本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种沸石地聚物胶凝材料及其制备方法。
背景技术：
：地聚物的制备为通过烧粘土（偏高岭土）、碱激发剂等材料，经过相应处理，反应得到的一种新材料。这种具有三维氧化物网络结构的无机聚合材料，与陶瓷性能很相似，有优于水泥的性能。制作过程中材料不需高温处理，可以直接使用或低温下使用，原料简单来源广泛，价格低廉，比水泥的二氧化碳排放量更少，节能减排。同时在碱性条件下，地聚的硅铝酸的脱水反应是可逆的，产物还可以在粉碎之后二次利用，比水泥更环保。制作过程简单，其类晶体结构可以包裹金属离子和毒性物质，内在离子还可吸附金属离子，胶凝效果非常快，在较短时间即可达到高强度。据文献记载，地聚物胶凝材料在酸性条件下，也可由有很大的强度保有率，耐酸性高，强度下降较慢。cn105271848a发明以高岭土和锰尾矿渣为主要原料制备，制作工艺简单，利用锰尾矿渣替代了部分偏高岭土，降低了地聚物胶凝材料的成本，提高了锰尾矿综合利用程度，但因碱激发剂水玻璃的掺量、模数很难保证地聚物的胶凝效果，且收缩较大。当前地聚物胶凝材料主要存在以下问题：（1）快凝，如何使其凝结时间控制在一个合适范围内又不明显降低强度；（2）表面容易泛霜，不仅影响制品的外观，而且会降低制品的抗渗性和界面与界面之间的结合强度；（3）碱骨料反应破坏的长期过程，对于各种抑制碱骨料反应的矿物掺合料或外加剂的深入研究非常必要；（4）收缩，掌握各组分之间的性质和关系通过相应手段可以降低收缩；（5）强度易受波动，矿物结构不稳定等等，另外粉煤灰的活性很难激活，如何将这些问题控制在一个合理范围内，最大限度的利用物质且有很好的使用效果对现实有重要的意义。技术实现要素：本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种沸石地聚物胶凝材料，20℃水化6h，即可达到要求强度，凝结时间快且强度高，缓解了表面泛霜的问题，此外，该胶凝材料能达到收缩小、耐腐蚀性好的效果，在道路、桥梁及军事设施等可运用其进行快速抢修。为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种沸石地聚物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：1）制备硅铝质混合料：a.将大块纯细高岭土进行水洗、过滤、烘干处理后放在行星球磨机的不锈钢罐中研磨3h，筛分后放入高温炉中，在700℃下煅烧2小时得到偏高岭土粉末；b.混合一定量粉煤灰、沸石、氧化镁、赤泥，混合均匀烘干得到硅铝质混合料；2）配制碱性活化剂：先将氢氧化钠和一定量水融合得到氢氧化钠溶液，再加入水玻璃，制取不同模数的碱活性激发剂，常温放置冷却12小时；3）制备沸石地聚物胶凝材料：将硅铝质混合料缓缓加入到碱性活化剂中，边搅拌，边加入蒸馏水，直到液固比为2/1，在充分搅拌后放入到85℃烘箱中，保存12小时，脱模即制得沸石地聚物胶凝材料。作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1）具体包括：所述偏高岭土100份，所述粉煤灰占所述偏高岭土质量的10%-15%，所述沸石占所述偏高岭土质量的5%-12%，所述氧化镁占所述偏高岭土质量的1-5%，赤泥占所述偏高岭土的10%-15%；所述偏高岭土活性指数≥110。