本發(fā)明屬于建材領(lǐng)域，具體涉及一種黃土固化聚合物材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著科技水平的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量也越來越高。傳統(tǒng)的混凝土材料已經(jīng)不能滿足各種各樣的建筑需求。為此，人們開發(fā)出了地質(zhì)聚合物材料。地質(zhì)聚合物可以應(yīng)用于諸多工程領(lǐng)域，橋梁工程、建筑工程、巖土工程、地下空間建造和土壤固化等。可以用于制備水泥、混凝土、磚瓦、砌塊、板材、人工輕質(zhì)骨材，以及路基材料。現(xiàn)有的地質(zhì)聚合物中最重要的種類即為粉煤灰地質(zhì)聚合物。粉煤灰地質(zhì)聚合物即利用粉煤灰生成地質(zhì)聚合物材料。粉煤灰地質(zhì)聚合物的原材料為低鈣類粉煤灰，它們在堿性激發(fā)劑的激發(fā)作用下生成地質(zhì)聚合物，具備膠凝材料的主要特性，可以用來替代水泥，同時解決了工業(yè)副產(chǎn)品粉煤灰的再利用問題。但是，使用粉煤灰制作的地質(zhì)聚合物其原材料粉煤灰本身是一種工業(yè)副產(chǎn)品，產(chǎn)量有限，這也導(dǎo)致其市場價格逐漸升高。隨著國家去產(chǎn)能政策的繼續(xù)實(shí)行，粉煤灰地質(zhì)聚合物成本會進(jìn)一步上升。為此，需要開發(fā)一種新型的地質(zhì)聚合物，其原料充足，成本低廉，能夠更加廣泛的運(yùn)用到建筑生產(chǎn)中。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種黃土固化聚合物材料，旨在解決現(xiàn)有粉煤灰地質(zhì)聚合物成本較高的問題。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種黃土固化聚合物材料，包括原料和堿性激發(fā)劑，所述堿性激發(fā)劑和所述原料的投料比為1：2.6-4.2；所述原料包括296-367份的黃土和65-93份的粉煤灰。黃土是一種不成層的土壤沉積物，其顆粒大小介于粘土與細(xì)砂之間，呈淺黃色或黃褐色，廣泛分布于北美、歐洲和亞洲，現(xiàn)在一般認(rèn)為主要是由風(fēng)沉積的，常為鈣質(zhì)并往往含貝殼、骨骼和哺乳動物的牙齒以及碳酸鈣結(jié)核，有時也含氧化鐵結(jié)核而形成可大量貯水的優(yōu)質(zhì)土壤。黃土是距今約200萬年的第四紀(jì)時期形成的土狀堆積物。典型的黃土為黃灰色或棕黃色的塵土和粉沙細(xì)粒組成，質(zhì)地均一，含多量鈣質(zhì)或黃土結(jié)核，多孔隙，有顯著的垂直節(jié)理，無層理，在干燥時較堅硬，被流水浸濕后，通常容易剝落和遭受侵蝕，甚至發(fā)生坍陷。黃土大面積的存在于我國西北地區(qū)，由于屬于濕陷性土壤，其實(shí)對水土保持、植被覆蓋有著大為不利的影響，如何實(shí)現(xiàn)黃土資源利用是固化聚合物一個重要的研究和應(yīng)用方向。黃土在中國的存量大，且價格低廉，利用黃土采用堿性激發(fā)的方法制備地質(zhì)聚合物，可以替代水泥作為膠凝材料。充分利用我國大量的黃土自然資源，提供更為廣泛建筑材料原材料。有利于節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，符合可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，更能降低建材成本。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述堿性激發(fā)劑為氫氧化鈉溶液和硅酸鈉溶液的混合物，所述硅酸鈉溶液和所述氫氧化鈉溶液質(zhì)量之比為2.3-2.7:1。這兩種堿性溶液的混合物對黃土聚合物材料的聚合有著更好的作用。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述硅酸鈉溶液的模數(shù)為2.0。該濃度更有利于聚合。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為14mol/L。該濃度更有利于聚合。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：本方案提供的黃土固化聚合物材料中還包括塑化劑，所述塑化劑的投料量占所述原料質(zhì)量的1-3%。在養(yǎng)護(hù)過程中適當(dāng)加入塑化劑可以獲得和易性更加優(yōu)良的產(chǎn)品。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述塑化劑為萘磺酸鹽類塑化劑。這種塑化劑更有利于產(chǎn)品。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：本方案提供的黃土固化聚合物材料中還包括水，所述水的投料量占所述原料質(zhì)量的4.5-6.6%。在拌合過程中適當(dāng)加入水可以獲得和易性更加優(yōu)良的產(chǎn)品。本發(fā)明的另一目的在于提供一種黃土固化聚合物材料的制備方法。