專利名稱：一種纖維增強堿激發膠凝材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型膠凝材料，特別涉及一種具有良好抗拉強度的纖維增強堿激發膠凝材料及其制備方法。
背景技術：
偏高嶺土(MK)是高嶺土在高溫下脫水形成的產物。在硅酸鹽工業中，對于偏高嶺土這種人工火山灰燒結粘土材料的研究起步較晚。國外從20世紀80年代起開始增多，90年代中后期研究力度不斷增大，主要集中于將其作為礦物摻合料時對水泥及混凝土性能的影響上，也有將其制成膠凝材料制品的研究。國內有關偏高嶺土研究的起步很晚，近幾年才陸續有一些偏高嶺土作為礦物摻合料研究的報道。偏高嶺土作為新一代膠凝材料材料，在國外的研究與應用已取得了較大的發展。而目前，國內研究與利用偏高嶺土火山灰活性的文獻還很少。這說明國內對偏高嶺土的認識不足，沒有引起足夠的重視。由于它在制造膠 凝材料中具有優良的性能，有必要對其進行研究與利用，實現其資源化利用的最高目標。據不完全統計，每生產I噸生鐵，將排渣O. 3 I. O噸。每年我國鐵廠的礦渣排放量高達6000萬噸以上，通常用于筑路、回填、作水泥生產的原材料及混合材等，利用量不到80%，分布在我國的17個省、市、自治區。這些廢渣的排放、堆積，不僅消耗大量人力、財力，占用了大量的農田，阻礙交通、河流，而且還對環境造成了污染，危害了生態平衡。我國非常重視礦渣的綜合利用，在水泥工業中得到了廣泛的應用，但礦渣的應用大部分是與熟料一起混磨生產水泥。ISO標準實施以前，P · S 52. 5水泥中礦渣的摻入量在20%左右，P · S42. 5水泥中礦渣摻量在30%左右，不到國家標準中礦渣水泥允許最高摻量70%的一半。考慮到礦渣是一種鋁硅酸鹽原料，具有用來制備硅酸鹽膠凝材料的條件，將具有更好的經濟效益及環境效益。在堿的作用下，偏高嶺土和礦渣都具有膠凝性質，內部硅氧鍵和鋁氧鍵發生斷裂，再通過縮聚反應，重新形成硅氧四面體和鋁氧四面體組成的三維網絡結構，從而產生強度。由于礦渣的含鈣量很高，同時也部分生成水化硅酸鈣凝膠。當體系中存在其他金屬離子時，尤其是堿金屬離子，網絡結構會吸附這些離子，有些離子甚至可以參加網絡的形成，這種網絡結構是無定形體，所以有人稱其為凝膠體。正是由于具有上述的特殊結構組成，該材料兼有有機高聚物、陶瓷、水泥的特點。

發明內容
本發明的目的是為了制備出一種具有良好力學強度，尤其是抗拉強度的新型膠凝材料。本發明提供一種以偏高嶺土和工業固體廢棄物礦渣為主要原料，以玻纖增強PVA纖維為結構增強劑制備的纖維增強堿激發膠凝材料及其制備方法。為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案
本發明所述的纖維增強堿激發膠凝材料的原料包括膠凝材料，堿激發劑、聚乙烯醇纖維PVA和水。所述的膠凝材料為偏高嶺土和礦渣，所述的堿激發劑為水玻璃和氫氧化鈉。其組分為
原料質量g
(1)膠凝材料
偏高嶺土250 400
礦渣750 600
(2)堿激發劑
水玻璃200 240
氫氧化鈉40 85 (3)水200 250
(4)PVAO. 8 2. 5
所述偏高嶺土的化學成分(質量百分數)= SiO2 (52. 65%), Al2O3 (43. 20%), Fe2O3 (O. 25%)，TiO2 (O. 56%), MgO (O. 01%), CaO (O. 004%), H2O (O. 02%) 所述礦渣的化學成分(質量百分數):CaO(26. 54%), SiO2 (24. 37%), TiO2 (23. 83%)，Al2O3 (13. 76%), MgO (8. 48%), V2O5 (O. 34%) 所述水玻璃的模數3. 2 3. 4，Na2O含量不少于8. 2%，SiO2含量不少于26%。所述氫氧化鈉為化學純，含量不低于99%。所述PVA的性質為長度9mm，直徑12 μ m,抗拉強度1400MPa，密度I. 28/g · cm-3 一種纖維增強堿激發膠凝材料的制備方法，其特征在于，制成的纖維增強堿激發膠凝
