CN101182143B

CN101182143B - 利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料及其制备工艺

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Publication number: CN101182143B
Application number: CN2007101769459A
Authority: CN
Inventors: 黄新; 李战国; 牛晨亮
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: CN101182143A

Abstract

本发明涉及利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料及制备工艺，该胶凝材料，由组分(i)包括三部分，即粉煤灰、矿渣等含硅铝酸盐成分的一种或多种组合；磷石膏、氟石膏等含有硫酸钙的一种或多种组合，电石渣、碱渣、生或熟石灰中的一种或多种组合；组分(ii)的包括生或熟石灰、电石渣等碱性组分的一种或多种组合；组分(iii)包括磷石膏、氟石膏等含有硫酸钙的一种或多种组合；其制法是：(1)将组分(i)的原料混合拌匀，经4小时～10天50-100℃蒸汽养护，于400-1000℃高温下煅烧处0.5-24h，磨细至比表面积200-500m²/kg，得组分(i)；(2)将组分(ii)、(iii)原料烘干、磨细至比表面积200-500m²/kg，得组分(ii)、(iii)；(3)将组分(i)、(ii)、(iii)均匀混合。

Description

利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料及其制备工艺

(一)技术领域：

本发明涉及一种利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料及制备工艺，属于无机非金属材料及环境保护技术领域。

(二)背景技术：

目前国内外有大量的工程需要高固水能力、高膨胀性且具有一定胶凝能力的胶凝材料。如地基处理的软土固化工程，软土在我国分布很广，对软土地基的处理是进行土木工程建设必须首先解决的关键问题，软土固化技术(如深层搅拌桩)是应用最为广泛的、经济效益较高的地基加固技术，而固化胶凝材料的选择是影响技术经济效益的重要因素；采矿工程中的巷道支护、采空区充填、壁后充填支护、及锚喷支护等工程也需要大量的具有一定胶凝能力且高膨胀性、快速凝结的胶凝材料；地下空洞充填工程、注浆堵漏等工程需要大量具有高膨胀性、快速凝结的胶凝材料；城市污泥、河道疏浚淤泥等也需要高固水、高膨胀填孔且具有一定胶凝能力的胶凝材料实现其对环境的无害化处理。由此可见，对低成本、高膨胀性且具有一定胶凝能力的胶凝材料的需求量是巨大的。

目前国内外在这些工程中普遍使用的是硅酸盐系列水泥。研究表明，硅酸盐系列水泥在固化软土时有较大的缺陷，尤其是在固化高含水量软土时效果更差，如不能为固化土水化硬化提供足够的碱度环境、不能产生大量的膨胀性水化物填充密实土结构、不能大量将土内自由水消耗变成结合水等，从而造成使用硅酸盐系列水泥固化剂时，用量过大，费用较高，加固效果不佳。硅酸盐系列水泥胶凝材料在采矿工程、地下空洞充填工程、注浆堵漏等工程也存在一定的问题，如凝结时间较慢、用量较大、导致费用较高，同时水泥在生产制备过程中也对环境产生污染。国内虽然有可以快速凝结的胶凝材料，但是该材料制作成本较大，费用较高，在这些需要量大的工程中应用极不合适。由此可见，必须寻求一种低成本、低能耗制备满足这些特殊工程需要的胶凝材料。

(三)发明内容：

本发明的目的是针对上述胶凝材料的不足，提出一种利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料及其制备工艺，以制备出低成本、快速凝结、承载力更强的胶凝材料。

本发明一种利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料，其具体包括三种组分：1、组分(i)。该组分由三种成分构成：①成分一：粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石、赤泥渣等含硅铝酸盐成分的工业废渣中的一种或多种组合，也可以是含硅铝酸盐成分的天然材料，其掺量占组分(i)总质量的30-70％；②成分二：磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，或天然石膏中，其掺量占组分(i)总质量的10-50％；③成分三：电石渣、碱渣、生石灰或熟石灰中的一种或多种组合，其掺量占组分(i)总质量的15-50％。；(2)组分(ii)。原料是生石灰或熟石灰、电石渣、矿渣、钢渣、煤矸石、硅酸盐系列水泥中的一种或多种组合，磨细至比表面积200-500m²/kg；(3)组分(iii)。原料是磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，或天然石膏，磨细至比表面积200-500m²/kg。

