一种甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆及其制备方法

1.本发明涉及修补材料技术领域，特别是一种甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.我国幅员辽阔，地理环境错综复杂，服役于海洋环境、盐碱地环境等位置的混凝土结构出现的劣化现象更是屡见不鲜，这些建筑往往达不到服役年限而失去了应有的承载能力，而将其废弃不用或拆除重建往往会造成大量的经济损失，因此建筑的修补加固对于延长混凝土结构使用寿命及保障安全性方面起着重要作用。但修补材料普遍存在着施工工艺复杂、成本高、耐久性差等缺点，难以满足某些特定工程需求。因此,开发新型的水泥混凝土路面修补材料成为急需解决的课题。
3.地聚合物胶凝材料主要是利用工业废渣矿物成分等材料，通过碱激发剂形成胶凝结构的无机高性能高分子胶结材料，对于混凝土结构中的裂缝和缝隙具有填充和加固的作用。其具有抗压、抗折强度高，浆液凝固时间短，浆液流动性好，固化收缩小的优点，是一类低能耗且制备简单的可持续发展的绿色环保材料，以地聚合物胶凝体系为基础配置路面修补材料既能有效减小co2排放，又能满足路面开放交通的需求，符合国家绿色环保，节能减排的产业政策。
4.广西作为我国甘蔗产量最大的省份，甘蔗的种植面积达到全国的68％，在甘蔗的加工过程中会产生甘蔗渣灰，甘蔗渣灰作为农业废弃物，如果堆放起来不做任何处理，不仅会造成土地资源的浪费，也会污染空气及环境。所以对甘蔗渣灰进行合理利用符合国家的绿色发展和可持续发展。


技术实现要素：

5.为了有效利用甘蔗渣灰并解决混凝土结构的修补问题，本发明提供一种甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆及其制备方法，能够制备得到强度高、收缩小的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，并且原材料易得、成本低。
6.本发明的技术方案是：一种甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，其原料成分按质量配比为：甘蔗渣灰9～10％、偏高岭土9～10％、矿渣0～3％、水泥0～3％、标准砂56.5～59％、膨胀剂1.3～1.5％、水玻璃15.5～16.5％、氢氧化钠2～2.5％以及水2～2.5％；
7.所述甘蔗渣灰经过工业燃烧炉中600℃煅烧2h，后经过球磨机研磨3h的预处理获得，其粒径为5～100μm。
8.所述甘蔗渣灰的按如下方法制备：
9.首先将高温烧炉预热至600℃并保持稳定，随后将未处理的蔗渣灰放入耐高温铁盘中后推入高温烧炉内，每次进行煅烧处理的蔗渣灰质量控制在3kg，煅烧时间控制在
90min；待再煅烧的蔗渣灰在高温炉中自然冷却后，将其放入球磨机中，每次放入的蔗渣灰质量控制在3kg，并研磨3h；将蔗渣灰从球磨机中筛分出来后装入做好编号的样品袋中，并合理保存等待实验开展。经过煅烧和研磨的甘蔗渣灰的粒径范围5～100μm，烧失量0.47％，比表面积21.68m2/g，密度2.13kg/m3，sio2含量为30～40wt.％。
10.碱激发剂按如下方法制备：
11.按照配合比称量出粒状氢氧化钠、去离子水及水玻璃，先将去离子水倒入承装氢氧化钠的烧杯中并用玻璃棒进行搅拌，后将氢氧化钠溶液倒入承装水玻璃的烧杯中并对每个碱性激发剂的烧杯进行好编号标记，并将其放置于磁力搅拌机上持续搅拌24h，待其温度降低至室温即20℃
±
2℃。
12.所述偏高岭土中的sio2含量为40～50wt.％，al2o3含量为40～50wt.％，所述氢氧化钠纯度大于96％，所述水玻璃模数为2.25，sio2含量为29.99wt.％，na2o含量为13.75wt.％，所述矿渣中cao含量为30～50wt.％，sio2含量为30～40wt.％，所述水泥为华润牌p
·
o 42.5级普通硅酸盐水泥，cao含量为60～70wt.％，sio2含量为20～30wt.％，所述标准砂为中国iso标准砂，粒径为0.08～2mm，所述膨胀剂主要成分为mgo。
