[发明专利]一种非水泥基快凝早强混凝土及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种非水泥基快凝早强混凝土及其制备方法与应用。

背景技术

早强混凝土在路面、桥梁、港口等工程的抢险修复中具有比较广泛的应用前景。有时高速公路、混凝土桥梁、机场跑道及抢险救急道路等需要快速抢修，以便尽快开放交通；临海建筑物的受损修复受到海洋潮汐的影响，要求混凝土在短时间内达到足够高的强度以抵抗海水冲刷。显然对于这些需要快速修复的情况，采用普通混凝土是难以满足要求的，必须采用早强混凝土。

目前，关于早强混凝土的研究与应用主要集中于水泥基早强混凝土。然而，在水泥生产过程中，需要消耗大量石灰石，能耗较高，而且会产生大量的二氧化碳气体和粉尘颗粒，二氧化碳被认为是导致全球变暖的主要因素，粉尘颗粒对人类的生存环境造成严重污染。随着人类生存环境的日益恶化和人们对生活质量要求的提高，寻求节能环保的水泥替代品，研制非水泥基混凝土是工程界和科学界一直关注的问题。地聚物的出现为解决这一问题提供了一条新的途径。相对于水泥，地聚物的生产能耗小，二氧化碳排放量低，而力学性能和耐久性可与水泥相媲美。采用地聚物替代水泥制备的非水泥基混凝土既可用于战时抢修工程，又可用于和平时期的工程修复和施工，还可以达到绿色环保的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力学性能优良的节能环保型快凝早强混凝土，即地聚物混凝土，以替代早强水泥混凝土用于混凝土结构抢险修复。

本发明的技术方案如下：

一种快凝早强的非水泥基混凝土的制备方法，包括以下步骤：将偏高岭土和粉煤灰固体粉末混合，然后加入冷却的钾水玻璃溶液，在搅拌机中搅拌均匀后，再加入砂和石子，再次搅拌均匀，制得快凝早强的非水泥基混凝土，即地聚物混凝土；

其中，偏高岭土和粉煤灰固体粉末、钾水玻璃溶液、砂和石子按质量份计，其加入量如下：

上述方法中，所述偏高岭土和粉煤灰固体粉末中，偏高岭土的质量占固体粉末总质量的40％～100％，粉煤灰的质量占0％～60％。优选地，所述偏高岭土和粉煤灰固体粉末中，偏高岭土的质量占固体粉末总质量的50％～90％，粉煤灰的质量占10％～50％。

上述方法中，若施工时气温在20℃以上，粉煤灰含量取相对较高值，取20～60％；若施工时气温在5℃～20℃之间，粉煤灰含量取相对较低值，取0～20％。

上述方法中，所述钾水玻璃溶液的模数为1.0～1.4，质量浓度为35％～40％，钾水玻璃溶液的模数和浓度通过在工业钾水玻璃溶液(硅酸钾)中加入氢氧化钾固体和水来调节，调节后溶液要放置2～24h，使其冷却。

上述方法中，若施工时气温在20℃以上，钾水玻璃溶液应冷却至室温后使用；当气温在20℃以下时，钾水玻璃溶液的放置时间要缩短，冷却至30℃～60℃后使用。

上述方法中，所述粉煤灰为低钙粉煤灰；所述砂为天然河砂，细度模数1.6～3.0；所述石子为碎石或卵石，粒径为5～40mm；

上述方法中，加入骨料前的搅拌时间为2-5分钟；加入骨料后的搅拌时间为3-10分钟；所述骨料包括砂和石子。

上述方法中，当施工气温在20℃以上时，所述地聚物混凝土在浇筑完1h～3h内，需覆盖薄膜、麻袋或草垫进行湿水养护，保证混凝土在快速凝结硬化过程中不因失水而出现裂缝；当气温在20℃以下时，宜采用蓄热养护或加热养护，以加速地聚物混凝土的聚合反应。

一种地聚物混凝土应用于施工气温在5℃以上时抢险修复混凝土路面或需快速投入使用的结构。

本发明所得的地聚物混凝土工作性能良好(实施例1中的地聚物混凝土坍落度为173mm，满足施工和易性要求)，初凝时间可控制在1～3h之内，终凝时间可控制在3～6h之内；4h和1d抗压强度可分别达到15～25MPa、40～55MPa，可应用于抢险修复路面、机场、桥梁等混凝土结构。

本发明的原理是：偏高岭土和粉煤灰等硅铝盐材料在碱溶液(钾水玻璃)作用下发生溶解，进而水化缩聚形成由硅氧四面体和铝氧四面体组成的，具有空间三维网络状键接结构的凝胶体，即地聚物浆体；地聚物浆体将骨料包裹和胶结起来，然后快速硬化形成了一个可共同工作的整体，即地聚物混凝土。