[发明专利]一种高强度、耐风化牡蛎壳地质聚合物的制备方法

说明书

本申请涉及一种高强度、耐风化牡蛎壳地质聚合物的制备方法，它包括如下步骤：将牡蛎壳粉碎，球磨成80目牡蛎壳粉体；将牡蛎壳粉体加入到烧碱水溶液中，并置于反应釜中进行水热处理；水热处理后，在牡蛎壳粉体的烧碱水溶液中加入花岗岩粉渣、水玻璃溶液和有机硅烷偶联剂，机械混合均匀，得到混合浆料；将混合浆料浇注到模具中振动脱气，置于干燥箱中加压养护，养护结束后在室温下固化，获得牡蛎壳地质聚合物。本发明以牡蛎壳为原料制备地质聚合物，通过改善牡蛎壳颗粒与铝硅酸盐凝胶的界面粘接性能，降低孔隙率，提高抗压强度，并通过孔隙表面的疏水化，阻止外界水的渗透扩散，抑制地质聚合物的泛碱风化，大幅度提升地质聚合物的工程应用性能。

技术领域

本申请涉及固体废渣资源化技术领域，具体涉及一种高强度、耐风化牡蛎壳地质聚合物的制备方法。

背景技术

地质聚合物是由无机的硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成的三维网络凝胶体，具有有机高聚物的键接结构，所以地质聚合物兼有有机高聚物和硅酸盐水泥的特点。地质聚合物具有早期强度高、凝结时间快的特点；地质聚合物即使在400～800 °C热处理1 h，抗压强度仍约为30 MPa，可用作耐火材料。孙道胜、王爱国和胡普华的《地质聚合物的研究与应用发展前景》中提到利用碱激发偏高岭土制备的地质聚合物在25°C下4 h的抗压强度可达87.5 MPa，7天强度可达137.6 MPa。矿渣混合一定比例建筑废渣或红土作为原料，与NaOH和硅酸钠溶液混合，80°C养护24h，室温下固化7天，制备出矿渣基地质聚合物。发明专利CN201911285672.0公开了一种煤矿废弃物地质聚合物基混凝土及其制备方法，选用碱性干粉激发剂，制备碱性干粉激发剂时只取用粒径小于0.03 mm粉体，生产率较低且能耗高。

地质聚合物制备一般使用烧碱作为碱激活剂，养护过程中烧碱溶解铝硅酸盐固体废渣，并逐步脱水形成具有较高粘接强度的玻璃相。在实际工程应用过程中，外界水和二氧化碳气体透过气体孔道，渗入地质聚合物内部，与残余烧碱反应，生成碳酸钠，出现严重的泛碱风化，导致其机械强度大幅度降低，严重制约地质聚合物的工程化应用。

我国沿海地区大量养殖牡蛎，是主要的海洋养殖水产品，2019年我国牡蛎产量达到523 万吨。牡蛎有60%以上是不可食用的牡蛎壳，导致海岸线附近出现大量牡蛎壳堆积，占用宝贵的土地资源，影响堆场周围环境卫生和生态系统。牡蛎壳含有90%以上的方解石结构碳酸钙以及多糖、 糖蛋白和珍珠蛋白等有机质组分，目前仅有少量用于土壤改良以及食品添加剂和药物，绝大多牡蛎壳没有得到有效利用。以牡蛎壳为原料，通过加入一定量的铝硅酸盐废渣，采用碱激活地质聚合反应，可以制备出牡蛎壳地质聚合物。这不仅解决贝壳资源化利用问题，保护生态环境，而且地质聚合物作为绿色环保建材，有望广泛应用于修筑堤坝、沟渠和人行道，产生良好的经济和社会效益。

然而，牡蛎壳中疏水的有机质将严重干扰地质聚合反应，降低了牡蛎壳粉体颗粒与地质聚合反应生成的铝硅酸盐凝胶之间界面粘接性能；地质聚合反应过程中有机质水解产生的气泡使得地质聚合物孔隙率显著上升，降低地质聚合物的抗压强度，气泡导致的高孔隙率则加剧了地质聚合物泛碱风化，从而降低了牡蛎壳地质聚合物的工程化应用价值。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高强度、耐风化牡蛎壳地质聚合物的制备方法。以牡蛎壳为主要原料，加入花岗岩粉渣作为铝硅酸盐原料，有机硅烷偶联剂作为气孔表面疏水剂，采用碱激活的地质聚合反应，使花岗岩粉渣转变为铝硅酸盐凝胶，通过铝硅酸盐凝胶粘接牡蛎壳粉体颗粒，制备出牡蛎壳地质聚合物。通过改善牡蛎壳粉体颗粒与铝硅酸盐凝胶的界面粘接性能，降低牡蛎壳地质聚合物的孔隙率，提高抗压强度，并通过孔隙的疏水化，阻止外界水的渗透扩散，抑制地质聚合物的泛碱风化，大幅度提升地质聚合物的工程应用性能，推进牡蛎壳废渣在绿色建材领域的工程化应用。

本发明采取的技术方案是：一种高强度、耐风化牡蛎壳地质聚合物的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：将牡蛎壳粉碎，球磨成80目牡蛎壳粉体；