13.所述的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆的制备方法，包括如下步骤：
14.(1)将氢氧化钠溶于水玻璃中并超声30min使其混合均匀，之后在室温下静置待用；
15.(2)将配好的碱激发剂和水倒入锅中；
16.(3)将甘蔗渣灰、偏高岭土、水泥、矿渣和膨胀剂干拌30s，使得各基体材料搅拌均匀；
17.(4)将基体材料倒入锅中，开始搅拌直至浆体呈流动状态；
18.(5)再将标准砂加入搅拌锅高速搅拌30s，直至砂均匀分散后停拌90s，然后用刮刀快速将锅壁与搅拌叶片上的砂浆刮入锅底；
19.(6)最后高速搅拌60s以保证砂浆充分搅拌，得到甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆。
20.(7)装入模具，振动密实，然后拆模并在标准温度下密封养护。
21.所述碱激发剂在使用前陈化12h以上。
22.本发明具有如下有益效果：
23.1、低碳环保、价格低廉
24.使用偏高岭土和甘蔗渣灰代替水泥。其中偏高岭土属于工业副产品；甘蔗渣灰为甘蔗燃烧的废弃物，不需额外购买成本；因此，本发明具有低碳环保、价格低廉的显著优势。
25.2、拉伸粘结强度性能较好
26.所使用的处理后的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆在浸水条件下14d拉伸粘结强度达2.14mpa，高于规范要求的≥0.9mpa；热老化条件下14d拉伸粘结强度达1.93mpa，高于规范要求的≥0.7mpa。
27.3、界面弯拉强度及抗折强度优异
28.所使用的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，无论是对老旧水泥试件进行修补还是对45
°
和90
°
切面的新浇筑的水泥试件进行修补，甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的28d界面弯拉强度即抗折强度达5.9mpa，远高于规范要求的2mpa。
29.4、抗蚀能力良好
30.所使用的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆浸泡在5wt.％氯化钠溶液和5wt.％硫酸钠溶液中，在两种不同溶液的浸泡下，甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆的抗压抗折强度的抗蚀系数均＞0.9，满足规范的28d抗蚀系数≥0.85的要求。
具体实施方式
31.下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。
32.实施例1
33.本发明所述的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，各原料组分及质量百分比为：甘蔗渣灰sio2含量为30～40wt.％；偏高岭土sio2含量40～50wt.％，al2o3含量40～50wt.％；水玻璃模数为2.25，sio2含量为29.99wt.％，na2o含量为13.75wt.％；氢氧化钠纯度大于96％；矿渣cao含量为30～50wt.％，sio2含量为30～40wt.％；水泥为华润牌p
·
o 42.5级普通硅酸盐水泥cao含量为60～70wt.％，sio2含量为20～30wt.％，标准砂为中国iso标准砂，粒径为0.08～2mm；膨胀剂主要成分为mgo。
34.所述甘蔗渣灰的按如下方法制备：
35.首先将高温烧炉预热至600℃并保持稳定，随后将未处理的蔗渣灰放入耐高温铁盘中后推入高温烧炉内，每次进行煅烧处理的蔗渣灰质量控制在3kg，煅烧时间控制在90min；待再煅烧的蔗渣灰在高温炉中自然冷却后，将其放入球磨机中，每次放入的蔗渣灰质量控制在3kg，并研磨3h；将蔗渣灰从球磨机中筛分出来后装入做好编号的样品袋中，并合理保存等待实验开展。经过煅烧和研磨的甘蔗渣灰的粒径范围5～100μm，烧失量0.47％，比表面积21.68m2/g，密度2.13kg/m3，sio2含量为30～40wt.％。
36.碱激发剂按如下方法制备：
