專利名稱:一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法
技術領域:
本發(fā)明屬于一種土聚水泥的制備,涉及一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法。制得的土聚水泥是一性能良好、新型環(huán)保的綠色水泥。
背景技術:
硅酸鹽水泥是建筑工程中不可或缺的建筑材料,但其生產(chǎn)過程中消耗大量的不可再生資源和能源,嚴重污染了環(huán)境,且其耐久性不足。地質聚合物(Geopolymer)是近年發(fā)展起來的一類新型無機高聚合膠凝材料,即地聚合物或土聚水泥。由法國科學家JosephDavidovits (約瑟夫·達維多維茨)教授于20世紀70年代首先發(fā)現(xiàn)并命名。相對于娃酸鹽水泥,土聚水泥具有豐富的原料資源,能耗低,幾乎無污染。土聚水泥水化產(chǎn)物的獨特結構決定其具有如下性能①較高的早期強度,室溫條件下養(yǎng)護4h其抗壓強度可達15 20MPa,并達到最終強度的70%,其后期強度也不會下降;②良好的施工性能,土聚水泥混凝土制備工藝簡單,并能在室溫下快速硬化;③節(jié)能環(huán)保,土聚水泥不依賴于石灰石作原料,比傳統(tǒng)波特蘭水泥生產(chǎn)中排放二氧化碳少90%;④耐久性好,土聚水泥制得的混凝土硬化后結構致密,抗?jié)B性、抗凍性好;在酸性條件下質量損失小,表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性能。由于其獨特的性能以及在建筑材料、高強材料、固核固廢材料、密封材料和耐高溫材料等方面所顯示出廣闊的應用前景,已成為各國材料科學工作者關注的目標之一。“Geopolymer (土聚水泥)” 一詞是法國化學家J. Davdovits教授于上世紀70年代研究古建筑時候發(fā)現(xiàn)并研究提出來的。土聚水泥是一種無機聚合硅酸鹽材料,又稱地質聚合物、土壤聚合物、地聚物、土聚物、礦物聚合物等。土聚水泥是又一種或一種以上的礦物材料或經(jīng)改性的礦物材料為原料,采用澆筑或壓制成型的方法,在較低的溫度小發(fā)生縮聚反應,形成以共價鍵、離子鍵為主的致密的高強度材料。偏高嶺土、高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰、煤矸石、磷渣、各種爐渣等都可作為合成土聚水泥的原料。土聚水泥由硅氧四面體與鋁氧四面體相連接形成的無機聚合物結構特征。因此,其既具有有機高聚物、陶瓷的性能又兼水泥的一些特性。土聚水泥在制備方面相對于普通水泥具有很大的優(yōu)勢,首先偏高嶺土基土聚水泥的主要原料是高嶺土,而我國是世界上主要的高嶺土產(chǎn)國,產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的78%,目前我國高嶺土產(chǎn)點有700多處,所以在土聚水泥制備中我國有豐富的原料來源。其次制造土聚水泥的材料不需要高溫煅燒和燒結,其反應在常溫到150°C就可以完成。而且生產(chǎn)過程中沒有N0x、SOx和CO產(chǎn)生,CO2的排放量也非常低。最后土聚水泥的生產(chǎn)主要以煤系高嶺為 原料,生產(chǎn)過程中不使用不可再生的石灰石資源,因此可以大大降低CO2的排放量,CO2被認為是引起“溫室效應”的罪魁禍首,而硅酸鹽水泥工業(yè)則負有不可推卸的責任,生產(chǎn)It水泥熟料就要放出It的CO2,世界上沒增加It水泥熟料,環(huán)境就會多增加It CO2的負荷,這一問題已引起人們的極大重視。開發(fā)土聚水泥有可能很大程度上解決這一難題,生產(chǎn)土聚水泥相對于硅酸鹽水泥能減少80%的CO2的排放,這對于生態(tài)平衡、維持環(huán)境協(xié)調具有重要意義。
世界各國對土聚水泥進行研究,性能得到不斷提高,應用領域也不斷擴展。目前,商品名為土聚水泥(Geopolymer)、(PZ-Geopoly)、(Pyrament)等系列土聚水泥產(chǎn)品已經(jīng)投放歐洲市場。前蘇聯(lián)Glukhovsk在50 — 60年代,系統(tǒng)地研究了土聚合物材料,大力開發(fā)這種新型膠凝材料用于建筑工業(yè),并研制了土聚水泥復合材料,Tjipto (芝普托)與Hansen(漢森)利用金屬纖維增強土聚水泥,得到抗彎強度為280 - 350Mpa的制品;此外,還有大量關于土聚水泥的專利文獻。如1981年,Dr. Bengt Fross (本特費斯博士)獲得利用火山灰制造膠凝材料的專利,法國Davidovits (達維多維茨)獲得利用粘土制備膠凝材料專利。