[发明专利]一种可常温下养护的快凝高强碱激发粉煤灰胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种可常温下养护的快凝高强碱激发粉煤灰胶凝材料及其制备方法。以重量份计，其原料包括如下组分：原状粉煤灰30～50份，高活性超细粉煤灰50～70份，氢氧化钠：12～18份。基于原料体系和制备工艺简化可行的前提，在现有原材料体系下，本发明通过粉煤灰与氢氧化钠激发剂的预处理，制备一种常温养护下快凝高强的AAFA，使其在常温条件下快速凝结并获取较高的早期及后期强度，免除现有的高温养护步骤，拓展其在现场建筑工程中的应用。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种可常温下养护的快凝高强碱激发粉煤灰胶凝材料及其制备方法。

背景技术

粉煤灰，作为燃煤热电厂的主要副产品，实现其在建材领域的大宗资源化利用是“双碳”目标背景下燃煤与建材工业可持续发展的重要保障。利用粉煤灰中的硅铝酸盐玻璃体在碱性激发剂作用下可形成具有无定形三维网络结构的特征，制备碱激发粉煤灰胶凝材料(AAFA，alkaline activated fly ash)，其在耐化学腐蚀、耐高温、固化重金属等领域可取代硅酸盐水泥，展现出更优异的性能，实现固废循环利用的同时，降低建材领域的生产能耗和CO₂排放。

然而，由于粉煤灰中CaO/SiO₂低，导致玻璃体中[SiO₄]^4-的聚合度高、解聚活化能大，致使其活性在常温下很难被碱性激发剂所激发，AAFA常温下的凝结固化通常需要几天时间，因此一般采用高温养护的方式使其具备早期强度。然而，高温养护既增加了AAFA产品的综合能耗，又将其应用范围限制于预制构件。

鉴于硅酸根能加快AAFA聚合产物相硅铝质(N-A-S-H)凝胶的形成，以氢氧化钠与高模数硅酸钠作复合碱激发剂，并将粉煤灰与活性更高的材料(如高炉矿渣)混合，是当前常温制备AAFA的常用手段。然而，高粘度硅酸钠溶液导致AAFA工作性差，且目前没有相匹配的减水剂产品；另一方面，硅酸钠激发矿渣产物C-A-S-H凝胶中的Al含量及Ca/Si较高、有序性低，易导致AAFA较大的收缩。可见，当前常温制备的AAFA在工艺与性能方面还不能在短时期内实现规模化应用。

发明内容

基于上述背景，以简化原料体系和制备工艺为前提，本发明采用高活性超细粉煤灰作为AAFA的主要原料，这是由于通过粉磨获取的高活性超细粉煤灰具有以下特征：表面化学键断裂，表面缺陷和活性点位大幅增加；比表面积和表面自由能显著提高，进而增加其化学不稳定性及其与碱激发溶液之间的固-液反应界面；内部原生晶格发生畸变和缺陷，呈现一定程度的解聚和无定形化。因此，高活性超细粉煤灰可显著加速AAFA“解构-重构-凝聚-结晶”的聚合反应，制备出一种可常温下养护的快凝高强碱激发粉煤灰胶凝材料，使其在常温条件下快速凝结并获取较高的早期及后期强度，免除现有的高温养护步骤，拓展其在现场建筑工程中的应用。

本发明的技术方案之一，一种可常温下养护的快凝高强碱激发粉煤灰胶凝材料，将预激发溶液和原状粉煤灰、高活性超细粉煤灰混合制备而成；所述预激发溶液为氢氧化钠水溶液和高活性超细粉煤灰混合制备而成。

进一步地，质量份数计，原料包括：水、原状粉煤灰30-50份、高活性超细粉煤灰50-70份和氢氧化钠12-18份。

进一步地，所述原状粉煤灰为I级粉煤灰；所述高活性超细粉煤灰为所述原状粉煤灰经球磨至中位粒径为2-3μm的产物。

本发明的技术方案之二，上述可常温下养护的快凝高强碱激发粉煤灰胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氢氧化钠和2-3份高活性超细粉煤灰原料混合制备预激发溶液；

(2)将预激发溶液和原状粉煤灰、剩余高活性超细粉煤灰混合，搅拌制样，养护得到所述碱激发粉煤灰胶凝材料。