本发明涉及地质聚合物胶凝材料领域，特别涉及一种一体式地质聚合物及其制备方法。
背景技术：
1、据统计，每生产一吨水泥就会排放出一吨的二氧化碳，而随着经济社会的发展，对水泥的需求也在不断提高，亟需寻找一种绿色环保的材料进行替代。地质聚合物是一种以硅铝化合物为原料的新型无机绿色复合胶凝材料，具有物理力学性能优异、生产成本低、低成本和低能耗等优点，是一种理想的水泥替代材料。
2、目前，地质聚合物的制备大多停留在室内试验阶段，而在实际工程中却很少得到推广和应用，主要原因是地质聚合物需要通过碱性激发剂进行激发从而才能产生胶凝材料，而目前的碱激发剂大多为氢氧化钠和水玻璃组成的液体激发剂。液体激发剂存在以下几点问题：(1)氢氧化钠为强碱，若操作不当极有可能对人体及环境产生的不利影响；(2)液体激发剂需要提前24小时配置，在实际工程中会导致工期增长和施工不便性增加；(3)氢氧化钠和水玻璃对储存和运输的要求也较为苛刻。以上几点问题大大限制了地质聚合物现场的制备和使用，不利于地质聚合物的推广使用，因此开发一种安全且便于操作的地质聚合物制备方法成了一个亟待解决的难题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种操作方便安全且制备所得地质聚合物早期力学性能优异的一体式地质聚合物。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种一体式地质聚合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
4、s1、地质聚合物浆体制备：将各原料按重量份投入干燥密封搅拌罐中：氧化钙粉末10～12份、碳酸氢钠粉末10～12份、偏高岭土38～40份、矿渣38～40份，充分搅拌10-20分钟使所有固体原料混合均匀后，加入水25～30份，继续搅拌10-20分钟后使聚合反应充分进行，得到地质聚合物浆体；
5、s2、地质聚合物养护：将s1所得浆体倒入模具中，并放到振实台上振实成型，然后密封置于室温环境下养护24-32小时后脱模，得到产品。
6、本发明所述一体式地质聚合物的制备方法是一种方便安全的地质聚合物制备方法，其不同于传统的使用液体碱激发剂进行激发，而采用固体激发剂进行激发，大大提升了现场制备地质聚合物的可行性和简易性，且制备所得地质聚合物具有优异的早期力学性能，并且在短期内地质聚合物的力学性能还有较大幅度的增长。
7、在本发明制备地质聚合物浆体制备过程中，采用氧化钙和碳酸氢钠作为碱激发剂引发反应，在干燥情况下两者并不会反应，但是随着水的加入，氧化钙会与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙再与碳酸氢钠进行反应。而在氧化钙与水反应的过程中，会放出大量的热，研究表明高温环境有利于促进地质聚合物的聚合反应，因此氧化钙除了作为碱激发剂的一种原料外，其存在还能促进反应的进行。需要注意的是，如果碳酸氢钠过量，体系中的oh-会被大量消耗，氢氧化钙会与碳酸氢钠反应生成碳酸钙沉淀和碳酸钠，从而减弱碱性，影响地质聚合物的聚合反应，反应过程如公式①所示；如果氧化钙过量，虽然能放出大量的热来加快反应速率，使聚合时间大幅减少，但是反应会生成过多的碳酸钙沉淀，使结构便得松散，从而导致地质聚合物得强度降低；而如果保持适量的氧化钙和碳酸氢钠，则钙离子会与碳酸根离子反应生成碳酸钙沉淀，从而使反应体系中留存足量的oh-促进地质聚合物的聚合反应，反应过程如公式②所示，因此需要设计一个合适的比例来保证聚合反应的高效进行。ca(oh)2+2nahco3→caco3↓+naco3+2h2o ①
8、ca(oh)2+nahco3→caco3↓+naoh+h2o ②
9、作为优选，氧化钙和碳酸氢钠的摩尔比大于1：1，更优选的是氧化钙和碳酸氢钠摩尔比为1.5：1(质量比约为1：1)，该比例不仅能满足公式②反应的进行，为地质聚合物提供合适的碱性环境，还便于制备时原料的称取。
10、在选择前驱体时本发明选用偏高岭土和矿渣，纯偏高岭土地质聚合物的早期强度低，但随着养护时间的增长强度不断发展，在长龄期时具有良好的强度；纯矿渣基地质聚合物早期强度性能优异，但随着时间的增长强度增长不断减缓，长龄期下强度增长幅度较小，因此为了兼顾两者的优点，选择矿渣和偏高岭土共同作为前驱体。
