本發明涉及地聚合物，具體涉及一種可面向不同環境溫度且基于鈣基材料活化的地聚合物及其制備方法和其凝結時間調控方法。

背景技術：

1、地聚合物是一種具備優異強度和耐酸堿性能的新型低碳材料，其生產過程中碳排放僅為普通硅酸鹽水泥的10％至30％，因此被視為一種“綠色”水泥。目前，關于地聚合物的研究致力于將其應用在高強度、抗火、耐腐蝕以及高耐久性的建筑材料應用場景。然而，地聚合物的凝結硬化過程受溫度影響顯著，進而影響其力學性能。在低溫環境下，地聚合物的凝結時間顯著延長，且強度發展緩慢，最終強度較低；而在高溫環境下，凝結時間大幅縮短，材料流動性迅速喪失，同時由于溫度應變產生收縮影響強度。因此，如何在不同溫度條件下調控地聚合物的凝結時間，以確保其施工性能，是推動該材料在更多工程中應用的關鍵，目前無針對解決這個問題的手段。

2、在制備適用于不同溫度場景下的地聚合物材料方面，專利“一種常溫下快速硬化地聚物及其制備方法”(cn105621911a)，采用偏高嶺土分步加入堿激發劑中混合攪拌來制備地聚合物，但加料次數多攪拌時間長且僅適用于常溫情況；專利“一種基于低溫晶化的快速硬化地聚合物及其制備方法”(cn118307245a)提出基于偏高嶺土與堿激發劑在低溫下晶化原理來制備地聚合物，但需要先在20℃下養護成型，才能投入到低溫環境使用；專利“油田固井用偏高嶺土－礦渣基地質聚合物及其高溫緩凝劑”(cn200810020859.3)提出了一種在高溫下也能制備使用的地聚合物，但所述材料也具有僅適用于高溫的特點。綜上，這些專利針對不同溫度條件的地聚合物使用均存在局限性，無法覆蓋較大的溫度區間，且凝結時間較長，不便于工程應用。此外，上述專利的實施內容僅基于特定配合比的材料設計，并未涉及到在不同溫度條件下地聚合物凝結時間的計算和優化方法。

技術實現思路

1、本發明的目的是針對現有問題，提供了一種可面向不同環境溫度且基于鈣基材料活化的地聚合物及其制備方法和其凝結時間調控方法。所提及的凝結時間調控方法利用鈣基材料a和b對地聚合物凝結時間的調控特性，提高了地聚合物在不同溫度下的適用性，并具有一定的研究參考價值。

2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

3、一種基于鈣基材料活化的地聚合物，所述地聚合物按重量百分數計包含偏高嶺土40-50％、堿激發劑42-50％、鈣基材料a?2-10％、鈣基材料b?2-8％，各原料重量百分數之和為100％；

4、所述地聚合物的制備方法包括如下步驟：

5、1)攪拌：將偏高嶺土、鈣基材料a和鈣基材料b倒入水泥凈漿攪拌機，進行低速攪拌，低速攪拌時倒入堿激發劑，然后低速攪拌至混合均勻，最后高速攪拌，得到地聚合物漿體；

6、2)成型、養護：將步驟1)中制備的地聚合物漿體倒入模具，在振動平臺振動60s，放置于指定溫度環境養護24h，即得到基于鈣基材料活化的地聚合物。

7、進一步的，所述偏高嶺土的目數不小于1250目。

8、進一步的，所述堿激發劑按重量百分數計，包含液體水玻璃70-72％、固體氫氧化鈉12-14％和水16-18％，使用固體氫氧化鈉調制堿激發劑模數為1.4～1.6；