各组分所占的质量比例分别为：30-75％的组分(i)、5-40％组分(ii)、5-40％组分(iii)。各组分可均匀混合后备用，也可以使用时将各组分分别加到预处理料中使用。

其中，该高膨胀性胶凝材料可用于处理超高含水量软土、饱和软土及非饱和软土等地基工程；处理巷道支护、采空区充填、壁后充填支护、锚喷支护等采矿工程；用于地下工程、地下空洞充填、注浆堵漏等；固化城市下水道污泥、湖泊河道疏浚淤泥；作为建材行业中的膨胀剂等。

其中，该胶凝材料各组分可均匀混合后备用，也可以使用时将各组分分别加到预处理料中使用；在应用时，与预处理材料的质量掺入比为2-100％。

本发明一种利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料的制备工艺如下：(1)首先将组分(i)的三种原材料称量、拌合拌匀；然后将拌合拌匀后的三种原料经过4小时～10天的50-100℃蒸汽养护，养护期间可以采用研磨辅助手段以提高反应速率；最后在400-1000℃的高温下煅烧0.5-24小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积200-500m²/kg，得到组分(i)；(2)将组分(ii)和组分(iii)的原料分别烘干、磨细至比表面积200-500m²/kg，得到组分(ii)、组分(iii)；(3)将质量比的30-75％组分(i)、质量比的5-40％组分(ii)和质量比的5-40％组分(iii)均匀混合，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。

本发明的优点及功效在于：该胶凝材料具有较高的将自由水变成结合水能力、高膨胀填孔能力、快速凝结、大幅度提高承载力的特点；同时由于大量使用工业废渣，原料来源广，成本低，不受地域性限制；生产能耗低；具有较高的经济效益和环境效益。该高膨胀性胶凝材料可用于处理超高含水量软土、饱和软土及非饱和软土等地基工程；处理巷道支护、采空区充填、壁后充填支护、锚喷支护等采矿工程；地下工程、地下空洞充填、注浆堵漏等工程；固化城市下水道污泥、湖泊河道疏浚淤泥；作为建材行业中的膨胀剂等。

(四)具体实施方式

实施例1

本发明所述的胶凝材料的具体组分及其制备工艺如下：将成分一之50％的粉煤灰、成分二之30％的石灰、成分三之20％的石膏混合均匀，在100℃的蒸汽条件下养护7天，其间每天研磨3小时以提高反应速率，然后经过400℃的高温煅烧处理，再磨细至比表面积200-500m²/kg，得到组分(i)；分别将电石渣、磷石膏干燥，磨细至比表面积200-500m²/kg，分别得到组分(ii)和组分(iii)。将60％组分(i)、20％的组分(ii)及20％的组分(iii)混合均匀，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。

实施例2

将30％的矿渣或钢渣、50％的电石渣、20％的石膏混合均匀，在80℃的蒸汽条件下养护3天，其间每天研磨1小时以提高反应速率，然后经过450℃的高温煅烧处理，再磨细至比表面积300m²/kg，得到组分(i)；将生石灰、磷石膏分别干燥，磨细至比表面积300m²/kg，分别得到组分(ii)和组分(iii)。将70％组分(i)、10％的组分(ii)及20％的组分(iii)混合均匀，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。

实施例3

将40％的煤矸石、50％的碱渣、10％的石膏混合均匀，在100℃的蒸汽条件下养护5天，其间每天研磨1.5小时以提高反应速率，然后经过550℃的高温煅烧处理，再磨细至比表面积400m²/kg，得到组分(i)；将矿渣或钢渣干燥，磨细至比表面积400m²/kg，得到组分(ii)；将磷石膏干燥，磨细至比表面积400m²/kg，得到组分(iii)。将60％组分(i)、30％的组分(ii)及10％的组分(iii)混合均匀，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。

实施例4

将30％的赤泥渣、30％的熟石灰、40％的石膏混合均匀，在95℃的蒸汽条件下养护3天，其间每天研磨1小时以提高反应速率，然后经过600℃的高温煅烧处理，再磨细至比表面积350m²/kg，得到组分(i)；将煤矸石干燥，磨细至比表面积350m²/kg，得到组分(ii)；将氟石膏干燥，磨细至比表面积350m²/kg，得到组分(iii)。将30％组分(i)、40％的组分(ii)及30％的组分(iii)混合均匀，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。

