一种单组分地质聚合物秸秆集料的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体一种单组分地质聚合物秸秆集料的制备方法。

背景技术

传统的地质聚合物利用高岭土、矿渣、粉煤灰等前驱体硅铝质原料，可溶性碱金属硅铝酸盐溶解激发后养护而成。通过硅铝酸盐前驱体和碱性激发剂溶液如氢氧化钠、氢氧化钾和硅酸钠或者它们的组合形式反应聚合而制备。由于采用激发剂溶液与前驱体材料进行混合制备，传统的地质聚合物也称为双组分地质聚合物。双组分地质聚合物常用的激发剂类型主要包括包括氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、碳酸钠、硫酸钠等溶液。目前较多的地质聚合物激发剂为氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液。硅酸钠激发可获得性能良好的碱激发胶凝材料，强度较高。但是，此类溶液型激发剂存在着高碱性溶液带来的工艺操作的风险，凝结时间过快，拌合物黏度太高，流动性差等诸多问题。

现有技术中，申请号CN201710774873.1公开了地质聚合物基水稻秸秆纤维板及其制备方法，由液态钠水玻璃，偏高岭土及水稻秸秆纤维组成。申请号CN202210128171.7公开了一种地质聚合物砂浆及其制备方法，该地质聚合物砂浆原料包括油页岩灰渣、硅灰、细骨料、复合激发剂、改性秸秆、沸石粉、减水剂、缓凝剂和防水剂。申请号 CN201710460164.6公开了一种印染污泥地质聚合物材料的制备方法，将印染污泥与玉米秸秆粉末处理后与盐碱土浸出液混合制得。

单组份地聚物是指固体碱性激发剂和硅酸铝前驱体的混合物，该混合物可以直接与水混合，类似于传统的水泥混凝土。常用的单组分地质聚合物也和传统双组分地质聚合物材料一样，前驱体材料为高岭土、粉煤灰、矿渣等硅铝酸盐材料，其激发剂为固体颗粒，这与双组分地聚物溶液型激发剂不同。单组分地质聚合物通常采用固态 Na

在制备地聚合物时，作为原料组分的前驱体粉煤灰是玻璃相与晶体相的混合体，前者为活性组分，后者为惰性组分。粉煤灰的活性与玻璃相的含量、结构和成分有关，但粉煤灰中的玻璃相在水中基本为惰性，如要使之呈现胶凝性能，必须加以激发。前驱体中不同材料比值、激发剂掺量对单组分地质聚合物新拌性能、工作性能、力学性能的影响不同。采用纤维对单组份地质聚合物进行增韧强化，可有效改善其宏观力学性能，包括地质聚合物砂浆流动特性、抗压抗折强度、抗弯强度等。

发明内容

传统的双组份地质聚合物的合成制备必须在现场进行，造成施工不便。其次，碱性溶液具有腐蚀性，施工过程须在完善的保护措施下进行，阻碍了地质聚合物的大规模使用。单组分地聚物采用固体激发剂，缓解了上述不足。但是，其现场配料存在精确度不够，不同激发剂混合配制过程质量难以控制，从而降低了地质聚合物批量生产的效率，影响工程质量和增加费用的问题。另外也存在材料韧性不足、易发生脆性破坏的缺点，采用秸秆纤维作为基材增韧材料是一项必然选择。

本发明采用氢氧化钠及硅酸钠激发剂，根据激发剂含量对地质聚合物复合材料流动度、凝结时间以及强度的要求，将一定质量分数掺量的激发剂分批次与秸秆集料混合，秸秆集料作为激发剂载体，制备出包含激发剂的秸秆颗粒集料块体。后期进行现场地质聚合物制备时，按设计比例直接添加秸秆颗粒集料块体及前驱体材料及砂集料，加水搅拌即可。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单组分地质聚合物秸秆集料的制备方法，其制作工艺包括秸秆颗粒粉碎，秸秆颗粒洒水喷淋润湿，秸秆颗粒与氢氧化钠颗粒喷洒混合，秸秆颗粒与硅酸钠颗粒搅拌混合，秸秆混合料振捣挤压密实成型为秸秆集料块体，采用聚乙烯薄膜及打包带密封打包秸秆集料块体。