Davidovits (達維多維茨)與Legrand (勒格朗)獲得利用壓力制備地聚合物專利。Davidovits Nicolas (達維多維茨尼古拉斯)獲得了纖維增強地聚合物的專利。而國內有關偏高嶺土研究的起步很晚,近幾年才陸續(xù)有一些偏高嶺土作為礦物摻合料研究的報道。大部分水泥科研工作者對土聚水泥的原料、水化機理、多種應用等諸多方面進行了深入細致的研究。在努力提高材料強度的同時,材料的耐久性越來越得到人們的關注。世界各地大型混凝土工程的破壞狀況非常嚴重,每年各國都需要花費巨額的費用在維修方面。土聚水 泥具有易脆的特性和抗折強度低等缺陷,通常會影響其廣泛的應用,現(xiàn)有土聚水泥的機械性能尚待改善。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術中的不足,提供一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,采用本發(fā)明制得的土聚水泥,有效提高了土聚水泥的抗壓強度,提供一種性能良好的綠色環(huán)保型水泥。本發(fā)明的內容是一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,其特征是包括下列步驟
a、配料按偏高嶺土 100質量份、堿激發(fā)劑50 70質量份、水10 30質量份、高分子化合物O.1 15質量份的組成和質量配比取各原料組分;
所述堿激發(fā)劑由10 40質量份的氫氧化鈉與30 50質量份的水玻璃混合組成;
所述高分子化合物是聚乙烯醇(例如聚乙烯醇1988)、聚丙烯酰胺(例如陰離子型分子量為300 2200萬的聚丙烯酰胺)、環(huán)氧樹脂(例如環(huán)氧樹脂E44)中的任一種;也可以是其它不與堿反應及可溶于水的有機高分子化合物。各高分子化合物均為市售產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)有成都市科龍化工試劑廠等。b、混合成型將步驟a取得的各原料組分混合攪拌3 6min成漿體,再將漿體注入模具中成型(成型制成生產(chǎn)中需要的形狀,例如長方體、正方體形等)。C、養(yǎng)護在溫度為19 23°C、相對濕度為90% 95%的條件下養(yǎng)護24h.脫模,[可以再在標準養(yǎng)護箱中繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等)、或再經(jīng)現(xiàn)有技術中的其他方式繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等)],即制得產(chǎn)物含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。本發(fā)明的內容中步驟a所述配料的原料組分中還可以包括有促硬劑六氟硅酸鈉I 5質量份、緩凝劑三聚磷酸鈉I 5質量份。本發(fā)明的內容中步驟a中所述偏高嶺土較好的是將高嶺土經(jīng)過600 800°C高溫脫水2h 4h處理后得到的偏高嶺土。
本發(fā)明的內容中步驟a中所述偏高嶺土的主要質量百分比化學組成為包括SiO252. 29 52. 30%、A1203 44. 58 44. 59%,余量為 TiO2 'Fe2O3、K2O、Na2O, CaO、MgO,Pb 和Mn等。本發(fā)明的內容中步驟a中所述水玻璃較好的是模數(shù)為3. 2 3. 3的水玻璃。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明具有下列特點和有益效果
(1)采用本發(fā)明,在堿性溶液中,硅鋁酸鹽材料中的S1-O-Si和Al-O-Al共價鍵發(fā)生斷裂,鋁酸鹽材料發(fā)生解體,生成帶點的小分子基團,這些帶點的小分子基團進入膠體溶液并大量聚集,相互之間反應形成一種硬化結構的縮聚產(chǎn)物;而部分有機高分子可以促進土聚水泥的水化反應的進行,使其漿體硬化更加密實,從而提高其強度;通過上述的制備過程,在土聚水泥的制備過程中添加高分子使其抗壓強度大大增強,土聚水泥具有更好的耐久性; (2)采用本發(fā)明,制得的土聚水泥具有有機高聚物、陶瓷、水泥的優(yōu)良性能,又具有原料來源廣、工藝簡單、節(jié)約能源和環(huán)境污染小等優(yōu)點,是一種環(huán)保型“綠色建筑材料”;是一種不同于硅酸鹽水泥的新型膠凝材料;
(3)我國是世界上主要的高嶺土產(chǎn)國,本發(fā)明采用偏高嶺土來制備土聚水泥(即地聚合物),原料來源豐富,制備過程中相對于硅酸鹽水泥能減少80 %的CO2的排放,這對于生態(tài)平衡、維持環(huán)境協(xié)調具有重要意義;