材料是在礦渣和偏高嶺土中加入玻纖增強PVA (polyvinylalcohol fiber簡稱PVA)和水玻璃，在水玻璃的激發下生成，PVA纖維和水玻璃的加入量分別以礦渣和偏高嶺土的總質量為基礎，PVA纖維的加入量為礦渣和偏高嶺土質量的O. 089Γ0. 25% ;水玻璃的加入量為礦渣和偏高嶺土的20% 25%。上述纖維增強堿激發膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
(1)準確稱取礦渣和偏高嶺土；
(2)將氫氧化鈉加入水玻璃中，調節水玻璃模數至指定模數。(3)在室溫下將配方量的玻纖增強PVA纖維分散于礦渣和偏高嶺土中，然后放入水泥凈漿攪拌機中進行攪拌，將水玻璃加入并繼續攪拌，最后加入水，水膠比為O. 30，最后攪拌形成混合均勻的漿體。(4)將衆體裝入模具中成型,脫模,放入養護室內養護。纖維增強堿激發膠凝材料的制備過程為
第一步，按照配比稱取各種原料。第二步，將一定量的氫氧化鈉、水玻璃和水混合，在室溫條件下靜置冷卻一定時間后配制成所需模數的激發劑溶液(要求PH大于12)，同時該溶液也滿足所需的激發劑和水的用量。第三步，稱取所用比例的礦渣和偏高嶺土，并混合均勻，放入PVA后再將混合料倒入水泥凈漿攪拌機內。將事先配置好的激發劑溶液和水倒入料倉中，開始拌機(慢攪2min，暫停15s，快攪2min)，將拌合好的漿體倒入三聯模具中(20 X 20 X 20mm)，在振實儀上振動Imin,成型后在標準養護室養護,脫模,再在一定的養護制度下養護到齡期。第四步，養護過程。在濕養條件下養護24h 48h(視水膠比而定)，最后拆模。在測試7天強度之前，標準養護的條件下，每天噴水養護2 4次；之后可以每2 3天噴水養護。本發明制備的纖維增強堿激發膠凝材料具有以下技術效果
(I)可以大量使用工業礦渣，使得工業固體廢棄物得到資源化利用。(2)采用無需加熱的常溫常壓制備工藝技術，制備過程中無三廢的排放，是一種綠色制備過程。(3)采用玻纖增強PVA纖維對膠凝材料進行增強復合，可以有效的控制膠凝材料的固塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂縫，防治及抑制裂縫的形成及發展，大幅度提高制品的抗折強度和抗壓強度。
本發明制備的膠凝材料固化后具有良好的長期抗折強度和抗壓強度。可歸因于該纖維良好的分散性及其與膠凝材料結構牢固的粘結能力，其28d抗壓強度可達83. 7MPa，抗折強度可達11.7MPa。
具體實施例方式實施例I :
空心玻璃微珠泡沫混凝土，其組分為
原料質量g
(1)膠凝材料
偏高嶺土300
礦渣700
(2)堿激發劑
水玻璃220
氫氧化鈉50
(3)水230
(4)PVAI. 2
1、精準稱取偏高嶺土300g，礦渣700g，以此為計量基礎(100%);將稱量好的偏高嶺土和礦渣放入水泥凈漿攪拌機中，均勻混合，然后倒入12. gPVA，開始均勻攪拌(低速，使物料均勻);
2、稱取水玻璃220g，倒入容器中，再稱取氫氧化鈉50g，緩慢倒入水玻璃中，同時攪拌，使氫氧化鈉完全溶解于水玻璃中，從而達到降低水玻璃的模數的目的，最后將水玻璃放置一段時間，使調整好模數的水玻璃的溫度降低到室溫；
3、稱取230g水，倒入偏高嶺土和礦渣中，緩慢均勻攪拌；將調制的水玻璃倒入攪拌鍋中，開始低速(50 100r/min)攪拌2min,暫停15s,然后高速(80 150r/min)攪拌2min ；
4、攪拌介紹后，將漿體倒入模具中，在膠砂震實臺上震動，用刮板刮平。5、試件脫模后移至標準養護室內，養護至齡期，得到成型的纖維增強堿激發膠凝材料。實施例2
纖維增強堿激發膠凝材料，其組分為
權利要求
1.一種纖維增強堿激發膠凝材料，其特征在于，由膠凝材料，堿激發劑、聚乙烯醇纖維PVA和水組成，所述的膠凝材料為礦渣和偏高嶺土，堿激發劑為水玻璃和氫氧化鈉，聚乙烯醇纖維和水玻璃的加入量分別以礦渣和偏高嶺土的總質量為基礎，PVA纖維的加入量為礦渣和偏高嶺土質量的O. 089Γ0. 25% ;水玻璃的加入量為礦渣和偏高嶺土質量的20% 25%。
