地质聚合物用组合物、地质聚合物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及水泥材料领域，具体涉及地质聚合物用组合物、地质聚合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、普通硅酸盐水泥在土木工程长期的使用过程中因遭受自然灾害及外力破坏，普遍存在着不同程度的破损、开裂等问题。

2、对于高速公路、机场道面、市政主干道、海港、码头等工业与民用道路的日常维护和破损后的抢修工程中，快速修复对保证交通通畅和正常生产至关重要；因此，需要能够超快凝的工程抢修材料。

3、然而，在实现超快凝的同时，还需要保证工程抢修材料凝固后具有良好的抗压强度，以满足实际工程施工要求。

4、地质聚合物是一种利用大宗固体废物为主要原料，经化学激发后形成的无机聚合材料。与普通硅酸盐水泥相比，地质聚合物的生产不需要开采石灰石，进而大大减少了co2的排放。

5、此外，地质聚合物还具有凝结速度快、耐酸碱性强、耐候性优、阻燃性佳等优点，因此，受到了越来越多的关注。

6、cn115557739a公开了一种海工地聚合物材料，包含如下重量组分：矿渣微粉25-60份、磨细玄武岩粉10-30份、偏高岭土5-25份、轻烧镁粉5-20份、硬石膏2.5-15份、海砂0.1-25份、粉煤灰微珠2.5-5份、玄武岩短切纤维0.1-1.5份、微型纤维0.1-2份、水玻璃5-30份、碱性激发剂3-15份、复合型阻锈剂0.1-3份、减水剂0.4-1份。但是，该现有技术中的地聚合物材料的凝结时间较长，不能满足紧急抢修工程的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的水泥材料凝结时间过长、施工后抗压强度低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种地质聚合物用组合物，该组合物中包括：基础组分、水玻璃、含镁组分、含水石膏和碳纤维；

3、相对于100重量份的基础组分，所述水玻璃的含量为55-65重量份，所述含镁组分的含量为5-6重量份，所述含水石膏的含量为1-3重量份，所述碳纤维的含量为2-3重量份；

4、以所述基础组分的总重量为基准，所述基础组分中含有80-95wt%的冶金渣粉和5-20wt%的偏高岭土；所述冶金渣粉的比表面积为550-750m2/kg；

5、所述水玻璃的模数不低于1.0；

6、所述含镁组分为质量比为1：0.1-0.3：0.2-0.5的氧化镁、碳酸镁和氢氧化镁的组合；

7、所述含水石膏为含量质量比为1：1-3的半水石膏和无水石膏的组合。

8、本发明的第二方面提供一种制备地质聚合物的方法，该方法应用前述第一方面所述的地质聚合物用组合物中的各组分进行，包括：

9、将含有所述地质聚合物用组合物中的各组分的地质聚合物浆体进行养护处理，得到所述地质聚合物。

10、本发明的第三方面提供由前述第二方面所述的方法制备得到的地质聚合物。

11、本发明的第四方面提供前述第三方面所述的地质聚合物在紧急抢修工程中的应用。

12、本发明提供的地质聚合物用组合物中的原料来源广泛，且无需开采石灰石，对环境友好。

13、本发明提供的地质聚合物用组合物中特定含量的组分之间通过相互协同作用，使得制备得到的地质聚合物具有更适宜的凝结时间、更好的流动性和稳定性。

14、本发明提供的地质聚合物易于施工、浇筑，且在施工早期就具有极高的抗压强度，不会产生因凝结过快导致的收缩裂纹，特别适合应用于道路工程修复领域。

15、发明人通过研究之后，认为本发明涉及的机理主要包括：

16、（1）本发明中含镁组分（质量比为1：0.1-0.3：0.2-0.5的氧化镁、碳酸镁和氢氧化镁的组合）中的三种含镁化合物按特定配比组合时相互影响，共同作用于碱激发胶凝材料的水化过程。其中，氧化镁和氢氧化镁可以迅速提高反应体系的ph值，而碳酸镁则可能在一定程度上调节这一过程，避免ph值过高导致的不利影响。这三种含镁化合物的特定组合能够优化水化产物的组成和微观结构，使得地质聚合物结构更加致密化，进而提高地质聚合物的凝结速度和早期强度。