(4)本發(fā)明產(chǎn)品制備工藝簡單,工序簡便,容易操作,實用性強。
具體實施例方式下面給出的實施例擬以對本發(fā)明作進一步說明,但不能理解為是對本發(fā)明保護范圍的限制,該領域的技術人員根據(jù)上述本發(fā)明的內容對本發(fā)明作出的一些非本質的改進和調整,仍屬于本發(fā)明的保護范圍。實施例1:
一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,是將10-40質量份的氫氧化鈉加入30-50質量份的水玻璃(模數(shù)為3. 2)中,攪拌制備成堿激發(fā)劑。稱取100-200質量份偏高嶺土,加入1-5質量份的三聚磷酸鈉和1-5質量份的六氟硅酸鈉,再依次加入堿激發(fā)劑40-60質量份和10-40質量份的水,混合攪拌成漿體,加入聚乙烯醇O. 1-15質量份。攪拌5min后注入20mmX 20mmX 20mm的模具,放入溫度為在溫度為20±3°C,相對濕度為90%_95%的養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24h.脫模繼續(xù)養(yǎng)護到相應齡期(ld、3d或7d),得到最終產(chǎn)物-含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。測得制得的添加聚乙烯醇的水泥抗壓強度高于未添加的水泥強度。實施例2:
一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,是將10-40質量份的氫氧化鈉加入30-50質量份的水玻璃(模數(shù)為3. 2)中,攪拌制備成堿激發(fā)劑。稱取100-200質量份偏高嶺土,加入1-20質量份的聚丙烯酰胺,加入1-5質量份的三聚磷酸鈉和六氟硅酸鈉,混合均勻,再依次加入堿激發(fā)劑40-60質量份和10-40質量份的水,混合攪拌5min成漿體,并注入20mmX 20mmX 20mm的模具,放入溫度為在溫度為20±3°C,相對濕度為90%_95%的養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24h.脫模繼續(xù)養(yǎng)護到相應齡期(ld、3d或7d),得到最終產(chǎn)物-含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。測得制得的水泥抗壓強度高于未添加聚丙烯酰胺的水泥強度。實施例3:
一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,是將10-40質量份的氫氧化鈉加入30-50質量份的水玻璃(模數(shù)為3. 2)中,攪拌制備成堿激發(fā)劑。稱取100-200質量份偏高嶺土,加入1-15質量份的環(huán)氧樹脂,加入1-5質量份的三聚磷酸鈉和1-5質量份的六氟硅酸鈉,混合均勻,再依次加入堿激發(fā)劑40-60質量份和10-40質量份的水,混合攪拌5min成漿體,并注入20mmX20mmX20mm的模具中,放入溫度為在溫度為20±3°C,相對濕度為90%-95%的養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24h.脫模繼續(xù)養(yǎng)護到相應齡期(ld、3d或7d),得到最終產(chǎn)物-含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。測得制得的水泥抗壓強度高于未添加環(huán)氧樹脂的水泥強度。
實施例4
一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,包括下列步驟
a、配料按偏高嶺土100質量份、堿激發(fā)劑50 70質量份、水10 30質量份、高分子化合物O.1 15質量份的組成和質量配比取各原料組分;
所述堿激發(fā)劑由10 40質量份的氫氧化鈉與30 50質量份的水玻璃混合組成;
所述高分子化合物是聚乙烯醇(例如聚乙烯醇1988)、聚丙烯酰胺(例如陰離子型分子量為300 2200萬的聚丙烯酰胺)、環(huán)氧樹脂(例如環(huán)氧樹脂E44)中的任一種;也可以是其它不與堿反應及可溶于水的有機高分子化合物。各高分子化合物均為市售產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)有成都市科龍化工試劑廠等;
