技术领域
[0001] 本发明属于建筑材料领域，具体地涉及一种土聚水泥材料及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 土聚水泥是一类新型的高性能无机聚合物材料，是碱激活胶凝材料中最具前途的一类，土聚水泥现在已经被广泛应用，在建筑材料、高强材料、核固废材料、密封材料和耐高温材料等方面均显示出巨大的应用前景。土聚水泥的大部分应用领域与水泥、陶瓷相同，但是与水泥和陶瓷比较起来，土聚水泥具有很大的优势：（1）制造土聚水泥材料不需要高温锻烧或烧结，地聚反应在常温到150℃就可以完成，而且生产过程中几乎没有NO2、SO2和CO产生，CO2的排放量也非常低；（2）良好的施工性能，土聚水泥制备工艺简单，并能在室温下快速硬化；（3）耐久性好，土聚水泥制得的混凝土硬化后结构致密，抗渗性、抗冻性好；（4）酸性条件下质量损失小，表现出良好的抗腐蚀性能。
[0003] 目前，制作土聚水泥的基础原料主要为偏高岭土和粉煤灰等，基础原料较为单一，不利于土聚水泥的推广。CN111847935A公开了一种土聚水泥材料及其制备方法。所述的土聚水泥材料，以重量份计，包括如下组分：偏高岭土25‑50份，废催化剂5‑25份，激发剂10‑40份，水2‑15份。该发明的土聚水泥材料掺杂了一定量的废催化剂，解决了土聚水泥基础原料单一的问题，其抗压强度和抗折强度还有待于提高。
具体实施方式
[0019] 下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案和技术效果，但并不局限于以下实施例。
[0020] 本发明中，土聚水泥材料的各项性能采用如下方法测得：金属含量测试：采用日本理学ZSX100E型X射线荧光光谱仪进行分析样品所有组成的质量分数，工作参数：管电流100 mA，管电压30 kV，PC探测器，PET晶体，标准准直器，视野光栅为 30 mm。将制备的土聚水泥样品用研钵粉磨至颗粒范在围50‑100μm，取2g用于金属含量测试。
[0021] 应用扫描电镜表征催化剂表面的微观结构，具体操作如下：采用JSM‑7500F扫描电镜对载体微观结构进行表征，加速电压5KV，加速电流20µA，工作距离8mm。
[0022] 抗折强度测试：以中心加荷法测定，采用抗折试验机测试，将土聚水泥材料制成的标准试件的侧面朝上放入抗折试验机内，加荷速度为70N/s，直至折断，保持两个半截试件3
处于潮湿状态直至抗压试验；抗折强度计算公式：Rf=1.5FfL/b ，其中Rf代表抗折强度，MPa，Ff为试样破碎的最大载荷，N，L为支撑圆柱中心距，mm，b为试件断面正方形的边长，mm，其中分别测得养护3d和28d时的抗折强度；
抗压强度测试：折断试件在抗压试验机上立即进行抗压试验，抗压强度的受压面是垂直于试件成型时表面的两个侧面，将试块平放在水泥试验机受压板上，使试块前后均超出受压板，试验过程中速率为 2.4kN/s，直到试验机自动停机。抗压强度计算公式：Rc=
2
Fc/A，其中Rc代表抗压强度，MPa，Fc为试样受压破碎的最大载荷，N，A为试件承压面积，mm ，其中分别测得养护3d和 28d时的抗压强度。
[0023] 凝结时间测试：将制备好的土聚水泥材料全部灌入试模中，试模放置在水平放置的玻璃板上。从刚开始加水时计算时间。试块需标准养护一定时间后取出。将试模连同玻璃板一起放置在凝结时间测定仪的试针下，使其与土聚水泥材料表面轻轻接触。拧紧螺丝后突然松开螺丝，试针垂直自由落入土聚水泥净浆中，观察松开螺丝到 30s时间内试针的读数。当测定仪读数为 4±1mm时，土聚水泥材料初凝，记录此时的时间为初凝时间。终凝时间测定需将试模调转，并换成环形测针，当试针在凝固的土聚水泥材料上未能造成痕迹时，净浆达到终凝，记录此时的时间为终凝时间；本发明实施例中所用的催化裂化废催化剂，以催化裂化废催化剂重量为基准，催化剂的主要组成如下：Al2O3的含量53%，SiO2的含量为38%，Ce2O为2.8%，NiO为1.5%，La2O3为
