一种氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物及其制备方法

本发明属于建筑材料，具体涉及一种氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物及其制备方法。

背景技术：

1、由于全球建筑需求的增长，建筑行业的二氧化碳排放量也不断创下历史新高。普通波特兰水泥(opc)是当今使用量最大的建筑工程材料，但其生产过程却伴随着巨大的能源消耗和二氧化碳排放。探索环保低碳的建筑材料，以抵消传统建筑材料巨大的能源消耗和碳排放已经成为行业共识。地质聚合物是一种具备三维网状结构的硅铝酸盐材料，它通常由粉煤灰、偏高岭土、矿渣等工业固体废弃物和碱性溶液合成。地聚物是一种可持续材料并且具有优异的热稳定性和机械性能，因此近年来人们越来越关注地聚物的研究。地聚物在高温下远远优于opc的机械性能和稳定的结构完整性，也使得它在高温场景中的应用得到了越来越多的探索。

2、尽管与opc相比，地聚物具有更好的热稳定性和高温后残余力学性能。但粘性烧结以及生成类陶瓷相所需的较高温度条件，仍然限制了地聚物的耐高温性能进一步提升。高温下粘性烧结会显著降低地聚物的孔隙率，烧结生成的类陶瓷晶相也会补偿因高温产生的强度损失。而研究表明，地聚物基体连续的粘性烧结往往发生在1000℃附近的高温区间。一方面，地聚物在烧结前经历持续的高温劣化过程，导致较大强度与质量损失、体积收缩等。另一方面，较高的烧结温度在使基体在发生严重劣化前无法进行充分地粘性烧结。这使得地聚物的烧结效率处于较低水平，并抑制类陶瓷相对地聚物基体的强度补偿机制。为了解决烧结效率不足带来的诸多问题，有必要通过降低粘性烧结触发温度来开发具备高烧结效率的地聚物，以进一步提升建筑材料的耐高温性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明目的在于提出一种氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物及其制备方法，本发明使用了氧化硼对地聚物的高温烧结进行改善，降低了地聚物粘性烧结的温度，并提高了地聚物高温下的烧结效率，对地聚物的耐高温性能起到明显的提升作用。

2、为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

3、一种氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物，所述地聚物按照重量份数计包括以下原料：粉煤灰3533～3680份、偏高岭土883～920份、氧化硼0～184份、钾水玻璃溶液1595份和水246份。

4、优选地，所述地聚物按照重量份数计包括以下原料：粉煤灰3570～3607份、偏高岭土892～901份、氧化硼92～138份、钾水玻璃溶液1595份和水246份，所述地聚物的固体粉料中氧化硼的含量为2～3％。其中，固体粉料包括粉煤灰、偏高岭土和氧化硼。

5、优选地，所述地聚物按照重量份数计包括以下原料：粉煤灰3570份、偏高岭土892份、氧化硼138份、钾水玻璃溶液1595份和水246份，所述地聚物的固体粉料中氧化硼的含量为3％。

6、优选地，所述钾水玻璃模数为1.0，浓度为49.1％。

7、一种氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物的制备方法，包括如下步骤：

8、(1)按配合比称取粉煤灰、偏高岭土、钾水玻璃溶液、氧化硼以及水放置备用；

9、(2)将干燥固体粉末放入搅拌锅中，包括粉煤灰、偏高岭土和氧化硼，低速搅拌至粉料混合至均匀状态后，缓慢倒入钾水玻璃溶液和水，先低速搅拌再高速搅拌得到浆体。

10、(3)密封浇筑试件1天后脱模，并标准养护28天即得所述的地聚物。

11、优选地，所述步骤(2)中，低速的转速为100～110r/min，时间为30s，高速的转速为400～410r/min，时间为120s。

12、优选地，所述步骤(3)中，采用塑料薄膜对浇筑试件进行密封处理。

13、与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优点及有益效果：

14、(1)地聚物具备较高的热稳定性以及高温后残余力学性能，但其较高强度保有率主要依靠高温下的粘性烧结以及生成类陶瓷相晶体，而往往地聚物基体连续的粘性烧结往往发生在1000℃附近的高温区间，导致地聚物性能严重劣化而无法进行充分的粘性烧结。对此，本发明使用了低熔点氧化物氧化硼，氧化硼能降低样品的熔化温度，会阻碍材料的液态分子与固体晶格中的分子结合，使得高温下基体内部的化学平衡更多向熔化的方向进行，同时，氧化硼的引入会增加材料内部的流动性，促进分子在烧结的过程中由固相扩散转变为液相扩散，有效降低地聚物发生连续烧结的温度，一定程度上提升烧结效率。

15、(2)本发明制得的氧化硼改性的耐高温地聚物，具有优异的常温力学性能和耐高温性能。尤其在氧化硼含量为3％时，在常温20℃下抗压强度可达到32.5mpa，经历800℃高温后抗压强度可达到54.6mpa，经历900℃高温后抗压强度可达到33.5mpa，经历1000℃高温后抗压强度可达到19.9mpa。与过量或过少掺入氧化硼的地聚物相比，在保证常温抗压强度下，其高温后抗压强度得到一定提升。

技术特征：

1.一种氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物，其特征在于，所述地聚物按照重量份数计包括以下原料：粉煤灰3533～3680份、偏高岭土883～920份、氧化硼0～184份、钾水玻璃溶液1595份和水246份。

2.根据权利要求1所述的氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物，其特征在于，所述地聚物按照重量份数计包括以下原料：粉煤灰3570～3607份、偏高岭土892～901份、氧化硼92～138份、钾水玻璃溶液1595份和水246份，所述地聚物的固体粉料中氧化硼的含量为2～3％。

3.根据权利要求2所述的氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物，其特征在于，所述地聚物按照重量份数计包括以下原料：粉煤灰3570份、偏高岭土892份、氧化硼138份、钾水玻璃溶液1595份和水246份，所述地聚物的固体粉料中氧化硼的含量为3％。

4.根据权利要求1所述的氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物，其特征在于，所述钾水玻璃模数为1.0，浓度为49.1％。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，低速的转速为100～110r/min，时间为30s，高速的转速为400～410r/min，时间为120s。

7.根据权利要求5所述的氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，采用塑料薄膜对浇筑试件进行密封处理。

技术总结本发明公开一种氧化硼改性的高效烧结耐高温地聚物及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述地聚物按照重量份数计包括以下原料：粉煤灰3533～3680份、偏高岭土883～920份、氧化硼0～184份、钾水玻璃溶液1595份和水246份。本发明使用了氧化硼对地聚物的高温烧结进行改善，降低了地聚物粘性烧结的温度，并提高了地聚物高温下的烧结效率，对地聚物的耐高温性能起到明显的提升作用。技术研发人员：李培鹏,欧伟华,曹柏菘,任志刚受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18