一種黃土固化聚合物材料的制備方法，包括以下步驟，步驟A：原料預(yù)處理，所述原料預(yù)處理系將經(jīng)過過篩處理后的黃土與粉煤灰混合并攪拌，所述原料包括296-367份的黃土和65-93份的粉煤灰；步驟B：加入堿性激發(fā)劑，系在攪拌的同時向步驟A中獲得的原料按照先后順序分別加入氫氧化鈉溶液和硅酸鈉溶液；所述氫氧化鈉溶液與所述硅酸鈉溶液的質(zhì)量之比為1：2.6-4.2；所述硅酸鈉溶液和所述氫氧化鈉溶液質(zhì)量之比為2.3-2.7：1；所述硅酸鈉溶液的模數(shù)為2.0；所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為14mol/L；步驟C：養(yǎng)護(hù)步驟；所述養(yǎng)護(hù)步驟系將步驟B獲得的混合體系在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中、密閉大氣壓下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為60-70攝氏度，養(yǎng)護(hù)相對濕度為90-99%，養(yǎng)護(hù)時間為七天以上。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述步驟C中養(yǎng)護(hù)過程中加入水，所述水的投料量占所述原料質(zhì)量的4.5-6.6%。水不是必須加入的物質(zhì)，制備時根據(jù)流變性能需要適量加入水。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述步驟C中養(yǎng)護(hù)過程中加入塑化劑，所述塑化劑的投料量占所述原料質(zhì)量的1-3%，所述塑化劑為萘磺酸鹽類塑化劑。塑化劑不是必須加入的物質(zhì)，制備時根據(jù)流變性能需要適量加入。本發(fā)明的有益效果是：本方案獲得的黃土固化聚合物產(chǎn)品實(shí)用性強(qiáng)，工作性能良好，可以大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中；本產(chǎn)品應(yīng)用極為廣泛，可以用于黃土土壤進(jìn)行原位固化，提高黃土的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度，可以作為建筑材料用于建設(shè)工程中，如制備凈漿、砂漿、混凝土、砌塊等，可以作為受壓受彎等建筑構(gòu)件、包括柱、梁、板等多種形式，能夠解決粉煤灰價格高漲的帶來的粉煤灰地質(zhì)聚合物制備成本的升高；此外，本方案充分開發(fā)和利用黃土資源，有利于節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，符合可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。附圖說明為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的黃土固化聚合物材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖。具體實(shí)施方式以下各實(shí)施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發(fā)明可用以實(shí)施的特定實(shí)施例。本發(fā)明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內(nèi)」、「外」、「側(cè)面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發(fā)明，而非用以限制本發(fā)明。本發(fā)明首先提供了一種黃土固化聚合物材料，包括原料和堿性激發(fā)劑，所述堿性激發(fā)劑和所述原料的投料比為1：2.6-4.2；所述原料包括296-367份的黃土和65-93份的粉煤灰。黃土是一種不成層的壤土沉積物，其顆粒大小介于粘土與細(xì)砂之間，呈淺黃色或黃褐色，廣泛分布于北美、歐洲和亞洲，現(xiàn)在一般認(rèn)為主要是由風(fēng)沉積的，常為鈣質(zhì)并往往含貝殼、骨骼和哺乳動物的牙齒以及碳酸鈣結(jié)核，有時也含氧化鐵結(jié)核而形成可大量貯水的優(yōu)質(zhì)土壤。黃土是距今約200萬年的第四紀(jì)時期形成的土狀堆積物。典型的黃土為黃灰色或棕黃色的塵土和粉沙細(xì)粒組成，質(zhì)地均一，含多量鈣質(zhì)或黃土結(jié)核，多孔隙，有顯著的垂直節(jié)理，無層理，在干燥時較堅硬，被流水浸濕后，通常容易剝落和遭受侵蝕，甚至發(fā)生坍陷。黃土大面積的存在于我國西北地區(qū)，由于屬于濕陷性土壤，其實(shí)對水土保持、植被覆蓋有著大為不利的影響，如何實(shí)現(xiàn)黃土資源利用是固化聚合物一個重要的研究方向。黃土在中國的存量大，且價格低廉，利用黃土采用堿性激發(fā)的方法制備地質(zhì)聚合物，可以替代水泥作為膠凝材料。充分利用我國大量的黃土自然資源，提供更為廣泛建筑材料原材料。有利于節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，符合可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，更能降低建材成本。地質(zhì)聚合膠凝材料是一個由硅和鋁離子作為骨架的的鏈狀結(jié)構(gòu)。它與天然沸石結(jié)構(gòu)相似，具有無定型的微觀結(jié)構(gòu)，整體上分析具有晶體結(jié)構(gòu)的特性。聚合過程基本上是在高堿條件下進(jìn)行的，所以導(dǎo)致聚合物會形成包含—Si―O―Al―O—鍵的鏈狀和環(huán)狀的聚合結(jié)構(gòu)。可以表示為化學(xué)通式如下：Mn[―(SiO2)z―AlO2]n?wH2O其中，M為堿元素或陽離子如鉀，鈉，鈣；符號“―”表明化學(xué)鍵的存在；n是聚合過程中的縮聚度；z是1，2，3或者更高，直到32。