1.4%。所用的废催化剂在预处理前先进行粉磨至颗粒范围在30‑80μm。所用的偏高岭土是由高岭土原粉经700℃高温焙烧3小时得到的，以质量分数计，其组成主要包括：SiO2的含量为
50%，Al2O3的含量45%。
实施例1
[0024] 将25份废FCC催化剂与100份浓度为5wt%的环氧丙烷水溶液混合，转移至高压釜中，密封后置于烘箱中于80℃密封处理2小时，然后升温至145℃密封处理3小时，处理后物料经冷却、洗涤、过滤，130℃干燥4小时，550℃焙烧4小时，得到预处理废FCC催化剂；其中所得预处理废FCC催化剂的SEM图见图1。由图1可见，在废催化剂表面形成蠕虫状结构。
[0025] 所述激发剂由10质量份的NaOH和30质量份的水玻璃混合组成，水玻璃原始模数为3.2，将模数调为1.8。
[0026] 取预处理废FCC催化剂18份，偏高岭土45份，水4份，搅拌均匀，然后加入上述激发剂15份，搅拌均匀，得到土聚水泥材料。将搅拌好的土聚水泥材料进行凝结时间的测试，其中，在模具表面涂油，将混合料加入模具里捣实，表面用刮刀刮平，测量凝结时间，放入恒温恒湿箱，湿度设置为90%，温度20度，24h后脱模，养护3天、28天测其强度。具体结果见表1。实施例2
[0027] 将30份废FCC催化剂与100份浓度为6wt%的环氧丙烷水溶液混合，转移至高压釜中，密封后置于烘箱中于90℃密封处理2小时，然后升温至155℃密封处理3小时，处理后物料经冷却、洗涤、过滤，120℃干燥5小时，550℃焙烧4小时，得到预处理废FCC催化剂；其中所得预处理废FCC催化剂的SEM图见图1。由图1可见，在废催化剂表面形成蠕虫状结构。
[0028] 所述激发剂由15质量份的NaOH和40质量份的水玻璃混合组成，水玻璃原始模数为3.2，将模数调为1.6。
[0029] 取预处理废FCC催化剂 12份，偏高岭土40份，水2份，搅拌均匀，然后加入上述激发剂28份，搅拌均匀，得到土聚水泥材料。同实施例1方法测得凝结时间和强度。具体结果见表1。
实施例3
[0030] 将25份废FCC催化剂与100份浓度为8wt%的环氧丙烷水溶液混合，转移至高压釜中，密封后置于烘箱中于80℃密封处理2小时，然后升温至145℃密封处理3小时，处理后物料经冷却、洗涤、过滤，130℃干燥4小时，550℃焙烧4小时，得到预处理废FCC催化剂；其中所得预处理废FCC催化剂的SEM图见图1。由图1可见，在废催化剂表面形成蠕虫状结构。
[0031] 所述激发剂同实施例1。
[0032] 取预处理废FCC催化剂9份，偏高岭土45份，水8份，搅拌均匀，然后加入激发剂30份，搅拌均匀，得到土聚水泥材料。同实施例1方法测得凝结时间和强度。具体结果见表1。
[0033] 对比例1按照CN111847935A实施例1，制备土聚水泥产品，具体结果见表1。
[0034] 对比例2同实施例1，只是环氧丙烷水溶液的浓度为1wt%，在废催化剂表面未形成蠕虫状结构。
[0035] 表1
[0036] 实施例1‑3所得土聚水泥材料测试重金属流失率前后的金属含量测试情况分别见表2。其中，重金属流失率的测试方法：取待测材料5g，置于500mL烧杯中，加入250mL去离子水，置于磁力搅拌器上开始搅拌（800转/min），使pH保持在7±0.5，搅拌浸出2h，静置5min后过滤，将残渣转移到另一个烧杯中，加入250mL去离子水，置于磁力搅拌器上开始搅拌（800转/min），调节pH在3.2±0.5浸出7h，然后静置过滤，收集残渣干燥，进行金属含量测试。
[0037] 表2 所得土聚水泥材料重金属流失率前后的金属含量实施例1（前）实施例1（后）实施例2（前）实施例2（后）实施例3（前）实施例3（后）Ce2O，wt% 0.65 0.65 0.41 0.41 0.30 0.30
La2O3，wt% 0.34 0.34 0.22 0.22 0.16 0.15
NiO，wt% 0.35 0.35 0.20 0.19 0.15 0.14
