本发明属于砂浆领域，具体公开一种地质聚合物修补砂浆及其制备和使用方法。
背景技术
地质聚合物是指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，在激发剂的作用下，活性硅铝质原料中的si-o、al-o键发生断裂，形成[sio4]4-、[alo4]5-四面体，再经过缩聚形成o-si-o-al-o网络状结构的无机聚合物，具有凝结硬化快、早期强度高、耐高温、耐酸碱腐蚀等优点。修补砂浆是指用于混凝土结构表面缺陷修补或加固的一类砂浆，具有较高的抗压强度、粘结性、抗裂性以及防水性。地质聚合物修补砂浆属于无机矿物聚合物修补砂浆，其抗压强度、粘接强度、防水性能等性能指标均优于一般的水泥基修补砂浆，但存在凝结时间短、流动性差而不便于施工作业的问题，同时目前还存在制备成本高的问题。因此，地质聚合物修补砂浆要得到进一步推广应用，控制性能和降低成本是必要的。
在以铝合金为加工原料的生产工艺过程中，会产生一定量的高含铝碱性废液，该废液的主要成分是偏铝酸钠和氢氧化钠。该废液一般需要先进行中和处理达标后才能排放，不仅消耗酸性中和药剂，同时废液中含有的铝不回收容易造成资源的浪费，所以对该废液的高效资源化利用也是一个亟待解决的问题。
本发明提出制备一种地质聚合物修补砂浆，利用高含铝碱性废液部分替代地质聚合物修补砂浆胶凝体系中碱激发剂和活性铝质校正料/原料，这有利于降低目前地质聚合物修补砂浆的制备成本，同时为铝合金原料加工过程中产生的高含铝碱性废液高效资源化利用提供一条新途径。
技术实现要素：
为缓解目前地质聚合物修补砂浆制备成本高的问题，以及铝合金原料加工过程中产生的高含铝的碱性混合废液高效利用问题，本发明提供了一种地质聚合物修补砂浆及其制备和使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种地质聚合物修补砂浆，由a、b两种组份制成：
其中，所述a组份为活性硅铝质原料，由以下材料均匀混合制备得到：矿粉：280-320份、粉煤灰：55-65份、微硅灰：35-40份、减水剂：1.5-2份、缓凝剂：0.8-1.2份、细骨料：580-620份、纤维：4.5-5.5份；
所述的b组份为复合激发剂，由硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者加热混合制备得到；其中，硅酸钠：30-35份、氢氧化钠3.8-4.3份、高含铝的碱性废液：60-65份，以重量份数计。
所述的矿粉选自s95级矿粉，比表面积不低于400m2/kg，其化学成分中sio2与al2o3的质量比范围为2.6-2.8。
所述的粉煤灰选自ⅰ级粉煤灰，其化学成分中sio2与al2o3的质量比范围为2.2-2.5。
所述的微硅灰中sio2含量不低于96％。
所述的减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂；所述的缓凝剂选自磷酸盐缓凝剂；所述的细骨料选自中砂，机制砂或天然砂中的任意几种。
所述的纤维为玄武岩纤维，长度10-30mm，长径比为500-1000。
所述的硅酸钠选自粉剂速溶硅酸钠，模数为2.8-3.0，因为硅酸钠模数越高，越难溶解；相同模数下，速溶硅酸钠比普通硅酸钠更易溶解，市场上有速溶硅酸钠产品，其中模数是硅酸钠中二氧化硅与氧化钠的摩尔比。
所述的氢氧化钠选自工业级片剂氢氧化钠，因为在混凝土水灰比一定的情况下，如果氢氧化钠为溶液，则势必需要减少高铝碱性废液的用量。
所述高含铝碱性废液选自氢氧化钠浓度大于100g/l、偏铝酸钠浓度大于80g/l的高含铝碱性废液。
优选，所述的b组份为复合激发剂，由硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者在65℃加热混合制得。
作为优选，一种地质聚合物修补砂浆，由a、b两种组份组成：
其中，所述a组份为活性硅铝质原料，由以下材料均匀混合制备得到：矿粉：300份、粉煤灰：60份、微硅灰：38份、减水剂：2份、缓凝剂：1份、细骨料：600份、纤维：5份，所述的b组份为复合激发剂，由硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者加热混合制得；其中，硅酸钠：31份、氢氧化钠4份、高含铝的碱性废液：63份，以重量份数计。
一种地质聚合物修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：将所述地质聚合物修补砂浆中a、b组份按一定重量比例均匀混合搅拌后，即得产品。
作为优选：按b/a重量比取值为0.38-0.4。
