一種粉煤灰基聚合物混凝土的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及領(lǐng)域，具體涉及一種粉煤灰基聚合物混凝土的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚合物混凝土是工程材料的一種，生產(chǎn)原料中的粉煤灰是火力發(fā)電廠產(chǎn)生的副產(chǎn) 品，并且具有等同于或優(yōu)異于水泥基混凝土的力學性能。與生產(chǎn)水泥基混凝土相比，發(fā)展和 推廣聚合物混凝土有利于減少二氧化碳氣體的排放，緩解溫室效應。但是，粉煤灰的化學活 性低，在常溫狀態(tài)下，粉煤灰的聚合反應非常緩慢且不完全充分以致聚合物混凝土硬化緩 慢，強度發(fā)展緩慢，為此聚合物混凝土必須在75°C- 80°C的高溫條件下養(yǎng)護24h左右后方 可獲得理想的力學性能，也正是由于這一點，聚合物混凝土并沒有得到廣泛應用，到目前為 止聚合物混凝土只是作為制作預制構(gòu)件原材料而應用于工程領(lǐng)域中。因此，為了實現(xiàn)聚合 物混凝土的廣泛應用就必須克服高溫養(yǎng)護這一難題，讓聚合物混凝土可以在常溫狀態(tài)下獲 得較為理性力學性能和耐久性能以滿足工程需要，同時也有利于推廣和發(fā)展粉煤灰基聚合 物混凝土，實現(xiàn)粉煤灰資源的綜合化利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種粉煤灰基聚合物混凝土的制備方法，解決目前的粉煤 灰基聚合物混凝土只能在高溫下進行養(yǎng)護的難題，同時還能提高粉煤灰基聚合物混凝土力 學性能。
[0004] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0005] -種粉煤灰基聚合物混凝土的制備方法，包括以下步驟：
[0006] (1)將質(zhì)量百分比為1%~9%的水泥和91%~99%的粉煤灰混合均勾，得到粉 料；
[0007] (2)將骨料加入攪拌器內(nèi)攪拌1~2分鐘，然后將步驟（1)得到的粉料加入到攪拌 器中，粉料與骨料混合攪拌1~2分鐘；
[0008] (3)將堿激發(fā)液加入到攪拌器中，堿激發(fā)液、粉料、骨料混合攪拌3~5分鐘，得到 聚合物混凝土。
[0009] 在本方案中，采用水泥和粉煤灰作為粉料，粉煤灰是聚合反應的主要原料，用作膠 凝材料，粉煤灰中的三氧化二鋁和二氧化硅為聚合反應提供硅元素和鋁元素，為混凝土提 供理想的強度；骨料為砂、碎石等，為混凝土提供骨架支撐作用。
[0010] 具體地，本方案中水泥為普通硅酸鹽水泥，水泥在這里的作用非常關(guān)鍵，水泥遇水 后釋放大量的熱量，為聚合反應提供所需的熱量，因此水泥在本方案中并非是簡單地用作 膠凝材料，而作為催化劑用在粉煤灰基聚合物混凝土中，水泥是實現(xiàn)聚合物混凝土在常溫 下養(yǎng)護的關(guān)鍵因素，但是，必須嚴格控制水泥的用量。因為當水泥用量較少時，那么因水泥 水化產(chǎn)生的熱量就相應很少，則水泥的催化作用就不是很明顯，又因為水泥是一種快速水 硬性膠凝材料，其遇水后會迅速凝結(jié)硬化，如果水泥用量過多就會引起體系中自由水含量 急劇減少，最終導致粉煤灰基聚合物混凝土在攪拌過程中就發(fā)生凝結(jié)硬化的現(xiàn)象的發(fā)生。 因此必須嚴格控制水泥的用量。發(fā)明人經(jīng)過大量的試驗發(fā)現(xiàn)，粉煤灰主要的膠凝材料，水泥 與煤灰的含量比例會直接影響混凝土的養(yǎng)護與強度，另外，需要強調(diào)的是，本方案中的水泥 并非是作為添加劑的形式加入的，而是以取代部分粉煤灰的方式加入；之所以以取代粉煤 灰的方式加入就是為了保證在水膠比一定條件下盡可能地降低因加入過多水泥而引起混 凝土在攪拌過程中發(fā)生凝結(jié)硬化的可能性。