9、所述堿激發劑的制備方法為：

10、a)制備氫氧化鈉溶液：混合固體氫氧化鈉和水，攪拌至均勻透明溶液，待溶液溫度降至室溫后使用；

11、b)制備堿激發劑：將液體水玻璃與步驟a)中制備的氫氧化鈉溶液混合攪拌均勻，得到堿激發劑。

12、進一步的，所述液體水玻璃的模數為3.1-3.3，含固量42.5％。

13、進一步的，所述鈣基材料a為高鈣粉煤灰，成分包括：sio2：45-55wt％，al2o3：25-35wt％，cao：10-15wt％，其余為雜質；所述鈣基材料b為氧化鈣和水泥熟料中的一種，優選氧化鈣。

14、進一步的，步驟2)中，所述場地溫度環境為5-50℃。

15、進一步的，步驟1)中，所述低速攪拌和高速攪拌的攪拌轉速分別為90-100r/min和250-260r/min。

16、一種任意一項所述的基于鈣基材料活化的的偏高嶺土地聚合物的凝結時間調控方法，所述調控凝結時間方法包括以下步驟：

17、步驟一：依據選擇好的初始原料配比，計算得到na20/al203的摩爾比即依據場地溫度條件得到72小時的場地溫度均值作為環境溫度t；

18、步驟二：通過將環境溫度t和所述初始原料配比代入地聚合物凝結時間計算公式，計算得到基于鈣基材料活化的地聚合物的凝結時間，所述凝結時間包括初凝時間和終凝時間；

19、步驟三：將步驟二計算得到的初凝時間和終凝時間與施工要求的初凝時間和終凝時間做對比，若不符合施工要求，則基于所述地聚合物凝結時間計算公式調整鈣基材料a與鈣基材料b的重量百分數，對凝結時間進行修正，使凝結時間符合施工要求，依據優化后的原料配比制備得到適用于當前環境溫度t的基于鈣基材料活化的偏高嶺土地聚合物。

20、進一步的，步驟二中，所述地聚合物凝結時間計算公式為：

21、初凝時間：

22、終凝時間：

23、式中：caa為鈣基材料a重量百分數；cab為鈣基材料b重量百分數。

24、進一步的，步驟三中，所述施工要求的初凝時間為45-120min，終凝時間為120-360min。

25、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

26、(1)本發明提供了一種能夠在較寬溫度范圍內穩定控制地聚合物凝結時間的技術方法。相比現有技術，僅能適用于常溫或特定溫度條件，本發明解決了地聚合物在低溫和高溫條件下凝結時間難以控制的問題，使地聚合物材料可在多種溫度環境下高效施工，擴大了其應用場景。

27、(2)本發明通過利用鈣基材料a的熱緩和效應與火山灰效應以優化高溫下(25-50℃)

28、基于鈣基材料活化的偏高嶺土地聚合物材料施工性能，避免迅速凝結現象并降低熱收縮。

29、(3)本發明通過利用鈣基材料b的高水化熱以實現低溫下(5-25℃)基于鈣基材料活化的偏高嶺土地聚合物材料自熱內養護，從而促進低溫下的地聚合物材料水化速率，縮短凝結時間并實現早強效果。

30、(4)本發明通過設計的計算公式調控地聚合物的凝結時間，能夠在低溫環境下避免凝結過慢或早期強度過低，在高溫環境下避免凝結過快或流動性喪失。該技術保證了地聚合物在不同施工溫度條件下具有較好的施工性能，有助于提高施工效率和工程質量。

31、(5)本發明的方法通過合理配比與調控溫度，簡化了制備過程，相較于現有技術中需復雜養護或繁瑣加料步驟，本發明提供了一種更加高效且易于工業化的生產工藝。

32、(6)由于本發明使用了地聚合物這一新型低碳材料，相較于傳統建材材料，如水泥等，生產過程中能耗有所降低，本發明有助于實現建筑行業的低碳排放和可持續發展目標。

33、(7)本發明提供地聚合物凝結時間計算公式，通過調控地聚合物的配比來控制不同溫度下的凝結時間，從而對地聚合物的配比設計進行了量化修正，對于不同溫度下的地聚合物的配比設計具有一定參考價值。