发泡具有合适的初始凝结时间，并同时具有更高的早期抗压强度，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，提供一种地质聚合物组合物，包括：

100重量份的含硅粉状物料，其CaO的总含量不低于所述含硅粉状物料的4重量%；

30-60重量份的碱性激发剂；以及

0-10重量份的添加剂。

本发明还提供了一种地质聚合物材料，其由上述地质聚合物组合物制得。

在本发明中，所述含硅粉状物料可选自粉煤灰、偏高岭土、高岭土、高炉矿渣、常规波特兰水泥、钢渣、粘土、赤泥以及它们的混合物。

优选地，所述含硅粉状物料含有85重量%以上的粉煤灰，即含硅粉状物料包括粉煤灰（85-100重量份）和其他含硅固体粉状物料（0-15重量份）。

在上述组合物中，所述粉煤灰为低钙粉煤灰（F级灰）和/或高钙粉煤灰（C级灰），对于含硅粉状物料中的CaO含量，不低于4重量%,优选不低于6重量%，更优选不低于8重量%。