b、混合成型將步驟a取得的各原料組分混合攪拌3 6min成漿體,再將漿體注入模具中成型(成型制成生產(chǎn)中需要的形狀,例如長方體、正方體形等)。C、養(yǎng)護在溫度為19 23°C、相對濕度為90% 95%的條件下養(yǎng)護24h.脫模,[可以再在標準養(yǎng)護箱中繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等)、或再經(jīng)現(xiàn)有技術中的其他方式繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等)],即制得產(chǎn)物含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。實施例5
一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,包括下列步驟
a、配料按偏高嶺土100質量份、堿激發(fā)劑60質量份、水20質量份、高分子化合物7. 5質量份的組成和質量配比取各原料組分;
所述堿激發(fā)劑由25質量份的氫氧化鈉與40質量份的水玻璃混合組成;
所述高分子化合物是聚乙烯醇(例如聚乙烯醇1988)、聚丙烯酰胺(例如陰離子型分子量為300 2200萬的聚丙烯酰胺)、環(huán)氧樹脂(例如環(huán)氧樹脂E44)中的任一種;也可以是其它不與堿反應及可溶于水的有機高分子化合物。各高分子化合物均為市售產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)有成都市科龍化工試劑廠等;
b、混合成型將步驟a取得的各原料組分混合攪拌5min成漿體,再將漿體注入模具中成型(成型制成生產(chǎn)中需要的形狀,例如長方體、正方體形等)。C、養(yǎng)護在溫度為19 23°C、相對濕度為90% 95%的條件下養(yǎng)護24h.脫模,[可以再在標準養(yǎng)護箱中繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等)、或再經(jīng)現(xiàn)有技術中的其他方式繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等)],即制得產(chǎn)物含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。經(jīng)檢測,制得的水泥抗壓強度高于未添加聚丙烯酰胺的水泥強度。
實施例6
一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,包括下列步驟
a、配料按偏高嶺土100質量份、堿激發(fā)劑50質量份、水10質量份、高分子化合物O.1質量份的組成和質量配比取各原料組分;
所述堿激發(fā)劑由10質量份的氫氧化鈉與30質量份的水玻璃混合組成;
所述高分子化合物是聚乙烯醇(例如聚乙烯醇1988)、聚丙烯酰胺(例如陰離子型分子量為300 2200萬的聚丙烯酰胺)、環(huán)氧樹脂(例如環(huán)氧樹脂E44)中的任一種;也可以是其它不與堿反應及可溶于水的有機高分子化合物。各高分子化合物均為市售產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)有成都市科龍化工試劑廠等;
b、混合成型將步驟a取得的各原料組分混合攪拌3min成漿體,再將漿體注入模具中 成型(成型制成生產(chǎn)中需要的形狀,例如長方體、正方體形等)。C、養(yǎng)護在溫度為19 23°C、相對濕度為90% 95%的條件下養(yǎng)護24h.脫模,[可以再在標準養(yǎng)護箱中繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等)、或再經(jīng)現(xiàn)有技術中的其他方式繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等)],即制得產(chǎn)物含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。經(jīng)檢測,制得的水泥抗壓強度高于未添加聚丙烯酰胺的水泥強度。實施例7
一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,包括下列步驟
a、配料按偏高嶺土100質量份、堿激發(fā)劑70質量份、水30質量份、高分子化合物15質量份的組成和質量配比取各原料組分;
所述堿激發(fā)劑由40質量份的氫氧化鈉與50質量份的水玻璃混合組成;
所述高分子化合物是聚乙烯醇(例如聚乙烯醇1988)、聚丙烯酰胺(例如陰離子型分子量為300 2200萬的聚丙烯酰胺)、環(huán)氧樹脂(例如環(huán)氧樹脂E44)中的任一種;也可以是其它不與堿反應及可溶于水的有機高分子化合物。各高分子化合物均為市售產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)有成都市科龍化工試劑廠等;
