一种防辐射地质聚合物及其制备方法

本发明涉及一种功能性建筑材料，具体是一种防辐射地质聚合物及其制备方法。

背景技术：

1、地质聚合物是一类由活性硅铝质原料与碱性激发剂反应制备的绿色无机胶凝材料，地质聚合物具有早强、致密和耐腐蚀等优异特性，且能高值化利用工业废弃物，故在固废处理等特殊工程领域具有广阔的应用前景。并且，地质聚合物材料具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能，有取代普通波特兰水泥的可能，以及具备利用矿物废渣和建筑垃圾作为原料的特点，在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料、和耐高温材料等方面均有应用。

2、目前，矿石的开采以及煤炭的使用，都会产生大量很难处理矿渣及粉煤灰，这不仅占用大量土地，而且矿渣及粉煤灰中含有较多的硫化物，长期暴露在空气中易发生化学反应产生硫酸，从而在酸性环境下加速了重金属的浸出，对环境和土壤产生不利的影响。现阶段能处置并资源化利用矿渣及粉煤灰的途径较少且用量有限。因此，如何较好的处理上述固废材料，不仅是一个经济问题，同时也是一个重要的环境保护问题。

3、从资源利用的观点出发，矿渣及粉煤灰可通过碱激发反应制备出性能优异的地质聚合物。而且，矿渣及粉煤灰所含的重金属元素对原子核辐射(x及γ射线)有很好的屏蔽作用，同时，结合一些其他的防辐射填料的功能作用及地质聚合物本身具备的致密和耐腐蚀等特性，使其能广泛用于防辐射建筑防护体中，如核反应堆的内外壳、人防工程以及核废料的固化处理防护体等。更重要的是，地质聚合物中形成的硅铝酸盐凝胶相具有独特的三维网络结构，能充分固化矿渣及粉煤灰中的重金属元素，限制其浸出。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种防辐射地质聚合物及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种防辐射地质聚合物，包括以下按重量份组成的原料：矿渣50-100份、粉煤灰20-50份、屏蔽增强填料2-5份、聚乙烯醇纤维5-10份、氢氧化钠10-20份、硅酸钠10-20份、乙烯基酯树脂3-8份、水20-30份。

4、作为本发明进一步的方案：包括以下按重量份组成的原料：矿渣50-80份、粉煤灰20-40份、屏蔽增强填料2-4份、聚乙烯醇纤维7-10份、氢氧化钠14-20份、硅酸钠10-18份、乙烯基酯树脂4-8份、水25-30份。

5、作为本发明进一步的方案：包括以下按重量份组成的原料：矿渣70份、粉煤灰30份、屏蔽增强填料3份、聚乙烯醇纤维8份、氢氧化钠17份、硅酸钠15份、乙烯基酯树脂6份、水27份。

6、作为本发明进一步的方案：矿渣、粉煤灰的化学成份包括：sio2、al2o3、cao、fe2o3、so3、mgo、tio2以及k2o。

7、作为本发明进一步的方案：所述屏蔽增强填料为硫酸钡、银纤维、铅玻璃、石墨中的一种或多种。

8、一种防辐射地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：

9、s1：按重量份称取硅酸钠、氢氧化钠和水，搅拌均匀后得到碱激发剂备用；

10、s2：按重量份称取矿渣、粉煤灰、屏蔽增强填料，并将其倒进搅拌机中，并向搅拌机中加入s1制得的碱激发剂，低速搅拌；

11、s3：按重量份称取聚乙烯醇纤维、乙烯基酯树脂，并倒入至低速转动的搅拌机内，再进行高速搅拌，搅拌均匀后，浆料应立即成型；

12、s4：将s3得到的浆料浇筑至模具中，并进行振捣，振捣密实后，在常温下用保鲜膜密封养护、固化完成后进行脱模，防辐射地质聚合物的制备完成。

13、作为本发明进一步的方案：在s2中，搅拌机低速搅拌的转速为180r/min，低速搅拌时长为2-3min。

14、作为本发明进一步的方案：在s3中，搅拌机高速搅拌的转速为300r/min，高速搅拌时长为3-5min。

15、作为本发明再进一步的方案：在s4中，常温下养护时长为48-96h，确保防辐射地质聚合物的固化完成且可顺利脱模。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明提供一种防辐射地质聚合物，以矿渣、粉煤灰为基体，实现了矿渣、粉煤灰无害化处理、大批量资源化利用和高值化产品的新应用途径，既保护了环境，又实现了废弃资源的再利用，并且提供一种防辐射地质聚合物的制备方法，此方法操作起来非常简单，制备得到性能良好的防辐射地质聚合物，有利于现实使用。

技术特征：

1.一种防辐射地质聚合物，其特征在于，包括以下按重量份组成的原料：矿渣50-100份、粉煤灰20-50份、屏蔽增强填料2-5份、聚乙烯醇纤维5-10份、氢氧化钠10-20份、硅酸钠10-20份、乙烯基酯树脂3-8份、水20-30份。

2.根据权利要求1所述的防辐射地质聚合物，其特征在于，包括以下按重量份组成的原料：矿渣50-80份、粉煤灰20-40份、屏蔽增强填料2-4份、聚乙烯醇纤维7-10份、氢氧化钠14-20份、硅酸钠10-18份、乙烯基酯树脂4-8份、水25-30份。

3.根据权利要求2所述的防辐射地质聚合物，其特征在于，包括以下按重量份组成的原料：矿渣70份、粉煤灰30份、屏蔽增强填料3份、聚乙烯醇纤维8份、氢氧化钠17份、硅酸钠15份、乙烯基酯树脂6份、水27份。

4.根据权利要求3所述的防辐射地质聚合物，其特征在于，矿渣、粉煤灰的化学成份包括：sio2、al2o3、cao、fe2o3、so3、mgo、tio2以及k2o。

5.根据权利要求3所述的防辐射地质聚合物，其特征在于，所述屏蔽增强填料为硫酸钡、银纤维、铅玻璃、石墨中的一种或多种。

6.一种如权利要求1-5所述的防辐射地质聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的防辐射地质聚合物的制备方法，其特征在于，在s2中，搅拌机低速搅拌的转速为180r/min，低速搅拌时长为2-3min。

8.根据权利要求6所述的防辐射地质聚合物的制备方法，其特征在于，在s3中，搅拌机高速搅拌的转速为300r/min，高速搅拌时长为3-5min。

9.根据权利要求6所述的防辐射地质聚合物的制备方法，其特征在于，在s4中，常温下养护时长为48-96h，确保防辐射地质聚合物的固化完成且可顺利脱模。

技术总结
本发明公开了一种防辐射地质聚合物，包括以下按重量份组成的原料：矿渣50‑100份、粉煤灰20‑50份、屏蔽增强填料2‑5份、聚乙烯醇纤维5‑10份、氢氧化钠10‑20份、硅酸钠10‑20份、乙烯基酯树脂3‑8份、水20‑30份。本发明提供一种防辐射地质聚合物，以矿渣、粉煤灰为基体，实现了矿渣、粉煤灰无害化处理、大批量资源化利用和高值化产品的新途径，既保护了环境，又实现了废弃资源的再利用，此外，本发明还提供了一种防辐射地质聚合物的制备方法，此方法操作起来非常简单，制备得到防辐射性能良好的防辐射地质聚合物，有利于现实使用。

技术研发人员：吴艳光,杨舟,李朝东,皮忠良,王菲
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25