[發明專利]一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410856420.X
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104496333B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 羅芳艷;王曉杰;閆國杰;劉鋼;李軍代;施曙東;王騰飛;馬利志;徐韻淳;邱軼;李交;夏慶宇;鄧國民;袁月;錢婷;周維維;姚凱
• 申請（專利權）人: 上海浦東路橋建設股份有限公司;上海浦東路橋瀝青材料有限公司
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B28/04
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙)31251
• 代理人: 郭桂峰

技術領域

本發明屬于混凝土材料技術領域，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

水泥穩定碎石層是路面結構的主要承重層，由于其較好的承載能力和經濟性特點被廣泛應用于高速公路和城市道路中。但是水泥穩定碎石隨著時間推移，其非均質體系會不斷發生變化，結果是混合料的宏觀物理性能如強度、抗疲勞性和抗收縮性均發生變化，引發路面病害的產生，如常見的路面裂縫，最終影響路面使用性能。針對以上問題，從原材料質量控制和施工工藝改進等方面的研究層出不窮；但病害仍頻頻發生。

地聚合物材料是一種由AlO₄和SiO₄四面體結構單元組成三維立體網狀結構的無機聚合物，屬于非金屬材料；該物質的結構與有機高分子聚合物的三維網絡狀結構相似，因此具有良好的力學性能、耐久性、可調整膨脹系數、固結重金屬離子、低排放和低能耗等優點，基于這些優點，被用于制備高強度材料，滿足人們生產和生活的需要，例如：意大利研究人員在其中加入聚丙烯纖維網制造了輕質墻板；日本鏡美公司通過添加有機物制備人造大理石，取代普通波蘭特水泥與礦物廢物等復合制備建筑材料等等應用。

目前，土木工程和交通工程中應用較多的為堿激發地聚合物材料，并以其快硬高強的性能被應用于機場跑道、道路基層等設施的修復上。地質聚合物在道路材料中的應用，較多用于舊水泥板塊補強；因受限于技術研發水平和施工工藝水平，還沒有大規模應用的趨勢。

發明內容

本發明的目的是，提供一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制備方法，解決現有技術中水泥穩定碎石層易開裂、強度變異性大、強度低 和耗能高的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種粉煤灰基地聚合物混凝土材料，其組分和質量百分比如下：粉煤灰25％～45％，偏高嶺土5％～15％，水泥10％～15％，煤矸石和礦渣3.5％～5％，堿激發劑25％～35％，緩凝劑0.5％～1％，去離子水1％～5％。

優選地，所述粉煤灰為無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1～50μm。進一步地，所述粉煤灰為一級或二級粉煤灰，其化學組分氧化硅和氧化鋁含量大于70％。

優選地，所述偏高嶺土為天然高嶺土經600℃～900℃煅燒后所得的200目以上的粉體。

優選地，所述水泥為普通硅酸鹽水泥，即國外所稱的波蘭特水泥。該硅酸鹽水泥在混凝土配方中還起到促凝劑的作用。

優選地，所述煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的含碳量較低的固體廢物。進一步地，所述煤矸石為山西生產，粉磨后的比表面積為300㎡/kg，其主要化學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。

優選地，所述礦渣是S95級粒化高爐礦渣粉。

優選地，所述堿激發劑是模數為2.5～3.0的水玻璃和模數為3.0～3.5的硅酸鉀溶液的組合。所述緩凝劑為市場上LDY-1型緩凝劑，液體試劑。

本發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：

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2～4min，至集料分散均勻，制得粉煤灰基地聚合物混凝土材料。

本發明還公開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中的應用。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1，本發明以堿激發粉煤灰基地聚合物為主要膠凝材料，制備一種無機地聚合物混凝土材料，該地聚合物混凝土材料具有環保高、力學性能好、早期強度高的特點。

2，本發明采用粉煤灰，具有和偏高嶺土一致的微觀結構，有效成分含量高，與偏高嶺土相比，價格低，適合大規模應用；本發明采用的堿激發劑，模數高，激發后材料強度高；本發明采用礦渣，屬于富鈣物質，其作用機理與普通硅酸鹽水泥類似，利用工業廢棄物的同時，提高材料的活性。