[0011] 在本方案中堿激發(fā)液一方面為粉煤灰的聚合反應提供堿性環(huán)境，另一方面為聚合 反應提供鈉、硅元素，粉煤灰中的有效成分三氧化二鋁和二氧化硅與堿激發(fā)液發(fā)生聚合反 應，得到增強混凝土性能的水化硅鋁酸鈉，水泥遇到堿激發(fā)液中的水之后釋放熱量，并生成 水化硅鋁酸鈣，進一步增強混凝土的性能。因此，本方案既實現(xiàn)了聚合物混凝土在常溫下養(yǎng) 護，同時為聚合反應提供了更好的條件，得到的聚合物混凝土強度更高。
[0012] 進一步地，作為優(yōu)選方案，所述粉煤灰為低鈣粉煤灰，低鈣粉煤灰中硅元素和鋁元 素的質(zhì)量比值為1~5。粉煤灰根據(jù)氧化鈣含量的高低分為高鈣粉煤灰和低鈣粉煤灰。當 氧化鈣的含量高于10%，則粉煤灰為高鈣粉煤灰，反之則為低鈣粉煤灰。氧化鈣的含量會影 響到粉煤灰的性能，氧化鈣含量越高則粉煤灰活性越高，但是在我國電廠排放的粉煤灰中 有90%以上都是低鈣粉煤灰，因此如何能有效利用低鈣粉煤灰便是此發(fā)明的著重點所在， 而且發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，相對于高鈣粉煤灰，低鈣粉煤灰使用時所需的水化熱要低，反而 更利于聚合反應。另外，通過大量的聚合物混凝土強度檢測試驗發(fā)現(xiàn)，硅元素和鋁元素對混 凝土強度有重大影響，當硅元素和鋁元素的含量比值為1~5時，相對于其他含量比值，能 明顯獲得較高的強度。
[0013]進一步地，作為優(yōu)選方案，所述骨料包括粗骨料和細骨料，所述粗骨料的粒徑為 10~22_，細骨料的粒徑為2~4_。骨料為混凝土提供骨架支撐作用，骨料如果選擇不當， 則會影響混凝土的強度，骨料的粒徑過大、過小或者過于單一都會造成混凝土強度不高，如 果粒徑過小，那么混凝土就成了砂漿，如果骨料粒徑過大，則混凝土內(nèi)部的空洞就大而多， 影響強度。為此，發(fā)明人經(jīng)過大量試驗和研究，當粗骨料的粒徑為10~22_，細骨料的粒徑 為2~4_時，得到的混凝土強度較佳，細骨料可為砂，粗骨料可為碎石、卵石等。
[0014]進一步地，作為優(yōu)選方案，所述粗骨料與細骨料的質(zhì)量比為9:5~7:3。發(fā)明人通 過大量試驗和研究發(fā)現(xiàn)，粗骨料和細骨料的配比關(guān)系也會對混凝土強度產(chǎn)生影響，當將粗 骨料與細骨料的質(zhì)量比選定為9:5~7:3時，混凝土的強度明顯得到增強。
[0015]進一步地，作為優(yōu)選方案，所述粗骨料的堆積密度為1400~1500kg/m3,表觀密度 為2600~2700kg/m3,含水率為0. 3%~0. 5% ;所述細骨料的堆積密度為1300~1400kg/ m3,表觀密度為2300~2400kg/m3,含水率為0. 1 %~0. 3%。經(jīng)過大量試驗研究發(fā)現(xiàn)，骨料 的堆積密度、表觀密度及含水率會對聚合物混凝土產(chǎn)生一定的影響，發(fā)明人反復的試驗研 究，在本方案下，能夠確?；炷莲@得較高的強度，同時不影響后期施工。
[0016]進一步地，作為優(yōu)選方案，所述堿激發(fā)液由硅酸鈉溶液與氫氧化鈉溶液按一定比 例混合而成，氫氧化鈉溶液的濃度為8~14mol/L，娃酸鈉溶液的濃度為3. 1~3. 4mol/L， 硅酸鈉溶液與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比值為1. 5~2. 5。