2.根據權利要求I所述的膠凝材料，其特征在于，各組成成分優選偏高嶺土250 400g，礦渣750 600g，水玻璃200 240g，氫氧化鈉40 85g，水200 250g, PVAO.8 2. 5g。
3.根據權利要求I所述的膠凝材料，其特征在于，所述偏高嶺土的化學成分質量百分數如下=SiO2 52. 65%, Al2O3 43. 20%，Fe2O3 O. 25%，TiO2 O. 56%，MgO O. 01%，CaO O. 004%，H2O 0.02%。
4.根據權利要求I所述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣的化學成分的質量百分數如下CaO 26. 54%，SiO2 24. 37%，TiO2 23. 83%，Al2O3 13. 76%，MgO 8. 48%，V2O5 O. 34%。
5.根據權利要求I所述的膠凝材料，其特征在于，所述水玻璃的模數3.2 3. 4，Na2O含量不少于8. 2%, SiO2含量不少于26%。
6.如權利要求I所述的纖維增強堿激發膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟 (1)準確稱取礦渣和偏高嶺土； (2)將氫氧化鈉加入水玻璃中，調節水玻璃模數至指定模數； (3)在室溫下將配方量的玻纖增強PVA纖維分散于礦渣和偏高嶺土中，然后放入水泥凈漿攪拌機中進行攪拌，將水玻璃加入并繼續攪拌，最后加入水，水膠比為O. 30，最后攪拌形成混合均勻的漿體； (4)將漿體裝入模具中成型，脫模，放入養護室內養護。
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于， 第一步，按照配比稱取各種原料； 第二步，將一定量的氫氧化鈉、水玻璃和水混合，在室溫條件下靜置冷卻一定時間后配制成所需模數的激發劑溶液，同時該溶液也滿足所需的激發劑和水的用量； 第三步，稱取所用比例的礦渣和偏高嶺土，并混合均勻，放入PVA后再將混合料倒入水泥凈漿攪拌機內，將事先配置好的激發劑溶液和水倒入料倉中，開始拌機，將拌合好的漿體倒入三聯模具中,在振實儀上振動I min,成型后在標準養護室養護,脫模,再在一定的養護制度下養護到齡期； 第四步，養護過程。
8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟二中激發劑溶液的pH大于12。
9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟三拌機操作中慢攪2min，暫停15s,快攪 2min。
10.根據權利要6所述的制備方法，其特征在于，步驟四中，在濕養條件下養護24h 48h，最后拆模，在測試7天強度之前，標準養護的條件下，每天噴水養護2 4次；之后可以每2 3天噴水養護。
全文摘要
本發明公開了一種纖維增強堿激發膠凝材料及其制備方法，是在礦渣和偏高嶺土中加入聚乙烯醇纖維、水玻璃和水。在水玻璃的激發作用下，礦渣和偏高嶺土形成強度，其中的聚乙烯醇纖維達到增強這種膠凝材料的抗壓強度和抗折強度的作用。聚乙烯醇質量占礦渣和偏高嶺土質量的0.08%~0.25%，水玻璃的質量為礦渣和偏高嶺土質量的20%~25%。其制法是在室溫下將配方量的聚乙烯醇纖維分散于礦渣和偏高嶺土中，然后置于水泥凈漿攪拌機中進行攪拌，將調整好模數的水玻璃溶液加入形成混合均勻的漿體；成型，放入標準養護箱養護。本發明制備的膠凝材料固化后具有良好的長期抗折強度和抗壓強度。所制備的膠凝材料28d抗壓強度可達83.7MPa，抗折強度可達11.7MPa。
文檔編號C04B16/06GK102910882SQ20121044204
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者王晴, 丁兆洋, 冉坤 申請人:沈陽建筑大學