一种单组分地质聚合物秸秆集料的制备方法，其地质聚合物组成材料包括前驱体，激发剂，集料，水。其中前驱体材料为矿渣、粉煤灰或者高岭土；激发剂材料为氢氧化钠及硅酸钠；集料为砂及秸秆颗粒；水为自来水。

秸秆颗粒纤维在地质聚合物复合材料中起到增强、增韧作用，很好地解决了纯地质聚合物脆性大、易裂等缺陷。因此秸秆加入使得复合材料强度增强，秸秆纤维的配比要适宜。随着秸秆纤维含量的过大，纤维的体积比例增大，基体体积比例相对减小，导致复合材料结合不够紧密，强度下降。氢氧化钠及硅酸钠不宜过量，碱性激发剂过量，不利于复合材料的硬化。秸秆纤维中的糖分在碱的作用下，易发生水解，溶出物对复合材料的硬化起到阻凝的作用。另外，秸秆纤维在碱性基体内易腐蚀，导致强度下降。

附图说明

图1一种单组分地质聚合物秸秆集料的制备方法工艺流程图。

1.秸秆粉碎为颗粒；2 秸秆颗粒洒水喷淋湿润；3秸秆颗粒与氢氧化钠颗粒混合；4.秸秆颗粒与硅酸钠颗粒搅拌混合；5.秸秆混合料成型为秸秆集料块体；6.秸秆集料块体打包；7.秸秆颗粒喷管；8.喷水管；9.氢氧化钠颗粒喷管；10.硅酸钠颗粒输料管；11.集料传送带。

一种单组分地质聚合物秸秆集料的制备方法，利用秸秆集料作为地质聚合物激发剂的载体，形成包含激发剂的秸秆集料块体。秸秆集料块体组成材料包括秸秆颗粒集料，氢氧化钠及硅酸钠激发剂，水。制备方法包含以下步骤：

秸秆粉碎，制备秸秆颗粒。将新鲜干燥的秸秆通过粉碎仓内的粉碎机粉碎，过筛后得到秸秆颗粒；

秸秆颗粒洒水喷淋润湿。粉碎过筛后的秸秆颗粒通过粉碎机喷管出口，喷入润湿仓上部。同时，润湿仓下部通过喷水管向上洒水喷淋润湿，使秸秆颗粒充分润湿，形成润湿的秸秆颗粒；

秸秆颗粒与氢氧化钠颗粒混合。润湿后的秸秆颗粒通过集料传送带进入混合仓，同时，混合仓通过喷管喷入氢氧化钠颗粒，使秸秆颗粒与氢氧化钠颗粒充分搅拌混合，形成碱预处理秸秆颗粒；

混合仓内混合氢氧化钠的碱预处理秸秆颗粒通过集料传送带输出，进入搅拌设备内的搅拌机仓内；

搅拌机仓上部输料管向机体搅拌仓内输入硅酸钠颗粒，与混合氢氧化钠颗粒的碱预处理秸秆颗粒进行充分搅拌混合，使碱处理秸秆颗粒与硅酸钠颗粒混合，形成秸秆颗粒混合料；

秸秆颗粒混合料通过集料传送带传输至挤压成型机械，通过机械振捣挤压成型，形成一定尺寸的块状秸秆颗粒挤压体，即秸秆集料块体；

秸秆集料块体通过打包机，采用聚乙烯薄膜及打包带进行打包。

进一步的，通过步骤C氢氧化钠与润湿的秸秆颗粒混合，使秸秆颗粒表面达到碱预处理的效果。

进一步的，步骤F秸秆集料块体包含秸秆集料及一定比例的氢氧化钠及硅酸钠激发剂，使秸秆集料块体成为激发剂载体。

进一步的，可以按照设计要求，制备不同氢氧化钠及硅酸钠碱性激发剂的含量的秸秆集料块体。

本发明的有益效果是：秸秆集料块体作为碱性激发剂的载体，解决了传统地质聚合物复合材料在施工现场添加激发剂引发的腐蚀危险；解决了单组分地质聚合物现场配比不精准，计量误差的问题，省时省力；解决了秸秆材料松散，单位体积大，装卸及运输成本高的问题。利用聚乙烯薄膜封闭包装，避免了运输过程中碱腐蚀及与空气中二氧化碳发生反应；利用农作物秸秆废弃物，可大幅度降低材料价格，节能环保，可在工厂批量生产，施工工艺简单。

