一种钙基地聚合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料领域，特别是涉及一种钙基地聚合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 硅酸盐水泥自1824年发明以来，其大规模的应用促进了人类社会的巨大发展，但 同时也随之产生了一些亟待解决的环境问题，严重威胁着人类的生活环境。传统的硅酸盐 水泥采用"两磨一烧"工艺，消耗大量的石油、煤和天然气等不可再生能源，其能耗占世界总 能耗15%左右；同时还排放出大量的温室气体C0 2,导致全球平均气温逐年上升并由之引发 例如海平面上升、地球上病虫害增多等一系列的环境问题和巨大的灾难。目前，发展中国家 的单位水泥二氧化碳的排放系数普遍高于发达国家，生产It水泥要向大气中排放接近It的 二氧化碳。2009年世界水泥生产总量约29亿吨，预计到2050年将达到60亿吨之高，粗略计 算，将向大气中排放60亿吨的二氧化碳。水泥的需求量随着世界经济迅速发展不断增加，对 资源的消耗并产生的环境问题日益严重。如果不寻找出有效的措施降低温室气体的排放， 将会给人类的生存条件带来严重的后果。与此同时，混凝土建筑物使用环境日益恶化，人们 活动空间不断延展，对无机胶凝材料的力学性能和耐久性能要求越来越苛刻。传统硅酸盐 水泥的持续生产对人类赖以生存的环境负荷越来越大，消耗的资源越来越多，其不适应现 代文明的弊端也暴露无遗。另外，随着工业的发展，大量的粉煤灰、冶金矿渣、工业废渣、建 筑废弃物等Si-Al质材料的工业固体废弃物占用大量土地资源且严重污染环境。因此如何 改造现有硅酸盐水泥体系，研究与开发低碳环保的新型无机胶凝材料，不仅是时代的需求 与召唤，也是当前科技工作者迫切需要解决的一个重要课题。
[0003] 钙基地聚合物是指以含钙的铝硅酸盐材料或工业废渣和适量碱性激发剂在常温 下制成的以无机矿物高聚物为主要产物的水硬性胶凝材料。钙基地聚合物是一类新型的高 性能无机聚合物材料，是碱激活胶凝材料中最具前途的一类。由于其特殊的无机缩聚三维 氧化物网络结构，使得钙基地聚合物材料在众多方而具有比高分子材料、水泥、陶瓷和金属 更高的高温性能和机械性能；另一方面，钙基地聚合物制造过程中的能耗和三废排放量都 非常低，材料对环境友好并且可以很好地被回收再利用，该材料在室温条件下养护成型的， 无需养护设备和高温环境，具有能耗低的优势，是一种可持续发展的"绿色环保材料"。但现 有技术表明，一些碱激发胶凝材料存在以下不足：以单一矿渣成分制备的碱矿渣水泥，尽管 其强度高及早期强度好，但其反应产物多为无机矿物低聚物，且其水泥石收缩和脆性较大， 因此其耐久性受到一定影响；以偏高岭土或粉煤灰等材料制备的碱激发胶凝材料，虽其反 应产物为无机矿物高聚物，具有较好的耐久性能，但其需要较高的养护温度，常温下其水泥 石强度较低。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供的一种钙基地聚合物材料及其制备方法，用该 方法制备的钙基地聚合物可以使粒化高炉矿渣、偏高岭土和粉煤灰在钙基地聚合物水泥石 结构形成过程中优势互补，大幅度降低水胶比，使钙基地聚合物具有良好的力学性能和耐 久性;所制备的钙基地聚合物是在室温条件下养护成型的，无需养护设备和高温环境，具有 能耗低的优势。
[0005] 实现本发明目的的技术方案：
[0006] 一种钙基地聚合物材料，常温下由粒化高炉矿渣和偏高岭土、粉煤灰组成的多元 复合粉体在碱性激发剂激发得到的，其原料配方包括:70 %~90 %粒化高炉矿渣、0~30 % 粉煤灰、10~30 %偏高岭土;碱性激发剂采用占多元复合粉体重量2 %~10 %的液态水玻 璃。
[0007] 所述的粒化高炉矿渣比表面积为4200cm2/g，粒化高炉矿渣的掺入量优选为80 %; [0008] 所述的偏高岭土比表面积为8500cm2/g，掺量优选为10% ;
[0009]所述的粉煤灰比表面积为6400cm2/g，掺量优选为10% ;
