[发明专利]一种固硫灰地质聚合物及其制备方法

说明书

本发明提供了一种固硫灰地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：A)将固硫灰粉体进行蒸汽处理；B)将步骤A)得到的固硫灰粉体与碱金属氢氧化物、碱金属盐类混合，得到粉体混合物；C)将所述粉体混合物与水混合后加入碱性激发剂，成型后养护，得到固硫灰地质聚合物。本申请还提供了一种固硫灰地质聚合物。在制备固硫灰地质聚合物的过程中，本申请通过固硫灰改性且改变投料方式，延长了地质聚合物的凝结时间，同时提高了地质聚合物的抗压强度。

技术领域

本发明涉及建筑材料制造技术领域，尤其涉及一种固硫灰地质聚合物及其制备方法。

背景技术

固硫灰是煤在循环流化床锅炉里燃烧后产生的副产物，循环流化床锅炉燃烧温度较四角切圆锅炉燃烧温度低(约900℃)，同时在燃烧过程中需添加石灰石作为固硫剂，若燃烧运行控制不好，往往造成固硫灰的游离氧化钙高、烧失量高及含有未反应的CaCO₃，此外还含有炉内脱硫的反应产物CaSO₄，与普通粉煤灰的圆球状微观结构不同，固硫灰颗粒表面结构疏松且呈不规则状，常见微观结构见图1。常见的固硫灰矿物组成有非晶相及游离氧化钙、未反应的CaCO₃、CaSO₄、石英等结晶相，XRD图谱见图2。

地质聚合物(gepolymer)是一种非晶质至半晶质三维硅铝酸盐聚合材料，材料内部的硅铝原子通过桥氧原子连接形成稳固的化学键(Si-O-Al)金属阳离子(Na⁺、K⁺、Ca²⁺)填充在网格空隙中，具有类沸石的结构和组成。地质聚合物主要通过碱性激发剂和硅铝质原料发生反应，其中常用的碱性激发剂选自碱金属氢氧化物、碱金属水玻璃及两者混合物，常用的硅铝质原料选自偏高岭土、火山浮石、粉煤灰、矿物废渣、烧粘土等。

研究表明，地质聚合物体系中加入富含钙的物质能缩短凝结时间，这与反应初期体系中产生大量额外的多相凝结核有关，多相凝结核主要是因为Ca(OH)₂沉淀与其周围的硅酸盐凝胶粘接在一起。含钙物质的形式不同对上述反应影响也不同，例如以硅酸钙盐和硅铝酸钙盐形式存在的钙物质、游离氧化钙、氢氧化钙、硫酸钙、碳酸钙等，相比之下，游离氧化钙和氢氧化钙使凝结时间缩短更多，游离氧化钙与体系中水反应生成Ca(OH)₂，消耗掉体系中的水使粉煤灰活性硅铝溶解受限，溶液中硅铝单体减少，形成地质聚合物胶体减少，导致地质聚合物抗压强度降低，而Ca(OH)₂含量多了，只有少部分转化成使抗压强度增长的CSH胶凝相，因而含量多了也使抗压强度降低；以硅酸钙盐和硅铝酸钙盐形式存在的钙物质能参与反应形成水合硅酸钙(C-S-H)和水合铝酸钙(C-A-H)凝胶相，这些胶凝相能提高材料的抗压强度，但在体系碱度比较高时(10M以上)，会形成沉淀而不发生其他反应或作为二级产物出现。因此，延长地质聚合物凝结时间且保证较高抗压强度具有重要意义，且难度较大。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种固硫灰地质聚合物的制备方法，本申请提供的固硫灰地质聚合物能延长地质聚合物的凝固时间，且具有较高的抗压强度。

有鉴于此，本申请提供了一种固硫灰地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：

A)将固硫灰粉体进行蒸汽处理；

B)将步骤A)得到的固硫灰粉体与碱金属氢氧化物、碱金属盐类混合，得到粉体混合物；

C)将所述粉体混合物与水混合后加入碱性激发剂，成型后养护，得到固硫灰地质聚合物。

优选的，所述碱性激发剂由碱金属氢氧化物和碱金属水玻璃配制而成。

优选的，所述固硫灰的含量为100重量份，所述碱性氢氧化物的含量为2～10重量份，所述碱金属盐类的含量为0～3重量份，所述水的含量为8～30重量份；所述碱性激发剂中，所述碱金属氢氧化物的含量为2～10重量份，所述碱金属水玻璃的含量为48～80重量份。