一种地质聚合物修补砂浆的使用方法：将制备的地质聚合物修补砂浆用于需修补的混凝土结构部位。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种地质聚合物修补砂浆，由a、b两种组份组成，a组份主要为活性硅铝质材料，由以下材料组成：矿粉：280-320份、粉煤灰：55-65份、微硅灰：35-40、减水剂：1.5-2份、缓凝剂：0.8-1.2份、细骨料：580-620份、纤维：4.5-5.5份；b组份为复合激发剂，由硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者加热混合制得；其中，硅酸钠：30-35份、氢氧化钠3.8-4.3份、高含铝的碱性废液：60-65份，以重量份数计。本发明利用含高铝碱性废液中的氢氧化钠辅助调节复合激发剂中速溶硅酸钠的模数，可大大节约氢氧化钠的用量，同时废液中的偏铝酸钠可作为地质聚合物修补砂浆中的活性铝质校正料或部分活性铝质原料，废液中的水分可作砂浆用水的来源；考虑到外加剂与地质聚合物的适应性，选择了木质素磺酸盐类减水剂和磷酸盐缓凝剂，使修补砂浆获得了更高的流动度和更长的凝结时间，从而便于施工作业。另外，考虑到上述含高铝碱性废液中常含有一定量的cl－离子，钢纤维增强砂浆时存在纤维被锈蚀的危害，同时考虑到纤维在地质聚合物修补砂浆中的分散性问题，选择了玄武岩纤维作为本发明的增强材料。
本发明提出制备一种地质聚合物修补砂浆，利用高含铝碱性废液与速溶硅酸钠和氢氧化钠制备复合激发剂，可大大减少地质聚合物修补砂浆激发剂中氢氧化钠的用量，同时废液中的偏铝酸钠可作为地质聚合物修补砂浆的活性铝质校正料或部分活性铝质原料，废液中的水分可作砂浆用水的来源，这有利于降低目前地质聚合物修补砂浆的制备成本以及改善其施工作业性能(包括流动性与凝结性能)，同时为铝合金原料加工过程中产生的高含铝碱性废液的高效资源化应用提供一条新途径。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
实施例1：
一种地质聚合物修补砂浆，由a、b两种组份构成，a组份主要为活性硅铝质原料，由以下材料组成：矿粉(s95级，比表面积410m2/kg，sio2与al2o3质量比为2.8)：290份、粉煤灰(ⅰ级粉煤灰，sio2与al2o3质量比为2.4)：65份、微硅灰(sio2含量97.6％)：40份、减水剂(木质素磺酸钠，粉剂)：2份、缓凝剂(焦磷酸钠，粉剂)：1份、细骨料(石英砂，中砂，细度模数2.5)：600份、纤维(玄武岩纤维，长度为25mm，长径比600)：5份，以重量份数计；
b组份为复合激发剂，由速溶硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者加热65℃混合制得；其中，速溶硅酸钠(模数2.9，粉剂)：32份、氢氧化钠(工业级，片剂)：4份、高含铝碱性废液(氢氧化钠浓度为113.1g/l，偏铝酸钠浓度为81.0g/l)：62份，以重量份数计。
一种地质聚合物修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：将所述地质聚合物修补砂浆中a、b组份按一定重量比例均匀混合搅拌后，即得产品，a、b两种组份，按照b/a重量比取值为0.4进行混合搅拌。
一种地质聚合物修补砂浆的使用方法：将制备的地质聚合物修补砂浆用于需修补的混凝土结构部位。
实施例2：
一种地质聚合物修补砂浆，由a、b两种组份构成，a组份主要为活性硅铝质原料，由以下材料组成：矿粉(s95级矿渣，比表面积410m2/kg，sio2与al2o3质量比为2.8)：310份、粉煤灰(ⅰ级粉煤灰，sio2与al2o3质量比为2.4)：55份、微硅灰(sio2含量97.6％)：35份、减水剂(木质素磺酸钠，粉剂)：2份、缓凝剂(焦磷酸钠，粉剂)：1份、细骨料(石英砂，中砂，细度模数2.5)：600份、纤维(玄武岩纤维，长度为25mm，长径比600)：5份，以重量份数计；
b组份为复合激发剂，由速溶硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者加热(65℃)混合制得；其中，速溶硅酸钠(模数2.9，粉剂)：32份、氢氧化钠(工业级，片剂)：4份、高含铝的碱性废液(氢氧化钠浓度为113.1g/l、偏铝酸钠浓度为81.0g/l)：62份，以重量份数计。
一种地质聚合物修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：将所述地质聚合物修补砂浆中a、b组份按一定重量比例均匀混合搅拌后，即得产品，a、b两种组份，按照b/a重量比取值为0.4进行混合搅拌。
一种地质聚合物修补砂浆的使用方法：将制备的地质聚合物修补砂浆用于需修补的混凝土结构部位。
实施例3：
一种地质聚合物修补砂浆，由a、b两种组份构成，a组份主要为活性硅铝质原料，由以下材料组成：矿粉(s95级矿渣，比表面积410m2/kg，sio2与al2o3质量比为2.8)：300份、粉煤灰(ⅰ级粉煤灰，sio2与al2o3质量比为2.4)：60份、微硅灰(sio2含量97.6％)：38份、减水剂(木质素磺酸钠，粉剂)：2份、缓凝剂(焦磷酸钠，粉剂)：1份、细骨料(石英砂，中砂，细度模数2.5)：600份、纤维(玄武岩纤维，长度为25mm，长径比600)：5份，以重量份数计；