[0010] 所述的液态水玻璃模数η为0.8~1.6。
[0011] -种钙基地聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012] 1)将粒化高炉矿渣、粉煤灰、偏高岭土按照配比混合均匀，得到粒化高炉矿渣-粉 煤灰-偏高岭土多元复合粉体，所述多元复合粉体各组分质量百分含量为:粒化高炉矿渣 70 %~90 %、粉煤灰0~30 %、偏高岭土0~30 % ;
[0013] 2)不同模数η的液态水玻璃是将化学纯氢氧化钠加入模数η = 3.26的原状工业水 玻璃中调节得到的，液态水玻璃与氢氧化钠按比例1: 〇. 26、1:0.24、1:0.22、1:0.20、1:0.18 混合，配制得到模数分别为0.8、1.0、1.2、1.4、16的碱激发剂溶液；
[0014] 3)将多元复合粉体及碱性激发剂一起倒入水泥搅拌机中搅拌均匀，得到钙基地聚 合物浆体;将搅拌好的净浆倒入试模中振动成型，将试件连模一起放入养护温度保持在20 °C±1°C，相对湿度大于90%的标准养护室中养护24小时，脱模后继续在湿气中养护至相应 龄期。经上述步骤，可制备得到钙基地聚合物。
[0015] 有益效果
[0016] 本发明提供了一种钙基地聚合物及其制备方法，该方法提供的钙基地聚合物制备 过程无需高温煅烧，在常温下即可制得，大大节约了生产成本，降低了能耗，且生产过程中 C02等温室气体排放非常低;该材料以来源广泛和低成本的粒化高炉矿渣为主要原料，解决 了粒化高炉矿渣长期堆存的资源浪费和环境污染的问题，钙基地聚合物具有优良的力学性 能和耐久性，是一种绿色和环境友好型胶凝材料，具有广阔的市场应用前景。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例对本发明作进一步的阐述，但不是对本发明的限定
[0018] 实施例
[0019] 一种钙基地聚合物材料，常温下由粒化高炉矿渣和偏高岭土、粉煤灰组成的多元 复合粉体在碱性激发剂激发得到的，其原料配方包括:70 %~90 %粒化高炉矿渣、0~30 % 粉煤灰、10~30 %偏高岭土;碱性激发剂采用占多元复合粉体重量2 %~10 %的液态水玻 璃。
[0020] 所述的粒化高炉矿渣比表面积为4200cm2/g，粒化高炉矿渣的掺入量优选为80 %; [0021] 所述的偏高岭土比表面积为8500cm2/g，掺量优选为10% ;
[0022]所述的粉煤灰比表面积为6400cm2/g，掺量优选为10% ;
[0023]所述的液态水玻璃模数η为0.8~1.6。
[0024] 通过以上主要原料，可以制备得到性能优良、成本低廉、绿色环保的钙基地聚合物 材料。
[0025] -种钙基地聚合物材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0026] 1)将粒化高炉矿渣、粉煤灰、偏高岭土按照配比混合均匀，得到粒化高炉矿渣-粉 煤灰-偏高岭土多元复合粉体，所述多元复合粉体各组分质量百分含量为:粒化高炉矿渣 70 %~90 %、粉煤灰0~30 %、偏高岭土0~30 % ;
[0027] 2)不同模数η的液态水玻璃是将化学纯氢氧化钠加入模数η = 3.26的原状工业水 玻璃中调节得到的，液态水玻璃与氢氧化钠按比例1: 〇. 26、1:0.24、1:0.22、1:0.20、1:0.18 混合，配制得到模数分别为0.8、1.0、1.2、1.4、16的碱激发剂溶液；
[0028] 3)将多元复合粉体及碱性激发剂一起倒入水泥搅拌机中搅拌均匀，得到钙基地聚 合物浆体；
[0029] 4)将搅拌好的净浆倒入试模中振动成型，将试件连模一起放入养护温度保持在20 °C±1°C，相对湿度大于90%的标准养护室中养护24小时，脱模后继续在湿气中养护至相应 龄期，得到钙基地聚合物。
[0030] 实施例1
[0031 ]不同模数的液态水玻璃对以粒化高炉矿渣、偏高岭土为主要原料的钙基地聚合物 性能的影响
[0032]以液态水玻璃作为激发剂