一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制備方法和應(yīng)用。該粉煤灰基地聚合物混凝土材料的組份和質(zhì)量百分比為：粉煤灰25％～45％，偏高嶺土0％～15％，水泥10％～15％，煤矸石和礦渣0％～5％，堿激發(fā)劑25％～35％，緩凝劑0.5％～1％，去離子水1％～5％。本發(fā)明以堿激發(fā)粉煤灰基地聚合物為主要膠凝材料，制備一種無(wú)機(jī)聚合物混凝土材料，該聚合物混凝土材料具有環(huán)保高、力學(xué)性能好、早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于混凝土材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料及 其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水泥穩(wěn)定碎石層是路面結(jié)構(gòu)的主要承重層，由于其較好的承載能力和經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn) 被廣泛應(yīng)用于高速公路和城市道路中。但是水泥穩(wěn)定碎石隨著時(shí)間推移，其非均質(zhì)體系會(huì) 不斷發(fā)生變化，結(jié)果是混合料的宏觀物理性能如強(qiáng)度、抗疲勞性和抗收縮性均發(fā)生變化，弓丨 發(fā)路面病害的產(chǎn)生，如常見(jiàn)的路面裂縫，最終影響路面使用性能。針對(duì)以上問(wèn)題，從原材料 質(zhì)量控制和施工工藝改進(jìn)等方面的研宄層出不窮；但病害仍頻頻發(fā)生。
[0003] 地聚合物材料是一種由AlOjP SiO 4四面體結(jié)構(gòu)單元組成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無(wú) 機(jī)聚合物，屬于非金屬材料；該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與有機(jī)高分子聚合物的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)相似，因 此具有良好的力學(xué)性能、耐久性、可調(diào)整膨脹系數(shù)、固結(jié)重金屬離子、低排放和低能耗等優(yōu) 點(diǎn)，基于這些優(yōu)點(diǎn)，被用于制備高強(qiáng)度材料，滿足人們生產(chǎn)和生活的需要，例如：意大利研宄 人員在其中加入聚丙烯纖維網(wǎng)制造了輕質(zhì)墻板；日本鏡美公司通過(guò)添加有機(jī)物制備人造大 理石，取代普通波蘭特水泥與礦物廢物等復(fù)合制備建筑材料等等應(yīng)用。
[0004] 目前，土木工程和交通工程中應(yīng)用較多的為堿激發(fā)地聚合物材料，并以其快硬高 強(qiáng)的性能被應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)跑道、道路基層等設(shè)施的修復(fù)上。地質(zhì)聚合物在道路材料中的應(yīng)用， 較多用于舊水泥板塊補(bǔ)強(qiáng)；因受限于技術(shù)研發(fā)水平和施工工藝水平，還沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用的 趨勢(shì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是，提供一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制備方法，解決現(xiàn) 有技術(shù)中水泥穩(wěn)定碎石層易開(kāi)裂、強(qiáng)度變異性大、強(qiáng)度低和耗能高的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其組分和質(zhì)量百分比如下：粉煤灰25%? 45%，偏高嶺土 0%?15%，水泥10%?15%，煤矸石和礦渣0%?5%，堿激發(fā)劑25%? 35%，緩凝劑0· 5%?1%，去離子水1%?5%。
[0008] 優(yōu)選地，所述粉煤灰為無(wú)煙煤或煙煤在鍋爐中燃燒后得到的灰黑色粉狀顆粒，密 度在1900?2800kg/m 3之間，粒徑為1?50 μ m。進(jìn)一步地，所述粉煤灰為一級(jí)或二級(jí)粉煤 灰，其化學(xué)組分氧化硅和氧化鋁含量大于70 %。
[0009] 優(yōu)選地，所述偏高嶺土為天然高嶺土經(jīng)600°C?900°C煅燒后所得的200目以上的 粉體。
[0010] 優(yōu)選地，所述水泥為普通娃酸鹽水泥，即國(guó)外所稱的波蘭特水泥。該娃酸鹽水泥在 混凝土配方中還起到促凝劑的作用。
[0011] 優(yōu)選地，所述煤矸石是采煤和洗煤過(guò)程中排放的含碳量較低的固體廢物。進(jìn)一步 地，所述煤矸石為山西生產(chǎn)，粉磨后的比表面積為300 m2 /kg，其主要化學(xué)成分氧化硅和氧 化鋁含量為80%?84. 5%，氧化鈣含量較低為2%?3%之間。
[0012] 優(yōu)選地，所述礦渣是S95級(jí)粒化高爐礦渣粉。
[0013] 優(yōu)選地，所述堿激發(fā)劑是模數(shù)為2. 5?3. 0的水玻璃和模數(shù)為3. 0?3. 5的硅酸 鉀溶液的組合。所述緩凝劑為市場(chǎng)上LDY-I型緩凝劑，液體試劑。
[0014] 本發(fā)明還提供了所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料的制備方法，該方法包括如 下步驟：
[0015] 步驟1，按照以下配比稱取各組分原料：粉煤灰25%?45%，偏高嶺土 0%? 15 %，水泥10 %?15 %，煤矸石和礦渣0 %?5 %，堿激發(fā)劑25 %?35 %，緩凝劑0. 5 %? 1%，去離子水1%?5%，將各組分原料加入攪拌機(jī)中混合攪拌均勻，制備地聚合物漿料；
[0016] 步驟2,將前述制備好的地聚合物衆(zhòng)料與集料按比例混合攪拌2?4min，至集料分 散均勻，制得粉煤灰基地聚合物混凝土材料。