本方案中的黃土固化聚合主要發(fā)生了如下反應(yīng)：和如下反應(yīng)：優(yōu)選的，所述堿性激發(fā)劑為氫氧化鈉溶液和硅酸鈉溶液的混合物，所述硅酸鈉溶液和所述氫氧化鈉溶液質(zhì)量之比為2.3-2.7：1。這兩種堿性溶液的混合物對黃土聚合物材料的聚合有著更好的作用。優(yōu)選的，所述硅酸鈉溶液的模數(shù)為2.0。該濃度更有利于聚合。優(yōu)選的，所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為14mol/L。該濃度更有利于聚合。優(yōu)選的，本方案提供的黃土固化聚合物材料中還包括塑化劑，所述塑化劑的投料量占所述原料質(zhì)量的1-3%。在養(yǎng)護(hù)過程中適當(dāng)加入塑化劑可以獲得和易性更加優(yōu)良的產(chǎn)品。優(yōu)選的，所述塑化劑為萘磺酸鹽類塑化劑。這種塑化劑更有利于產(chǎn)品。優(yōu)選的，本方案提供的黃土固化聚合物材料中還包括水，所述水的投料量占所述原料質(zhì)量的4.5-6.6%。在養(yǎng)護(hù)過程中適當(dāng)加入水可以獲得和易性更加優(yōu)良的產(chǎn)品。本發(fā)明的另一目的在于提供一種黃土固化聚合物材料的制備方法。一種黃土固化聚合物材料的制備方法，包括以下步驟，步驟A：原料預(yù)處理，所述原料預(yù)處理系將經(jīng)過過篩處理后的黃土與粉煤灰混合并攪拌，所述原料包括296-367份的黃土和65-93份的粉煤灰；步驟B：加入堿性激發(fā)劑，系在攪拌的同時向步驟A中獲得的原料按照先后順序分別加入氫氧化鈉溶液和硅酸鈉溶液；所述氫氧化鈉溶液與所述硅酸鈉溶液的質(zhì)量之和與所述原料的投料比為1：2.6-4.2；所述硅酸鈉溶液和所述氫氧化鈉溶液質(zhì)量之比為2.3-2.7：1；所述硅酸鈉溶液的模數(shù)為2.0；所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為14mol/L；步驟C：養(yǎng)護(hù)步驟；所述養(yǎng)護(hù)步驟系將步驟B獲得的混合體系在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中、密閉大氣壓下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為60-70攝氏度，養(yǎng)護(hù)相對濕度為90-99%，養(yǎng)護(hù)時間為七天以上。優(yōu)選的，所述步驟C中養(yǎng)護(hù)過程中可以加入水，所述水的投料量占所述原料質(zhì)量的4.5-6.6%。水不是必須加入的物質(zhì)，制備時根據(jù)流變性能需要適量加入水。優(yōu)選的，所述步驟C中養(yǎng)護(hù)過程中可以加入塑化劑，所述塑化劑的投料量占所述原料質(zhì)量的1-3%，所述塑化劑為萘磺酸鹽類塑化劑。塑化劑不是必須加入的物質(zhì)，制備時根據(jù)流變性能需要適量加入。下面結(jié)合具體實(shí)施例對本方案做出進(jìn)一步解釋。具體實(shí)施例1-3是使用本方案提供的黃土固化聚合物材料制備方法制備獲得的材料的投料比。具體實(shí)施例1：比例粉煤灰黃土NaOH溶液Na2SiO3溶液外加水塑化劑20%80kg320kg40kg100kg23kg5kg具體實(shí)施例2：比例粉煤灰黃土NaOH溶液Na2SiO3溶液外加水塑化劑20%93kg296kg37kg110kg26kg11kg具體實(shí)施例3：比例粉煤灰黃土NaOH溶液Na2SiO3溶液外加水塑化劑20%65kg367kg45kg90kg20kg4.5kg其中所述硅酸鈉溶液的模數(shù)為2.0；所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為14mol/L。圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的黃土固化聚合物材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖。觀察圖中黃土和粉煤灰混合基地質(zhì)聚合物材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，整體趨勢為在應(yīng)變前期應(yīng)力應(yīng)變間的變化率逐漸加大，直至約0.01微應(yīng)變處，變化率開始保持不變，曲線隨即呈下降趨勢，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，直至材料破壞。峰值應(yīng)力出現(xiàn)在微應(yīng)變?yōu)?.026處。說明該材料具備一定的力學(xué)強(qiáng)度。本方案獲得的黃土固化聚合物產(chǎn)品實(shí)用性強(qiáng)，工作性能良好，可以大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中；本產(chǎn)品應(yīng)用極為廣泛，可以用于黃土土壤進(jìn)行原位固化，提高黃土的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度，可以作為建筑材料用于建設(shè)工程中，如制備凈漿、砂漿、混凝土、砌塊等，可以作為受壓受彎等建筑構(gòu)件、包括柱、梁、板等多種形式，能夠解決粉煤灰價格高漲的帶來的粉煤灰地質(zhì)聚合物制備成本的升高；此外，本方案充分開發(fā)和利用黃土資源，有利于節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，符合可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3