17、具体地，氧化镁在水化过程中放热，提高了组合物的温度，加速了水化反应的进行；并且氧化镁吸水时会生成氢氧化镁，能够增加反应体系的ph值，为组合物中的硅酸盐矿物的溶解和聚合提供了更有利的条件；同时，氧化镁的水化产物与水化铝硅酸钙凝胶（c-（a）-s-h凝胶）相互作用，能够形成更稳定的胶凝结构。碳酸镁在与水接触时，会生成碳酸氢镁和氢氧根离子，有助于维持溶液的碱性环境；此外，碳酸镁的水解可能产生一些mg2+，这些离子可以参与到水化反应中，促进胶凝材料的凝结。而氢氧化镁中的mg2+和oh-可直接参与到水化反应中，加速凝结过程；且氢氧化镁参与反应形成的如类水滑石、m-s-h等产物有助于提高地质聚合物的早期强度。

18、（2）本发明特定的含水石膏（质量比为1：1-3的半水石膏和无水石膏的组合），能够共同调节地质聚合物的流动性和凝结时间。

19、具体地，半水石膏在水化过程中会吸收部分自由水，形成二水石膏（caso4·2h2o），这个过程会消耗一部分水，从而影响地质聚合物的凝结时间；半水石膏在水化过程中形成的二水石膏具有较低的密度和较好的分散性，且二水石膏的水化产物可以形成网状结构，有助于保持材料的流动性。而无水石膏在水化过程中需要吸收水分形成半水石膏或二水石膏；同时无水石膏的水化产物能够形成骨架结构，有助于改善地质聚合物的流动性和可塑性。当半水石膏和无水石膏以特定的比例组合（半水石膏和无水石膏质量比为1：1-3）时，能够相互补充，协同配合，进而使得到的地质聚合物具有更好的流动性和更适宜的凝结时间。

技术特征：

1.一种地质聚合物用组合物，其特征在于，该组合物中包括：基础组分、水玻璃、含镁组分、含水石膏和碳纤维；

2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述含水石膏为含量质量比为1：1-1.5的半水石膏和无水石膏的组合。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述碳纤维的平均长度为1-4mm，弹性模量为200-300gpa；

4.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃，且所述水玻璃的模数为1.0-1.5，固含量为40wt%-50wt%。

5.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述冶金渣粉中二氧化硅的含量为25-40wt%，氧化铝的含量为15-25wt%，氧化钙的含量为30-40wt%。

6.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述偏高岭土为将高岭土和/或高岭石进行煅烧处理后得到的产物；

7.一种制备地质聚合物的方法，其特征在于，该方法应用权利要求1-6中任意一项所述的地质聚合物用组合物中的各组分进行，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述养护处理的条件包括：温度为20-40℃，湿度为90-100%。

9.由权利要求7或8所述的方法制备得到的地质聚合物。

10.权利要求9所述的地质聚合物在紧急抢修工程中的应用。

技术总结本发明涉及水泥材料领域，公开了地质聚合物用组合物、地质聚合物及其制备方法和应用。该组合物中包括：基础组分、水玻璃、含镁组分、含水石膏和碳纤维；相对于100重量份的基础组分，所述水玻璃的含量为55‑65重量份，所述含镁组分的含量为5‑6重量份，所述含水石膏的含量为1‑3重量份，所述碳纤维的含量为2‑3重量份；以所述基础组分的总重量为基准，所述基础组分中含有80‑95wt%的冶金渣粉和5‑20wt%的偏高岭土。本发明提供的地质聚合物对环境友好，且具有良好的流动性和早期强度，能够在施工后快速凝结，在紧急抢修工程中有广阔的应用前景。技术研发人员：张祖华,黄子叶,朱颖灿,周正宁受保护的技术使用者：上海百奥恒新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1