[发明专利]一种地质聚合物混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种地质聚合物混凝土及其制备方法，主要以增材制造技术制作的互锁球为粗骨料，以空心玻璃微珠为细骨料，以粉煤灰作连续相，以磷酸三钠和硅酸三钠为碱激发剂，加入剑麻纤维作增强相，以注入Ca(OH)subgt;2/subgt;溶液的石蜡颗粒为降温养护材料。本发明通过耦合不同性能材料，将互锁球作为粗骨料，使大量地质聚合物处于三轴压缩状态，使得所制的地质聚合物混凝土提高了杨氏模量；石蜡颗粒的加入可以当混凝土温度过高时释放碱金属溶液进而起到降温和内部养护的作用；空心玻璃微珠的加入使得材料提高隔音功能，将其应用于建筑中，可提高建筑物的各项性能。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种地质聚合物混凝土及其制备方法。

背景技术

随着我国能源工业的稳固发展，粉煤灰排放量急剧增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2010年约为3亿吨，到现在每年排放量约为6亿吨，且后续的低端处理给我国的国民经济建设及生态环境造成了巨大的压力，地质聚合物的应用能够有效利用工业废弃物，实现废物循环，满足可持续发展的战略需求。

近些年来，增材制造技术得到了长足发展，使得打印一些复杂结构的骨料成为可能，而自然状态下的骨料存在着颗粒级配不连续，骨料质量良莠不齐，并且骨料与浆体之间难以形成有效连接机制等缺点。并且，传统混凝土在高温下，产生较多裂缝，同时导致混凝土结构变脆，在大力发展绿色建筑的今天，传统混凝土的缺陷愈发的明显，比如生产过程中产生的大量温室气体，抗裂性能差，极易发生碱集料反应造成混凝土强度下降等一系列缺陷使得人们不得不重新思考新型建筑材料，有大量研究表明，复合材料的使用能够结合两种材料的优缺点，使得整体强度得到成倍提升，通过纤维状增强相的脱粘拔出效应和裂纹偏转效应，使裂缝在展开过程中吸收更多能量，并通过触发碳纤维骨料得恢复应力，可降低结构的应力水平，改善应力分布，提高结构的承载能力。而地质聚合物作为新型绿色材料，采用废弃固料在碱激发剂作用下形成，在耐酸碱、吸收重金属离子、节能减排、高强度等方面具有出色的性能。

地质聚合物是利用低钙的活性硅铝质原材经过碱激发而形成的胶凝材料，在碱性物质的作用下，铝硅酸盐矿物粉体中的Si-O、Al-O键发生断裂，形成硅氧、铝氧四面体结构，再经过缩聚形成三维网络状结构，具有凝结时间可调节、较强的耐酸碱腐蚀能力、吸收及固定重金属离子及放射性物质的功能和耐热耐高温等品质。在建筑材料、防水材料以及废料固封领域有着广阔的应用前景。

发明内容

为解决现有混凝土浆体性能不足的问题，本发明提供一种地质聚合物混凝土及其制备方法，以改善目前混凝土在强度，耐疲劳，养护等方面的问题。本发明的多功能地质聚合物混凝土，能够在高温时延缓混凝土温度升高速率，起到内部二次养护，改善骨料与浆体之间的连结机制，提高混凝土力学性能和耐疲劳性的作用。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种地质聚合物混凝土，其特征在于，包括如下质量份的组成：

优选的，粉煤灰粒径为1～45μm。

优选的，空心石蜡颗粒直径为5～15mm且内部填充Ca(OH)₂溶液。

优选的，粗骨料为互锁球，细骨料为空心玻璃微珠。

优选的，空心玻璃微珠直径为5～15mm且满足连续颗粒级配。

优选的，剑麻纤维、空心玻璃微珠和空心石蜡颗粒在使用前先放入碱金属溶液中浸泡24～28h。

优选的，互锁球采用将短切碳纤维注入ABS树脂中进行3D打印制成，互锁球直径为15～40mm且满足连续颗粒级配。

优选的，互锁球的制备方法包括以下步骤：

(1)建模互锁：