[0017] 本發(fā)明還公開(kāi)了所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料在路面路基和基層建設(shè)中 的應(yīng)用。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
[0019] 1，本發(fā)明以堿激發(fā)粉煤灰基地聚合物為主要膠凝材料，制備一種無(wú)機(jī)地聚合物混 凝土材料，該地聚合物混凝土材料具有環(huán)保高、力學(xué)性能好、早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)。
[0020] 2,本發(fā)明采用粉煤灰，具有和偏高嶺土一致的微觀結(jié)構(gòu)，有效成分含量高，與偏高 嶺土相比，價(jià)格低，適合大規(guī)模應(yīng)用；本發(fā)明采用的堿激發(fā)劑，模數(shù)高，激發(fā)后材料強(qiáng)度高； 本發(fā)明采用礦渣，屬于富鈣物質(zhì)，其作用機(jī)理與普通硅酸鹽水泥類似，利用工業(yè)廢棄物的同 時(shí)，提尚材料的活性。
[0021] 3,本發(fā)明克服一般水泥穩(wěn)定碎石材料的早期強(qiáng)度低、強(qiáng)度變異性大的缺點(diǎn)。一般 水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度主要來(lái)自于粗集料間的嵌擠作用，使用過(guò)程中強(qiáng)度損失嚴(yán)重，本發(fā)明的 地聚合物混凝土材料具有早期強(qiáng)度高、強(qiáng)度損失微小的特點(diǎn)，極大利于路面路基和基層建 設(shè)和規(guī)劃。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 本發(fā)明的地聚合物混凝土材料具有和普通水泥穩(wěn)定碎石材料類似的生產(chǎn)和施工 方法，使用時(shí)現(xiàn)場(chǎng)常溫拌合和施工。具體制備方法如下：
[0025] (1)地聚合物漿料組成：粉煤灰35%，偏高嶺土 10%，水泥10. 5%，煤矸石和礦渣 3. 5 %，水玻璃25 %，硅酸鉀溶液12. 5 %，緩凝劑0. 5 %，去離子水3 %?，F(xiàn)場(chǎng)將上述各組分 原料加入攪拌機(jī)中混合攪拌均勻；
[0026] (2)制備地聚合物混凝土材料：現(xiàn)場(chǎng)將制備好的地聚合物漿料與一定級(jí)配的集料 按比例混合攪拌2?4min，至集料分散均勻，制成粉煤灰基地聚合物混凝土材料。其中集料 和地聚合物漿料的比例為：集料89份，地聚合物漿料11份。集料級(jí)配參見(jiàn)表1。
[0027] 表1，集料級(jí)配
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其組分和質(zhì)量百分比如下：粉煤灰25%? 45%，偏高嶺土 0%?15%，水泥10%?15%，煤矸石和礦渣0%?5%，堿激發(fā)劑25%? 35%，緩凝劑0? 5%?1%，去離子水1%?5%。
2. 如權(quán)利要求1所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其特征在于：所述粉煤灰為無(wú) 煙煤或煙煤在鍋爐中燃燒后得到的灰黑色粉狀顆粒，密度在1900?2800kg/m3之間，粒徑 為1?50 y m，其化學(xué)成分氧化娃和氧化錯(cuò)含量大于70%。
3. 如權(quán)利要求1所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其特征在于：所述偏高嶺土為 天然高嶺土經(jīng)600°C?900°C煅燒后所得的200目以上的粉體。
4. 如權(quán)利要求1所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其特征在于：所述水泥為普通 硅酸鹽水泥。
5. 如權(quán)利要求1所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其特征在于：所述煤矸石是采 煤和洗煤過(guò)程中排放的固體廢物，粉磨后的比表面積為300 m2 /kg，其化學(xué)成分氧化硅和氧 化鋁含量為80%?84. 5%，氧化鈣含量為2%?3%之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其特征在于：所述礦澄是S95 級(jí)粒化高爐礦渣粉。
7. 如權(quán)利要求1所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其特征在于：所述堿激發(fā)劑是 模數(shù)為2. 5?3. 0的水玻璃和模數(shù)為3. 0?3. 5的硅酸鉀溶液的組合。
8. 權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料的制備方法，該方法包括 如下步驟： 步驟1，將粉煤灰、偏高嶺土、水泥、煤矸石和礦渣、堿激發(fā)劑、緩凝劑和去離子水按照權(quán) 利要求1所述的配比加入攪拌機(jī)中混合攪拌均勻，制備地聚合物漿料； 步驟2,將前述制備好的地聚合物漿料與集料按比例混合攪拌，至集料分散均勻，制得 粉煤灰基地聚合物混凝土。
9. 權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的粉煤灰基地聚合物混凝土材料在路面路基和基層建設(shè) 中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C04B28/00GK104496333SQ201410856420
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】羅芳艷, 王曉杰, 閆國(guó)杰, 劉鋼, 李軍代, 施曙東, 王騰飛, 馬利志, 徐韻淳, 邱軼, 李交, 夏慶宇, 鄧國(guó)民, 袁月, 錢(qián)婷, 周維維, 姚凱 申請(qǐng)人:上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司, 上海浦東路橋?yàn)r青材料有限公司