[0017]本方案之所以選擇硅酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液的混合液作為堿激發(fā)液，是因為此 類型堿激發(fā)液不僅能夠為聚合反應提供所必須的堿性環(huán)境還能為聚合反應提供必要的鈉 元素和硅元素。首先，粉煤灰中的三氧化二鋁和二氧化硅（玻璃相）在水中基本為惰性，必 須使用堿性溶液加以激發(fā)才能使之呈現(xiàn)出凝膠狀態(tài)，當氫氧化鈉溶液的濃度低于8mol時， 由于堿激發(fā)液中缺少足夠的OIT離子，而使粉煤灰中玻璃相的溶解程度不夠充分，致使反應 體系中缺少足夠的一Si-0H以及一A1-0H，進一步影響后續(xù)的反應過程，雖然理論上而言， 氫氧化鈉溶液的摩爾數(shù)越高，堿激發(fā)作用越明顯，但是也正是由于這種更加明顯的激發(fā)作 用使得聚合反應迅速發(fā)生，不利于施工，實驗證明，尤其是在低溫施工條件下（冬季尤為突 出），粉煤灰基地聚合物混凝土會因為氫氧化鈉溶液濃度過高而迅速凝結(jié)，混凝土凝結(jié)幾乎 和攪拌同時進行，也正是基于這種實驗現(xiàn)象和實際施工的便利，將氫氧化鈉溶液的濃度范 圍確定為8~14mol/L，這是發(fā)明人經(jīng)過大量試驗得出的研究結(jié)果。另外，為了防止二氧化 硅過剩，本方案將硅酸鈉溶液與氫氧化鈉溶液質(zhì)量比控制在1. 5~2. 5范圍內(nèi)，因為如果硅 酸鈉溶液質(zhì)量過高，一方面就會使體系中的二氧化硅不能充分反應而產(chǎn)生引起二氧化硅過 剩，造成資源浪費，另一方面，因為堿激發(fā)液是由硅酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液混合而成，如 果硅酸鈉溶液過高則氫氧化鈉溶液就會降低，體系中〇『離子的含量降低而有可能影響聚 合反應，影響混凝土的質(zhì)量。
[0018] 進一步地，作為優(yōu)選方案，所述氫氧化鈉溶液由純度為96%~98%的氫氧化鈉顆 粒溶解于超純水中配制而成。在本方案中，由于采用了超純水，能夠避免水中出現(xiàn)其它干擾 離子對聚合反應產(chǎn)生不良影響。
[0019] 進一步地，作為優(yōu)選方案，所述氫氧化鈉溶液與硅酸鈉溶液混合后，在室溫下靜置 20~30個小時后再使用。發(fā)明人經(jīng)過無數(shù)次實驗發(fā)現(xiàn)，相比于配置好之后直接拿來用， 靜置有兩方面的好處：一方面，靜置可以使氫氧化鈉溶液和硅酸鈉溶液充分混合均勻；另 一方面，氫氧化鈉溶液中的氫氧根離子（0JT)可以激發(fā)硅酸鈉溶液中的硅酸根離子水解生 成硅氫氧根4 這樣就更有利于混凝土高溫養(yǎng)護時聚合反應的進行。另外，由于 氫氧化鈉溶液和硅酸鈉溶液初混合時會釋放熱量，如果不靜置一段時間而將其直接進行使 用，就有可能會發(fā)生速凝現(xiàn)象，即混凝土還沒有攪拌完全就已在攪拌器中凝固或是混凝土 的強度達不到理想情況。
[0020] 進一步地，所述堿激發(fā)液與粉煤灰的質(zhì)量比值為0. 7~0. 8。通過發(fā)明人研究發(fā) 現(xiàn)，堿激發(fā)液與粉煤灰的質(zhì)量比對聚合物混凝土有顯著影響，堿激發(fā)液與粉煤灰的質(zhì)量比 過大或過小都會造成聚合物混凝土的流動性以及抗壓強度差，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員未曾考 慮和研究的方向。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果