37.按照配合比称量出粒状氢氧化钠、去离子水及水玻璃，先将去离子水倒入承装氢氧化钠的烧杯中并用玻璃棒进行搅拌，后将氢氧化钠溶液倒入承装水玻璃的烧杯中并对每个碱性激发剂的烧杯进行好编号标记，并将其放置于磁力搅拌机上持续搅拌24h，待其温度降低至室温即20℃
±
2℃。
38.实施例2
39.本实施例为本发明所述甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆的制备方法的一个实例，按如下质量配比原料：甘蔗渣灰9.3％、偏高岭土9.3％、矿渣0％、水泥1.9％、标准砂55.9％、膨胀剂1.4％、水玻璃15.7％、氢氧化钠2.4％。
40.包括如下步骤：将质量配比为2.4％的氢氧化钠溶于质量配比为15.7％的水玻璃中并超声30min使其混合均匀，之后在室温下静置待用；将配好的碱激发剂和质量配比为2.3％的水倒入锅中；将质量配比为9.3％的甘蔗渣灰、9.3％的偏高岭土、1.9％的水泥、0％的矿渣和1.4％的膨胀剂干拌30s，使得各基体材料搅拌均匀；将基体材料倒入锅中，开始搅拌直至浆体呈流动状态；再将质量配比为55.9％的标准砂加入搅拌锅高速搅拌30s，后停拌90s，然后用刮刀快速将锅壁与搅拌叶片上的砂浆刮入锅底；最后高速搅拌60s以保证砂浆充分搅拌，得到甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆。
41.本例获得产品的各项性能试验结果列于表1。
42.实施例3
43.本实施例为本发明所述甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆的制备方法的另一个实例，按如下质量配比原料：甘蔗渣灰9.3％、偏高岭土9.3％、矿渣1.9％、水泥0％、标准砂55.9％、膨胀剂1.4％、水玻璃15.7％、氢氧化钠2.4％。
44.包括如下步骤：将质量配比为2.4％的氢氧化钠溶于质量配比为15.7％的水玻璃中并超声30min使其混合均匀，之后在室温下静置待用；将配好的碱激发剂和质量配比为2.3％的水倒入锅中；将质量配比为9.3％的甘蔗渣灰、9.3％的偏高岭土、0％的水泥、1.9％的矿渣和1.4％的膨胀剂干拌30s，使得各基体材料搅拌均匀；将基体材料倒入锅中，开始搅拌直至浆体呈流动状态；再将质量配比为55.9％的iso标准砂加入搅拌锅高速搅拌30s，后停拌90s，此时使用刮刀快速将锅壁与搅拌叶片上的砂浆刮入锅底；最后高速搅拌60s以保证砂浆充分搅拌，得到甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆。
45.本例获得产品的各项性能试验结果列于表1中。
46.表1实施例2和3制备的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆测试结果表
[0047][0048]
从表1的试验结果可以看出：
[0049]
(1)甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆具有较好的修补性能，且满足规范中的各项要求，证明其有作为耐久型修补砂浆的能力。
[0050]
(2)相较于90
°
切面的修补，甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆对对45
°
切面的修补的界面弯拉强度要高于对90
°
的切面修补的强度，这是因为45
°
切面的切面受到抗折试验机垂直的力的作用方式不同，即作用在斜面上的荷载不同，45
°
斜面具有更大的接触面积和更粗糙的界面，使其界面弯拉强度得到了增强。
[0051]
(3)外掺矿渣的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆的抗蚀系数要略低于外掺水泥的修补砂浆，且对比不同的浸泡溶液，浸泡于硫酸钠溶液中会导致甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物的强度损失更加严重，但是仍可以保持较高的抗蚀系数。

技术特征：
