[发明专利]具有改善的强度和耐水性的含飞灰的建筑材料及形成其的方法

说明书

本发明涉及含有飞灰的建筑材料，其具有改善的强度和耐水性。含有飞灰的材料包含飞灰、含氢氧化钠的碱溶液和水。本发明还提供了一种形成含有飞灰的材料的地质聚合方法。

技术领域

本发明涉及含有飞灰(FA)的建筑材料和形成其的地质聚合方法。

背景技术

地质聚合是一种通过在升高的温度下将至少一种铝硅酸盐源溶解在强碱溶液如氢氧化钠(NaOH)中而由铝硅酸盐材料获得聚合结构的过程。在升高的温度下固化特定时间后，由地质聚合过程形成的产品表现出增强的抗压强度。由此，所得到的产品可以用作建筑材料，例如砖或道路路面。传统的建筑材料如混凝土需要添加集料来改善抗压强度，但地质聚合产品则不然。由此，地质聚合过程提供了一种非常有前景的方法以利用基于铝硅酸盐的材料如飞灰代替传统的建筑材料。

飞灰是在煤燃烧过程中作为副产物产生的物质。它被认为是工业废料，因为它可能对环境造成不利影响，因此需要谨慎地收集。由于各种原因，已经致力于尝试利用飞灰作为建筑材料代替传统建筑材料，例如波特兰水泥。首先，飞灰是一种富含二氧化硅/氧化铝的铝硅酸盐源，这使其成为用于地质聚合过程的理想原料。其次，飞灰的粒度通常非常小(<50微米)，其用于形成建筑材料是理想的。另一方面，通常必须研磨水泥以达到如此小的粒度，这增加了制造时间和成本。第三，飞灰是地质聚合过程的理想原料，因为与其它地质聚合材料相比，它在约60℃至150℃的相对低的温度下对碱具有反应性。

在过去二十年中，已经对飞灰的地质聚合进行了许多研究，以使其成为合适的建筑材料。然而，存在一些与目前处理飞灰的方法有关的缺点。首先，在大多数提出的地质聚合方法中，必须添加显著量的硅酸钠。这使得难以确定所得到的产品实现的机械强度是由于飞灰和碱之间的地质聚合，还是由于在升高的温度下空气中金属硅酸盐的固化，从而使其在制造过程中的可预测性变得困难。其次，在添加硅酸钠并将所得到的地质聚合产物浸泡在水中的情况下，溶液pH急剧地增加并且产品逐渐失去其抗压强度。这在材料暴露于外部环境如雨或雪的建筑应用中是有害的。最后，即使在理想条件下，传统地质聚合产物的抗压强度通常仅达到约50MPa或更小。

因此，需要用于用飞灰形成建筑材料的改进的地质聚合过程。特别地，不需要任何其他成分并导致产品具有改善的强度和耐水性的过程是期望的。由于上述的环境原因，基于飞灰的建筑材料也是期望的。

发明内容

本发明涉及包含飞灰、含氢氧化钠的碱溶液和水的建筑材料。基于重量百分比，飞灰与水与氢氧化钠的比例为12：2.5：1至17：2.5：1，优选约14：2.5：1。

本发明还提供了一种形成建筑材料的地质聚合方法，该方法包括以下步骤：将飞灰、含氢氧化钠的碱溶液和水结合以形成混合物，搅拌混合物，将混合物倒入模具中并固化混合物。基于重量百分比，飞灰与水与氢氧化钠的比例为12：2.5：1至17：2.5：1，优选约14：2.5：1。

附图说明

当与附图结合考虑时，由于参考以下具体实施方式会更好地理解本发明及其带来的许多优点，因此将容易地获得对本发明及其带来的许多优点的更完整的理解，其中：

图1A是根据本发明的实施方式制备的C类飞灰材料的显微照片；

图1B是示出图1A中示出的C类飞灰材料的扫描电子显微镜能量色散X射线谱结果的图；

图2是示出飞灰与水与氢氧化钠的比例对根据本发明的实施方式得到的建筑材料的抗压强度的影响的图；

图3是示出水浸泡时间对根据本发明的实施方式的含有飞灰的建筑材料的抗压强度、pH水平和吸水性水平的影响的图；

图4是根据本发明的实施方式的经空气固化的含飞灰的建筑材料的照片；

图5是示出图4中根据本发明的实施方式的含有飞灰的建筑材料的照片：(A)弯曲测试前；(B)弯曲测试期间；和(C)弯曲测试后；