作为本发明的一种优选技术方案，所述粉煤灰采用二级粉煤灰，二氧化硅含量为45%以上；所述沸石为经过研磨筛选后粉末，密度2.27g/cm3，粒径100-120目；所述氧化镁为白色无定形粉末，粒径小于2μm；所述赤泥采用球磨机粉磨40min磨细筛分，细度大于31%，烧失量小于7%；以上几种材料依配比制得硅铝质混合料，所述硅铝质混合料取100份。作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2）中的碱性活化剂由180-190份氢氧化钠和25-30份水玻璃制得，所述水玻璃模数为1.4，所述氢氧化钠比有效成分大于97%。作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3）中蒸馏水加入需满足0.35的水灰比，该含量除去水玻璃的水和氢氧化钠产生的水，水灰比为水与硅铝质混合料的质量百分比。作为本发明的一种优选技术方案，制得的沸石地聚物胶凝材料在45℃下用保鲜膜包裹于构件养护9天，再进行自然养护。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：铝硅酸盐的原料在碱性条件下分解为硅铝单体后，逐渐聚合为高聚合度的凝胶，最后再生成类沸石结构物质，这种物质通过离子键和共价键结合，结合性强，基本不与腐蚀性介质反应，耐腐蚀性强。采用沸石可以细化材料内部孔隙结构，降低孔隙率吸附水，并释放水，同时吸附材料中的碱金属离子，抑制碱硅酸反应，降低体积收缩及微裂缝；氧化镁可以在地聚物中起着显著的胶结和填充作用，与水发生反应生成氢氧化镁，再在二氧化碳的环境下可以吸收水分产生碳化产物，例如片状水碳美石等物质，氧化镁也起着膨胀剂和碳酸化缓冲剂的效果，这种碳化产物也可有效吸收二氧化碳，提高地聚物胶凝材料的抗碳化性能；赤泥与偏高岭土在碱活性激发剂的效果下形成地聚物，消耗内部的铝酸盐和碱性物质，减少了偏高岭土的使用，实现了废物的合理利用；利用粉煤灰、偏高岭土，亦能提高地聚物混凝土的力学性能，该地聚物胶凝材料克服了晶体的脱水、解体和胶体的失水造成的性能变化。本发明所得的沸石地聚物胶凝材料强度高，硬化快，不掺缓凝剂，密度可达2.3-2.7g/cm3,莫氏硬度为5-6，3天强度可以达到20mpa，其毛细孔率为17%-21%，抗渗性较好，收缩小，可以保证钢筋不受侵蚀和保护层不发生较大的开裂和剥落，比一般的水泥有更好的抗腐蚀性，即使在海水中放置很长时间，亦能保持较高强度。【具体实施方式】下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属本发明保护的范围。该发明中的碱活性激发剂为氢氧化钠和水玻璃的混合液体，配制过程如下：先将氢氧化钠和水融合得到氢氧化钠溶液，再加入水玻璃，制取不同模数的碱活性激发剂。其中氢氧化钠为市售分度纯，纯度为97%，水玻璃为市售工业水玻璃，波美度为40%，na2o质量分数为8.98%，sio2质量分数为29.23%。实施例1沸石地聚物胶凝材料制备本发明实施例中使用的粉煤灰采用二级粉煤灰，二氧化硅含量为56%。实施例制备方法如下：1）制备硅铝质混合料：a.将大块纯细高岭土进行水洗、过滤、烘干处理后放在行星球磨机的不锈钢罐中研磨3h，筛分后放入高温炉中，在700℃下煅烧2小时得到偏高岭土粉末；b.混合一定量粉煤灰、沸石、氧化镁、赤泥，混合均匀烘干得到硅铝质混合料，并取100份；2）配制碱性活化剂：先将氢氧化钠和一定量水融合得到氢氧化钠溶液，再加入水玻璃，制取模数为1的碱活性激发剂，常温放置冷却12小时；3）制备沸石地聚物胶凝材料：将硅铝质混合料缓缓加入到碱性活化剂中，边搅拌，边加入蒸馏水，直到液固比为2/1，在充分搅拌后放入到85℃烘箱中，保存12小时，脱模即制得沸石地聚物胶凝材料。