实施例5

将50％的粉煤灰、50％的电石渣混合均匀，在100℃的蒸汽条件下养护10天，其间每天研磨0.5小时以提高反应速率，然后经过600℃的高温煅烧处理，再磨细至比表面积400m²/kg，得到组分(i)；硅酸盐水泥为组分(ii)；将脱硫石膏干燥，磨细至比表面积400m²/kg，得到组分(iii)。将50％组分(i)、10％的组分(ii)及40％的组分(iii)混合均匀，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。

实施例6

将20％的粉煤灰+20％的煤矸石+10％的赤泥渣、50％的电石渣混合均匀，在100℃的蒸汽条件下养护10天，其间采用球磨机研磨30小时以提高反应速率，然后经过600℃的高温煅烧处理，再磨细至比表面积400m²/kg，得到组分(i)；硅酸盐水泥为组分(ii)；将脱硫石膏干燥，磨细至比表面积400m²/kg，得到组分(iii)。将40％组分(i)、20％的组分(ii)及40％的组分(iii)混合均匀，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。

实施例7

将上述实施例1到实施例6制备的复合型高膨胀性胶凝材料采用粉喷法固化含水量在100-150％的围海造地淤泥时，掺量为淤泥质量的10％时，28d抗压强度超过0.3MPa；掺量为淤泥质量的50％时，28d抗压强度超过3.0MPa；掺量为淤泥质量的100％时，28d抗压强度超过10.0MPA。

实施例8

将上述实施例1到实施例6制备的复合型高膨胀性胶凝材料单独用作膨胀剂时，按照限制膨胀率试验标准，28d膨胀率可超过0.5％。

Claims

1.一种利用工业废渣制备的复合型高膨胀性胶凝材料，其特征在于：该材料具体包括三种组分：(1)组分(i)，该组分由三种成分构成：①成分一：含硅铝酸盐成分的工业废渣中的一种或多种组合，该含硅铝酸盐成分的工废渣为：粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石、赤泥渣，或者是含硅铝酸盐成分的天然材料，其掺量占组分(i)总质量的30-70％；②成分二：含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，该含有硫酸钙的工业废渣为：磷石膏、氟石膏、脱硫石膏，或天然石膏，其掺量占组分(i)总质量的10-50％；③成分三：电石渣、碱渣、生石灰或熟石灰中的一种或多种组合，其掺量占组分(i)总质量的15-50％；(2)组分(ii)，原料是生石灰或熟石灰、电石渣、矿渣、钢渣、煤矸石、硅酸盐系列水泥中的一种或多种组合，磨细至比表面积200-500m²/kg；(3)组分(iii)，含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，该含有硫酸钙的工业废渣为：磷石膏、氟石膏、脱硫石膏，或天然石膏，磨细至比表面积200-500m²/kg；各组分所占的质量比例分别为：30-75％的组分(i)、5-40％组分(ii)、5-40％组分(iii)。

2.根据权利要求1所述的利用工业废渣制备的复合型高膨胀性胶凝材料的制备工艺，其特征在于：其步骤如下：(1)首先将组分(i)的三种原材料称量、拌合拌匀；然后将拌合拌匀后的三种原料经过4小时～10天的50-100℃蒸汽养护，养护期间采用研磨辅助手段以提高反应速率；最后在400-1000℃的高温下煅烧0.5-24小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积200-500m²/kg，得到组分(i)；(2)将组分(ii)和组分(iii)的原料分别烘干、磨细至比表面积200-500m²/kg，得到组分(ii)、组分(iii)；(3)将质量比30-75％的组分(i)、质量比5-40％的组分(ii)和质量比5-40％的组分(iii)均匀混合，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。

3.根据权利要求1所述的利用工业废渣制备的复合型高膨胀性胶凝材料，其特征在于：该高膨胀性胶凝材料用于地基工程中的处理超高含水量软土、饱和软土及非饱和软土；采矿工程中的处理巷道支护、采空区充填、壁后充填支护、锚喷支护；用于地下工程、地下空洞充填、注浆堵漏；固化城市下水道污泥、湖泊河道疏浚淤泥；作为建材行业中的膨胀剂。