b组份为复合激发剂，由速溶硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者加热(65℃)混合制得；其中，速溶硅酸钠(模数2.9，粉剂)：32份、氢氧化钠(工业级，片剂)：4份、高含铝的碱性废液(氢氧化钠浓度为113.1g/l、偏铝酸钠浓度为81.0g/l)：62份，以重量份数计。
一种地质聚合物修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：将所述地质聚合物修补砂浆中a、b组份按一定重量比例均匀混合搅拌后，即得产品，a、b两种组份，按照b/a重量比取值为0.4进行混合搅拌。
一种地质聚合物修补砂浆的使用方法：将制备的地质聚合物修补砂浆用于需修补的混凝土结构部位。
实施例4：
一种地质聚合物修补砂浆，由a、b两种组份构成：a组份主要为活性硅铝质原料，由以下材料组成：矿粉(s95级矿渣，比表面积410m2/kg，sio2与al2o3质量比为2.8)：300份、粉煤灰(ⅰ级粉煤灰，sio2与al2o3质量比为2.4)：60份、微硅灰(sio2含量97.6％)：38份、减水剂(木质素磺酸钠，粉剂)：2份、缓凝剂(焦磷酸钠，粉剂)：1份、细骨料(石英砂，中砂，细度模数2.5)：600份、纤维(玄武岩纤维，长度为25mm，长径比600)：5份，以重量份数计。
b组份为复合激发剂，由速溶硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者加热(65℃)混合制得；其中，速溶硅酸钠(模数2.9，粉剂)：34份、氢氧化钠(工业级，片剂)：3.8份、高含铝的碱性废液(氢氧化钠浓度为113.1g/l、偏铝酸钠浓度为81.0g/l)：65份，以重量份数计。
一种地质聚合物修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：将所述地质聚合物修补砂浆中a、b组份按一定重量比例均匀混合搅拌后，即得产品，a、b两种组份，按照b/a重量比取值为0.4进行混合搅拌。
一种地质聚合物修补砂浆的使用方法：将制备的地质聚合物修补砂浆用于需修补的混凝土结构部位。
实施例5：
一种地质聚合物修补砂浆，由a、b两种组份构成：a组份主要为活性硅铝质原料，由以下材料组成：矿粉(s95级矿渣，比表面积410m2/kg，sio2与al2o3质量比为2.8)：300份、粉煤灰(ⅰ级，sio2与al2o3质量比为2.4)：60份、微硅灰(sio2含量97.6％)：38份、减水剂(木质素磺酸钠，粉剂)：2份、缓凝剂(焦磷酸钠，粉剂)：1份、细骨料(石英砂，中砂，细度模数2.5)：600份、纤维(玄武岩纤维，长度为25mm，长径比600)：5份，以重量份数计。
b组份为复合激发剂，由速溶硅酸钠、氢氧化钠、含高铝碱性废液三者加热(65℃)混合制得；其中，速溶硅酸钠(粉剂，模数2.9)：32份、氢氧化钠(工业级，片剂)：4份、高含铝的碱性废液(氢氧化钠浓度为113.1g/l、偏铝酸钠浓度为81.0g/l)：62份，以重量份数计。
一种地质聚合物修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：将所述地质聚合物修补砂浆中a、b组份按一定重量比例均匀混合搅拌后，即得产品，a、b两种组份，按照b/a重量比取值为0.38进行混合搅拌。
一种地质聚合物修补砂浆的使用方法：将制备的地质聚合物修补砂浆用于需修补的混凝土结构部位。
将实施例1～5制备的地质聚合物修补砂浆，与不掺高含铝碱性废液的地质聚合物修补砂浆进行性能对比，得到如下结果：
其中，不掺高含铝碱性废液的地质聚合物修补砂浆由以下原料混合搅拌制备得到：s95矿粉(s95级矿渣，比表面积410m2/kg，sio2与al2o3质量比为2.8)：300份、粉煤灰(ⅰ级，sio2与al2o3质量比为2.4)：60份、微硅灰(sio2含量97.6％)：38份、速溶硅酸钠(粉剂，模数2.9)：76.3份、氢氧化钠(工业级，片剂)：22.5份、水：131.2份、减水剂(木质素磺酸钠，粉剂)：2份、缓凝剂(焦磷酸钠，粉剂)：1份、细骨料(石英砂，中砂，细度模数2.5)：600份、纤维(玄武岩纤维，长25mm，长径比600)：5份，以重量份数计。
从上述数据对比可知，利用高含铝碱性废液与速溶硅酸钠和氢氧化钠制备的复合激发剂体系，与利用速溶硅酸钠和氢氧化钠制备的常规性复合激发剂体系相比，两者的激发效果近似，表现为激发后修补砂浆的抗压强度近似；另外，由上述数据可知，有高含铝碱性废液的复合激发剂体系，使地质聚合物修补砂浆具有更长的凝结时间，砂浆的可施工时间延长，这可能与高含铝碱性废液中存在杂质成分有关。这表明利用高含铝碱性废液与速溶硅酸钠和氢氧化钠制备复合激发剂用于地质聚合物修补砂浆中是可行的。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的修改，均应含在本发明的保护范围之内。