粉煤灰聚合型膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種粉煤灰聚合型膠凝材料，包括下述重量份數(shù)配比的原料：工業(yè)廢渣70～90、協(xié)效劑1～10、激發(fā)劑10～25、水；所述水按照固液比1.5～2.8g：1ml的比例添加。本發(fā)明原料配方單一、來(lái)源廣泛、成本低廉，可以大量消耗工業(yè)廢渣，渣料在產(chǎn)品中用量可達(dá)75～85%，原料中未加入水泥等成分，所得產(chǎn)品的膠凝性來(lái)自本技術(shù)的激發(fā)反應(yīng)，配方未加入氫氧化鈉等堿性激發(fā)劑，成本低，所得膠凝材料的凝固時(shí)間較快，凝結(jié)強(qiáng)度較高，其用途廣泛，所得制品可用于石材與石材、石材與陶瓷、陶瓷與陶瓷間的相互粘接，還可以用于水泥基表面粘接石材或陶瓷。
【專利說(shuō)明】粉煤灰聚合型膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種主要利用粉煤灰、黃磷渣、赤泥渣、冶金渣等工業(yè)廢渣制成的聚合型膠凝材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)的大型電廠及煤炭企業(yè)，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣，這些廢渣長(zhǎng)期堆存不僅占用大量土地，而且會(huì)造成水系和大氣的嚴(yán)重污染及危害，對(duì)于這些廢棄料的處理需要投入較大費(fèi)用，處理不當(dāng)會(huì)二次污染環(huán)境，如何將這些廢渣通過(guò)處理，變廢為寶，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
[0003]粉煤灰作為國(guó)內(nèi)排量較大的工業(yè)廢渣之一，具有排放量大、污染環(huán)境等特點(diǎn)。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤企業(yè)粉煤灰的排放量逐年增加，以貴州地區(qū)為例，火電裝機(jī)容量已超過(guò)2000萬(wàn)千瓦/年，加上大中型企業(yè)鍋爐燃煤供氣，目前粉煤灰和煤渣的年排放量已接近2000萬(wàn)噸。大量堆放的粉煤灰，會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣，若排入水系會(huì)造成河流淤塞，污染環(huán)境。赤泥是鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程中產(chǎn)生的一種固體廢棄物。赤泥的物質(zhì)組成復(fù)雜、顆粒尺寸小、排放量大、堿度高，導(dǎo)致其綜合利用難度大。目前世界范圍內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)赤泥的大規(guī)模綜合利用。
[0004]膠凝材料，又稱膠結(jié)料，是指在物理、化學(xué)作用下，能從漿體變成堅(jiān)固的石狀體，并能膠結(jié)其他物料，制成有一定機(jī)械強(qiáng)度的復(fù)合固體的物質(zhì)。目前市場(chǎng)使用的石材粘結(jié)膠、網(wǎng)面膠等基本是有機(jī)型的粘結(jié)材料，此類粘結(jié)材料含大量的有機(jī)溶劑，在施工過(guò)程中，對(duì)施工人員造成很大傷害，對(duì)環(huán)境造成污染，而且耐候性差易老化，影響使用壽命。用于建筑物的外墻石材粘結(jié)時(shí)，隨著使用年限的增加，有脫落的危險(xiǎn)。市場(chǎng)熱切盼望新型粘結(jié)膠的誕生。
[0005]以粉煤灰為原料，制備的聚合型膠凝材料，既符合具有綠色環(huán)保的理念，又具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。是節(jié)能降耗利廢，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)的新舉措。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種以粉煤灰、冶金渣等工業(yè)廢渣為基本原料，以免燒和免蒸養(yǎng)等節(jié)能措施，在常溫常壓下經(jīng)物理和化學(xué)雙改性技術(shù)，利用納米激發(fā)原理，最大限度地激發(fā)工業(yè)廢渣中非晶質(zhì)成分物的轉(zhuǎn)化活性，實(shí)現(xiàn)水合、溶膠化、凝膠化和膠凝固化作用的新一代綠色低碳型膠凝材料。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種粉煤灰聚合型膠凝材料，包括下述重量份數(shù)配比的原料:工業(yè)廢渣70~90、協(xié)效劑I~10、激發(fā)劑10~25、水；所述水總量按照固液比1.5~2.8g:1ml的比例添加，所述固體包括固體工業(yè)廢渣、協(xié)效劑及激發(fā)劑。
[0008]作為優(yōu)選，所述的粉煤灰聚合型膠凝材料包括下述重量份數(shù)配比的原料:工業(yè)廢渣75~85、協(xié)效劑3~8、激發(fā)劑12~20、水；所述水總量按照固液比1.8~2.8g:1ml的比例添加，所述固體包括固體工業(yè)廢渣、協(xié)效劑及激發(fā)劑。
[0009]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述的粉煤灰聚合型膠凝材料包括下述重量份數(shù)配比的原料:工業(yè)廢渣75、協(xié)效劑6、激發(fā)劑20、水；所述水總量按照固液比2.2g:lml的比例添加，所述固體包括固體工業(yè)廢渣、協(xié)效劑及激發(fā)劑。
[0010]進(jìn)一步的，所述工業(yè)廢渣為粉煤灰、黃磷渣、赤泥渣、冶金渣中的一種或任意組合。
[0011]進(jìn)一步的，所述協(xié)效劑為氟硅酸鈉。
[0012]進(jìn)一步的，所述激發(fā)劑為低堿硅酸鈉。
[0013]一種粉煤灰聚合型膠凝材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014]a、稱取工業(yè)廢渣置于容器內(nèi)，按比例加入?yún)f(xié)效劑，充分?jǐn)嚢瑁鶆蚧旌?，待用?br> [0015]b、稱取激發(fā)劑，按比例加入水，充分?jǐn)嚢?，配制成激發(fā)劑水溶液；
[0016]C、按比例將激發(fā)劑水溶液緩慢加入步驟a中混合待用的渣料中，邊加入邊攪拌，適量加入水調(diào)節(jié)材料粘稠度，制得膠凝材料。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟a中工業(yè)廢渣與協(xié)效劑的重量比為10:0.5~I。
[0018]進(jìn)一步的，所述步驟b中激發(fā)劑水溶液中激發(fā)劑加入量按照固液比為0.35~
0.45g:lml 添加。
[0019]所述的粉煤灰聚合型膠凝材料在建筑施工領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021](I)、原料配方單一、來(lái)源廣泛、成本低廉，可以大量消耗工業(yè)廢渣，渣料在產(chǎn)品中用量可達(dá)75~85%。
[0022](2)、原料中未加入水泥等成分，所得產(chǎn)品的膠凝性來(lái)自本技術(shù)的激發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生。