1.一种甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，其特征在于，其原料成分按质量配比为：甘蔗渣灰9～10％、偏高岭土9～10％、矿渣0～3％、水泥0～3％、标准砂56.5～59％、膨胀剂1.3～1.5％、水玻璃15.5～16.5％、氢氧化钠2～2.5％以及水2～2.5％；所述甘蔗渣灰经过工业燃烧炉中600℃煅烧2h，后经过球磨机研磨3h的预处理获得，其粒径为5～100μm。2.根据权利要求1所述的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，其特征在于，所述甘蔗渣灰按如下方法制备：首先将高温烧炉预热至600℃并保持稳定，随后将未处理的蔗渣灰放入耐高温铁盘中后推入高温烧炉内，每次进行煅烧处理的蔗渣灰质量控制在3kg，煅烧时间控制在90min；待再煅烧的蔗渣灰在高温炉中自然冷却后，将其放入球磨机中，每次放入的蔗渣灰质量控制在3kg，并研磨3h；将蔗渣灰从球磨机中筛分出来后装入做好编号的样品袋中，并合理保存等待实验开展。经过煅烧和研磨的甘蔗渣灰的粒径范围5～100μm，烧失量0.47％，比表面积21.68m2/g，密度2.13kg/m3，sio2含量为30～40wt.％。3.根据权利要求1所述的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，其特征在于，碱激发剂按如下方法制备：按照配合比称量出粒状氢氧化钠、去离子水及水玻璃，先将去离子水倒入承装氢氧化钠的烧杯中并用玻璃棒进行搅拌，后将氢氧化钠溶液倒入承装水玻璃的烧杯中并对每个碱性激发剂的烧杯进行好编号标记，并将其放置于磁力搅拌机上持续搅拌24h，待其温度降低至室温即20℃
±
2℃。4.据权利要求1所述的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，其特征在于，所述偏高岭土中的sio2含量为40～50wt.％，al2o3含量为40～50wt.％，所述氢氧化钠纯度大于96％，所述水玻璃模数为2.25，sio2含量为29.99wt.％，na2o含量为13.75wt.％，所述矿渣中cao含量为30～50wt.％，sio2含量为30～40wt.％，所述水泥为华润牌p
·
o 42.5级普通硅酸盐水泥，cao含量为60～70wt.％，sio2含量为20～30wt.％，所述标准砂为中国iso标准砂，粒径为0.08～2mm，所述膨胀剂主要成分为mgo。5.根据权利要求1所述的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氢氧化钠溶于水玻璃中并超声30min使其混合均匀，之后在室温下静置待用；(2)将配好的碱激发剂和水倒入锅中；(3)将甘蔗渣灰、偏高岭土、水泥、矿渣和膨胀剂干拌30s，使得各基体材料搅拌均匀；(4)将基体材料倒入锅中，开始搅拌直至浆体呈流动状态；(5)再将标准砂加入搅拌锅高速搅拌30s，直至砂均匀分散后停拌90s，然后用刮刀快速将锅壁与搅拌叶片上的砂浆刮入锅底；(6)最后高速搅拌60s以保证砂浆充分搅拌，得到甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆。(7)装入模具，振动密实，然后拆模并在标准温度下密封养护。6.根据权利要求3所述的甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆，其特征在于，所述碱激发剂在使用前陈化12h以上。

技术总结
本发明公开了一种甘蔗渣灰-偏高岭土基地质聚合物修补砂浆及其制备方法，按质量配比为：甘蔗渣灰9～10％、偏高岭土9～10％、矿渣0～3％、水泥0～3％、标准砂56.5～59％、膨胀剂1.3～1.5％、水玻璃15.5～16.5％、氢氧化钠2～2.5％以及水2～2.5％；所述甘蔗渣灰经过工业燃烧炉中600℃煅烧2h，后经过球磨机研磨3h的预处理获得，其粒径为5～100μm。本发明利用再生资源作为原料，绿色环保，制备方法简单，具有强度高、收缩小、抗蚀系数高的特点，并且与水泥基材料间具有较强的粘结能力，可用于加固修补工程。工程。


技术研发人员：李静 陶冶 曾庆森
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/21