b、混合成型將步驟a取得的各原料組分混合攪拌6min成漿體,再將漿體注入模具中成型(成型制成生產(chǎn)中需要的形狀,例如長方體、正方體形等)。C、養(yǎng)護在溫度為19 23°C、相對濕度為90% 95%的條件下養(yǎng)護24h.脫模,在標準養(yǎng)護箱中繼續(xù)養(yǎng)護后(可以是ld、3d、7d等),即制得產(chǎn)物含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。經(jīng)檢測,制得的水泥抗壓強度高于未添加聚丙烯酰胺的水泥強度。實施例8 14 :
一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,包括下列步驟
a、配料按偏高嶺土 100質量份、堿激發(fā)劑50 70質量份、水10 30質量份、高分子化合物O.1 15質量份的組成和質量配比取各原料組分;
各實施例中各原料組分的具體質量份用量見下表
權利要求
1.一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,其特征是包括下列步驟a、配料按偏高嶺土100質量份、堿激發(fā)劑50 70質量份、水10 30質量份、高分子化合物O.1 15質量份的組成和質量配比取各原料組分;所述堿激發(fā)劑由10 40質量份的氫氧化鈉與30 50質量份的水玻璃混合組成;所述高分子化合物是聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、環(huán)氧樹脂中的任一種;b、混合成型將步驟a取得的各原料組分混合攪拌3 6min成漿體,再將漿體注入模具中成型;C、養(yǎng)護在溫度為19 23°C、相對濕度為90% 95%的條件下養(yǎng)護24h.脫模,即制得產(chǎn)物含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥。
2.按權利要求1所述的含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,其特征是步驟a所述配料的原料組分中還包括有促硬劑六氟硅酸鈉I 5質量份、緩凝劑三聚磷酸鈉I 5質量份。
3.按權利要求1或2所述的含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,其特征是步驟a中所述偏高嶺土是將高嶺土經(jīng)過600 800°C高溫脫水2h 4h處理后得到的偏聞嶺土。
4.按權利要求3所述的含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,其特征是步驟a中所述偏高嶺土的主要質量百分比化學組成為包括SiO2 52. 29 52. 30%、A1203 44. 58 44. 59%ο
5.按權利要求1或2所述的含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,其特征是步驟a中所述水玻璃是模數(shù)為3. 2 3. 3的水玻璃。
6.按權利要求3所述的含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,其特征是步驟a中所述水玻璃是模數(shù)為3. 2 3. 3的水玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥的制備方法,其特征是包括按偏高嶺土100質量份、堿激發(fā)劑50~70質量份、水10~30質量份、高分子化合物0.1~15質量份的質量配比取各原料;所述堿激發(fā)劑由10~40質量份氫氧化鈉與30~50質量份水玻璃混合組成;所述高分子化合物是聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、環(huán)氧樹脂中的任一種;將各原料混合攪拌3~6min成漿體,注入模具中成型;在溫度為19~23℃、相對濕度為90%~95%的條件下養(yǎng)護24h.脫模,在標準養(yǎng)護箱中繼續(xù)養(yǎng)護后,即制得產(chǎn)物。采用本發(fā)明,制得的含高分子化合物的偏高嶺土基土聚水泥強度高,二氧化碳排放量少,是一種新型環(huán)保的綠色水泥。
文檔編號C04B28/04GK102992717SQ20121047479
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權日2012年11月21日
發(fā)明者張馳, 王靜, 羅學剛, 張亞萍 申請人:西南科技大學