[0023](3)、配方未加入氫氧化鈉等堿性激發(fā)劑，成本低，其膠凝性來(lái)自本技術(shù)的激發(fā)反
應(yīng)產(chǎn)生。
[0024](4)、所得膠凝材料的凝固時(shí)間較快，凝結(jié)強(qiáng)度較高。30天后的拉伸膠粘原強(qiáng)度、浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度、凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《陶瓷墻地磚膠粘劑JC-T547-2005》的要求。
[0025](5)、用途廣泛，所得制品可用于石材與石材、石材與陶瓷、陶瓷與陶瓷間的相互粘接，還可以用于水泥基表面粘接石材或陶瓷。
[0026]本發(fā)明主要以粉煤灰為基本原料，在常溫常壓下經(jīng)激發(fā)、改性，激發(fā)工業(yè)廢渣中非晶質(zhì)成分物的轉(zhuǎn)化活性，實(shí)現(xiàn)水合、溶膠化、凝膠化和膠凝固化作用，制備新型無(wú)機(jī)膠凝材料。該方法免燒和免蒸養(yǎng)，制備工藝簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保。所制得的膠凝材料可以廣泛膠凝多種工業(yè)廢渣、石材、陶瓷、非金屬礦物、巖石、尾礦和礦物料等。本發(fā)明原料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)成本較低，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，便于實(shí)施推廣。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明其中部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]實(shí)施例1
[0029]粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0030]a、稱取粉煤灰150g置于容器內(nèi)，向上述粉煤灰中加入穩(wěn)定劑氟硅酸鈉15g，加入后充分?jǐn)嚢?，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0031]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.35g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來(lái)水并充分?jǐn)嚢?，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0032]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據(jù)情況適量加入少量自來(lái)水進(jìn)行稠度調(diào)節(jié)，本例中加水量約10ml，制得膠凝材料。
[0033]膠凝材料的性能測(cè)試:
[0034]對(duì)本膠凝材料進(jìn)行拉伸膠粘原強(qiáng)度、浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度、凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度的測(cè)試，結(jié)果表明:
[0035]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.87MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.69MPa ;凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.70MPa。
[0036]實(shí)施例2
[0037]粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0038]a、稱取粉煤灰160g置于容器內(nèi)，向上述粉煤灰中加入穩(wěn)定劑氟硅酸鈉15g，加入后充分?jǐn)嚢?，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0039]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.4g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來(lái)水并充分?jǐn)嚢?，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0040]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據(jù)情況適量加入少量自來(lái)水進(jìn)行稠度調(diào)節(jié)，本例中加水量約14ml，制得膠凝材料。
[0041]膠凝材料的性能測(cè)試:
[0042]對(duì)本膠凝材料進(jìn)行拉伸膠粘原強(qiáng)度、浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度、凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度的測(cè)試，結(jié)果表明:
[0043]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.88MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.74MPa ;凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.74MPa。
[0044]實(shí)施例3
[0045]粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0046]a、稱取粉煤灰170g置于容器內(nèi)，向上述粉煤灰中加入穩(wěn)定劑氟硅酸鈉15g，加入后充分?jǐn)嚢?，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0047]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.45g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來(lái)水并充分?jǐn)嚢?，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0048]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據(jù)情況適量加入少量自來(lái)水進(jìn)行稠度調(diào)節(jié)，本例中加水量約14ml，制得膠凝材料。
[0049]膠凝材料的性能測(cè)試:
[0050]對(duì)本膠凝材料進(jìn)行拉伸膠粘原強(qiáng)度、浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度、凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度的測(cè)試，結(jié)果表明:
[0051]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.83MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.78MPa ;凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.64MPa。
[0052]實(shí)施例4
[0053]粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0054]a、稱取粉煤灰155g置于容器內(nèi)，向上述粉煤灰中加入穩(wěn)定劑氟娃酸鈉15g,加入后充分?jǐn)嚢?，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0055]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.35g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來(lái)水并充分?jǐn)嚢瑁渲瞥傻蛪A硅酸鈉水溶液；
[0056]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據(jù)情況適量加入少量自來(lái)水進(jìn)行稠度調(diào)節(jié)，本例中加水量約20ml，制得膠凝材料。
[0057]膠凝材料的性能測(cè)試:
[0058]對(duì)本膠凝材料進(jìn)行拉伸膠粘原強(qiáng)度、浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度、凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度的測(cè)試，結(jié)果表明:
[0059]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.78MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.76MPa ;凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.7IMPa0
[0060]實(shí)施例5
[0061] 粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0062]a、稱取粉煤灰165g置于容器內(nèi)，向上述粉煤灰中加入穩(wěn)定劑氟娃酸鈉15g,加入后充分?jǐn)嚢?，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0063]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.45g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來(lái)水并充分?jǐn)嚢?，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0064]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據(jù)情況適量加入少量自來(lái)水進(jìn)行稠度調(diào)節(jié)，本例中加水量約18ml，制得膠凝材料。
[0065]膠凝材料的性能測(cè)試:
[0066]對(duì)本膠凝材料進(jìn)行拉伸膠粘原強(qiáng)度、浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度、凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度的測(cè)試，結(jié)果表明:
[0067]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.88MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.78MPa ;凍融循環(huán)后的拉伸膠粘原強(qiáng)度達(dá)到0.68MPa。
[0068]上述實(shí)施例中粉煤灰還可以替代選擇用黃磷渣、赤泥渣、冶金渣中的一種或者其任意組合。
[0069]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，在本發(fā)明說(shuō)明書基礎(chǔ)上所做的等同替換、改進(jìn)，或直接、間接運(yùn)用在其它相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于，包括下述重量份數(shù)配比的原料:工業(yè)廢渣70~90、協(xié)效劑I~10、激發(fā)劑10~25、水；所述水總量按照固液比1.5~2.8g:1ml的比例添加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于，包括下述重量份數(shù)配比的原料:工業(yè)廢渣75~85、協(xié)效劑3~8、激發(fā)劑12~20、水；所述水總量按照固液比1.8~2.8g:lml的比例添加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于，包括下述重量份數(shù)配比的原料:工業(yè)廢渣75、協(xié)效劑6、激發(fā)劑20、水；所述水總量按照固液比2.2g:lml的比例添加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于:所述工業(yè)廢渣為粉煤灰、黃磷渣、赤泥渣、冶金渣中的一種或任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于:所述協(xié)效劑為氟硅酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于:所述激發(fā)劑為低堿娃酸鈉。
7.—種權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的粉煤灰聚合型膠凝材料的制備方法,其特征在于，包括以下步驟: a、稱取工業(yè)廢渣置于容器內(nèi)，按比例加入?yún)f(xié)效劑，充分?jǐn)嚢?，均勻混合，待用? b、稱取激發(fā)劑，按比例加入水，充分?jǐn)嚢瑁渲瞥杉ぐl(fā)劑水溶液；` C、按比例將激發(fā)劑水溶液緩慢加入步驟a中混合待用的渣料中，邊加入邊攪拌，適量加入水調(diào)節(jié)材料粘稠度，制得膠凝材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的粉煤灰膠凝材料，其特征在于:所述步驟a中工業(yè)廢渣與協(xié)效劑的重量比為10:0.5~I。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于:所述步驟b中激發(fā)劑水溶液中激發(fā)劑加入量按照固液比為0.35~0.45g:lml添加。
10.權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的粉煤灰聚合型膠凝材料在建筑施工領(lǐng)域的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C04B7/24GK103664010SQ201310652807
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】田佳偉, 顧漢念, 王寧, 田元江, 李海洋, 李惠文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所