硅铝质原料制备配比为：偏高岭土100份、粉煤灰12份，沸石10份，氧化镁4份，赤泥13份。该混合料中沸石经过磨细筛选处理，赤泥亦采用拜耳法高温煅烧、压滤蒸干等处理方式制得。实施例2沸石地聚物胶凝材料制备：该例中仅硅铝质原料配比不同，硅铝质原料配比为偏高岭土100份、粉煤灰12份，沸石15份，氧化镁4份，赤泥15份。碱性活化剂制备及制备地聚物胶凝材料同实施例1。对比例1未掺沸石地聚物胶凝材料制备：该对比例中不掺沸石，硅铝质混合料的配比为偏高岭土100份、粉煤灰12份，氧化镁4份，赤泥13份。赤泥采用拜耳法高温煅烧、压滤蒸干等处理方式制得。碱性活化剂制备及制备地聚物胶凝材料同实施例1。对比例2未掺沸石和氧化镁地聚物胶凝材料制备：该对比例中不掺沸石和氧化镁，硅铝质混合料的配比为偏高岭土100份、粉煤灰12份，赤泥13份。赤泥亦采用拜耳法高温煅烧、压滤蒸干等处理方式制得。对比例制备过程如下：1）制备硅铝质混合料：a.将大块纯细高岭土进行水洗、过滤、烘干处理后放在行星球磨机的不锈钢罐中研磨3h，筛分后放入高温炉中，在700℃下煅烧2小时得到偏高岭土粉末；b.混合一定量粉煤灰、赤泥，混合均匀烘干得到硅铝质混合料，并取100份；2）配制碱性活化剂：先将氢氧化钠和一定量水融合得到氢氧化钠溶液，再加入水玻璃，制取模数为1的碱活性激发剂，常温放置冷却12小时；3）制备沸石地聚物胶凝材料：将硅铝质混合料缓缓加入到碱性活化剂中，边搅拌，边加入蒸馏水，直到液固比为2/1，在充分搅拌后放入到85℃烘箱中，保存12小时，脱模即制得沸石地聚物胶凝材料。将实施例1-2和对比例1-2的地聚物胶凝材料试件进行抗压强度和收缩性、耐腐蚀性试验，综合评价本发明制得的沸石地聚物胶凝材料，具体方法如下：1.地聚物胶凝材料强度试验参照gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检测方法（iso法）》按照预先设计配比将各原料加入到水泥胶砂搅拌机搅拌均匀，然后浇筑入模具中，振捣成型，模具尺寸为40mm×40mm×160mm，按照相应方式养护，28天后测其强度。2.干燥收缩试验：根据jc/t603-2004进行收缩试验，试件尺寸为40mm×40mm×160mm，养护两天后用标定过的比长仪测试试件长度，测定方法依据相关规定，作为初始值，再测28天的长度。3.耐腐蚀性试验：将试件在腐蚀溶液（耐酸腐蚀性）浸泡后的抗压强度与在水中养护至相同龄期的抗压强度比值作为该试样的耐腐蚀系数，腐蚀期为60天。混凝土各项性能结果如下：表1沸石地聚物胶凝材料基本性能对此试验抗压强度（mpa）收缩率（×10-6）耐腐蚀性系数（%）实施例148.217594.8实施例243.918990.3对比例149.321391.2对比例245.625589.8表1的对比结果显示，实施例1-2和对比1-2制备的胶凝材料抗压强度相差趋势较小，这是因为沸石和氧化镁的掺入量较少，胶凝效果未收到明显影响，但其收缩率中可以发现，添加沸石和氧化镁的胶凝材料比未掺沸石和氧化镁收缩更小。这是因为沸石可以消耗反应中的碱化解能量堆积，这种铝硅酸盐矿物结构吸附碱金属离子，降低对地聚物结构的破坏程度，改善了地聚物的孔隙结构；氧化镁与水反应生成的膨胀性分子亦有效补偿了其自收缩和干缩性。从耐腐蚀性系数来看，当掺入的沸石和氧化镁较合适时，这种多组分制备的地聚物胶凝材料可具有十分有益的耐腐蚀性。这是因为硅铝酸盐凝胶的结构稳定性，降低了氢离子的继续扩散速率，且因碱活性激发剂的碱性影响，水化产物一直较稳定，不易分解。当前第1页12