11、作为优选，由于地质聚合物凝胶的骨架为n-a-s-h和c-a-s-h，固前驱体中需要含有足量的sio2和al2o3，因此偏高岭土选用sio2和al2o3总含量超过总质量90％的活化偏高岭土。而矿渣中不仅含有丰富的sio2和al2o3，还含有丰富的cao，cao存在有利于体系中生成c-a-s-h胶体，n-a-s-h和c-a-s-h的共同存在可使地质聚合物的微观结构更加的致密。
12、作为优选，偏高岭土和矿渣质量比为1：1。在多组分地质聚合物中，随着矿渣掺量的增加，地质聚合物的总体强度会不断增强，但干燥收缩性也会随之提高，因此掺入过多的矿渣不利于地质聚合物的长远使用，当矿渣和偏高岭土质量比为1：1时，所得地质聚合物不仅拥有较高的强度，而且干燥收缩性也不会过大，同时还能兼得偏高岭土基地质聚合物强度持续发展和矿渣基地质聚合物早期强度优异的优点。
13、作为优选，碱激发剂(氧化钙+碳酸氢钠)与前驱体(偏高岭土+矿渣)的质量比为1：3.5-1：4.0之间，实验结果表明在该范围内地质聚合物的早期和长期强度均最好。
14、作为优选，试验加入自来水的质量比上固体原料的总质量(碱激发剂+前驱体)为1：3.3-1：4.0之间，实验结果表明在该范围内地质聚合物的强度随着液固比的减小而提高，且当液固比在1：4.0时，地质聚合物的强度最高，浆体流动性也较好，液固比大于1：4.0时制备所得浆体硬化速度过快，不利于制模。
15、作为优选，各原料按重量份包括12份氧化钙粉末、12份碳酸氢钠粉末、38份偏高岭土、38份矿渣和25份自来水。所得地质聚合物试块一天抗压强度可达26.9mpa，再在室温环境下养护13天，所得地质聚合物试块14天抗压强度可达38.3mpa。
16、一种本发明所述的制备方法制得的一体式地质聚合物。
17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18、1、本发明制备所得的地质聚合物具有优异的早期力学性能、致密的微观结构和在短期内强度仍有较大幅度增长的特点；
19、2、采用氧化钙和碳酸氢钠作为固体激发剂，进一步简化了制备步骤，避免了液体激发剂所具备的制备时间长、运输储存困难等不足。此外，氧化钙与水反应生成氢氧化钙，除了能提供地质聚合物聚合反应发生时所必须的碱性环境外，还能放出大量的热，进一步促进反应速率，缩短凝固时间，在短时间内形成大量的地质聚合物凝胶；
20、3、采用偏高岭土和矿渣作为前驱体原料，所制备得到的地质聚合物兼备矿渣基地质聚合物的早期力学性能优异和偏高岭土基地质聚合物长期强度增长幅度大的优点；
21、4、前驱体原料可以替换成其他富含硅铝结构的工业废渣，可以提高工业废渣的利用率，减少环境污染；
22、5、制备方法简单易行，且更为安全，所需原料成本低廉，能大幅度的减少碳排放，符合“双碳目标”。
1.一种一体式地质聚合物的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氧化钙和碳酸氢钠的摩尔比大于1：1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氧化钙和碳酸氢钠的摩尔比为1.5：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：偏高岭土选用sio2和al2o3总含量超过总质量90％的活化偏高岭土。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：偏高岭土和矿渣质量比为1：1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氧化钙+碳酸氢钠与偏高岭土+矿渣的质量比为1：3.5-1：4.0。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：水的加入量与固体原料的总质量比为1：3.3-1：4.0。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：各原料按重量份包括12份氧化钙粉末、12份碳酸氢钠粉末、38份偏高岭土、38份矿渣和25份自来水。
9.一种权利要求1所述的制备方法制得的一体式地质聚合物。