实施方式

秸秆集料采用新鲜干燥的玉米秸秆，工业级氢氧化钠颗粒，含量≥95.0%，工业固体硅酸钠颗粒，含量≥95.0%。组成材料质量用量比例：氢氧化钠16份，硅酸钠63份，秸秆颗粒16份，水5份。

一种单组分地质聚合物秸秆集料的制备方法，其组成材料包括秸秆颗粒，氢氧化钠颗粒，硅酸钠颗粒，水。制备方法包含以下步骤：

A.秸秆粉碎，制备秸秆颗粒。将新鲜干燥的秸秆通过粉碎仓内的粉碎机粉碎，过筛，得到20-40目的秸秆颗粒，秸秆颗粒的堆积密度为80-120kg/cm

B.秸秆颗粒洒水喷淋润湿。粉碎过筛后的秸秆颗粒通过粉碎机喷管出口，喷入润湿仓上部。同时，润湿仓下部通过喷水管向上洒水喷淋润湿，使秸秆颗粒充分润湿，形成润湿的秸秆颗粒；

C.秸秆颗粒与氢氧化钠颗粒混合。润湿后的秸秆颗粒通过集料传送带进入混合仓，同时，混合仓通过喷管喷入氢氧化钠颗粒，使秸秆颗粒与氢氧化钠颗粒充分搅拌混合，形成碱预处理秸秆颗粒；

D.混合仓内混合氢氧化钠的碱预处理秸秆颗粒通过集料传送带输出，进入搅拌设备内的搅拌机仓内；

E.搅拌机仓上部输料管向机体搅拌仓内输入硅酸钠颗粒，与混合氢氧化钠颗粒的碱预处理秸秆颗粒进行充分搅拌混合，使碱处理秸秆颗粒与硅酸钠颗粒混合，形成秸秆颗粒混合料；

F.秸秆颗粒混合料通过集料传送带传输至挤压成型机械，通过机械振捣挤压成型，形成62.5mm×125mm×250mm的块状秸秆颗粒挤压体，即秸秆集料块体，秸秆集料块体的压实密度为200kg/cm

G.秸秆集料块体通过打包机，采用聚乙烯薄膜及打包带进行打包，打包体积为1000mm×1000mm×1000mm，每包包含512块秸秆集料块体。

本发明为一种单组分地质聚合物秸秆集料的制备方法。本发明最终所制备的地质聚合物复合材料组成材料包括前驱体材料，激发剂材料，中砂集料及秸秆集料，水。

各组成材料质量用量比例为：前驱体粉煤灰100份，秸秆集料块体100份（含氢氧化钠16份，硅酸钠63份，秸秆颗粒16份，水5份），中砂100份，水50份。

施工工艺为：

采用强制式搅拌机，先加入秸秆集料块体，每搅拌罐秸秆集料投料量为128块，0.25m

加入秸秆集料块体后，同时加入1/2的水12.5kg，搅拌3分钟，使秸秆集料块体中秸秆颗粒与激发剂颗粒完全散开；

投入粉煤灰50kg，中砂50kg，加入剩下1/2的水12.5kg，搅拌1分钟；

秸秆颗粒，前驱体，激发剂与水充分混合，形成地质聚合物浆体备用。

进一步的，步骤A中，秸秆集料添加时无需称量，每罐需求量按块数添加，简单方便，数量精确；

进一步的，步骤A中，秸秆集料块体作为碱性激发剂的载体，相应每搅拌罐氢氧化钠投料量为8kg，硅酸钠投料量为31.5kg，秸秆颗粒投料量为8kg，水投料量为2.5kg；

进一步的，步骤A中，制备地质聚合物时，可以按照设计要求选择不同碱性激发剂的含量的秸秆集料块体。

尽管上文已经对本发明进行了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明的原理进行的修改，都应理解为落入本发明的保护范围。