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一种土壤聚合物固化体的养护方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种土壤聚合物固化体的养护方法，所述养护在相对湿度50～70％的条件下进行。所述养护尤其适用于SiO2与Al2O3的物质的量之比为4.5～5.0∶1、Na2O与SiO2的物质的量之比为0.1～0.5∶1的土壤聚合物。本发明有益效果主要体现在：在本发明给出的养护湿度下对土壤聚合物固化体进行养护，无论是养护1d、3d还是7d，固化体的抗压强度都是相对最大的，即土壤聚合物在该养护湿度下进行养护，可达到最优性能。

Description

一种土壤聚合物固化体的养护方法
(一)技术领域
本发明涉及一种土壤聚合物固化体的养护方法。
(二)背景技术
土壤聚合物(Geopolymer)是一种新型碱激发胶凝材料，具有比普通水泥更为优异的力学性能和耐久性能，其耐久性可望达到千年以上。偏高岭土和飞灰混合体中含有大量Al2O3和SiO2，在碱激发剂的作用下可反应生成土壤聚合物。聚合后的终产物具有牢笼型结构，对重金属离子具有较好的固定作用；并且具有原料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点。土壤聚合物能耗低，不排放二氧化碳，是新型绿色胶凝材料。D.Hardjito和A.Palomo等学者认为土壤聚合物表现出优良的力学和耐久性能，是未来水泥的发展方向。
国外Lombardi F等人对固化/稳定化技术进行了研究，发现传统的水泥固化技术有其很多不足之处。如增容比较大，一般为2.0～2.5，给后续的运输与处置带来困难；它们所形成的固化体空隙率较大，在环境介质的长期作用下，被固化的危险废物可能会被浸出，对环境造成二次污染。尤其浙江省酸雨较多，而水泥固化体抗酸、抗硫酸盐性能较差，这给固化体的资源化利用带来了不利因素；水泥固化体的耐久性欠佳，实践证明，水泥建筑物的耐久性远不如一些古罗马建筑。随着固化体浸出率法规要求的日益严格，水泥固化优势将会减少。在这样的情况下，我们更应该重视飞灰的处理，系统地研究飞灰的处理方法，发掘出每种方法中的不足之处，寻找一条经济可行的固化/稳定化方法已成为其发展的重要趋势。
目前，国际上对土壤聚合物的研究非常活跃，主要研究土壤聚合物对重金属的固化效果和原材料及工艺参数对土壤聚合物性能的影响，其工艺参数主要有硅酸钠溶液模数、浓度；高岭土煅烧温度、煅烧时间以及液固比等。通过研究能得到使土壤聚合物性能达到最优时的最佳配方及参数。
(三)发明内容
为了避免土壤聚合物没有很好养护而达不到最优性能，本发明提供了一种土壤聚合物固化体的养护方法，利用本发明养护方法对土壤聚合物固化体进行养护能得到最优性能。
本发明采用的技术方案是：
一种土壤聚合物固化体的养护方法，所述养护在相对湿度50～70％的条件下进行。本发明通过对不同养护湿度的固化体抗压强度的研究，获得土壤聚合物固化体养护的最佳养护湿度，在该湿度下进行养护，可得到最优的性能。
本发明关键在于养护湿度的确定，所述土壤聚合物可按本领域常规方法进行制备，由于土壤聚合物(土聚物)是一种由Si、O、Al等元素组成的化合物形成的网络状结构的物质，故通常以氧化物之间的关系来初步确定材料的配比组成。优选的，本发明中制备所述土壤聚合物的原料中：SiO2与Al2O3的物质的量之比为4.5～5.0∶1；Na2O与SiO2的物质的量之比为0.1～0.5∶1。
具体的，所述土壤聚合物主要由偏高岭土、飞灰、水玻璃制成，所述偏高岭土、飞灰、水玻璃中含有的SiO2、Al2O3、Na2O满足：SiO2与Al2O3的物质的量之比为4.5～5.0∶1；Na2O与SiO2的物质的量之比为0.1～0.5∶1。(偏高岭土的主要化学成分为Al2O3和SiO2，飞灰主要成分为CaO、SiO2和Al2O3，水玻璃表达式为Na2O·3SiO2。在上述氧化物比值关系确定之后，根据实际测得原料偏高岭土和飞灰含有上述氧化物的含量，即可确定高岭土、飞灰和水玻璃的用量)
优选的，所述养护在相对湿度60％的条件下进行。
更为优选的，制备所述土壤聚合物的原料中：SiO2与Al2O3的物质的量之比为4.9∶1；Na2O与SiO2的物质的量之比为0.3∶1。其中飞灰是指在烟气净化系统(APC)和热回收利用系统(如节热器、锅炉等)中收集而得的残余物，约占灰渣总量的20％左右(质量分数)，垃圾焚烧产生的重金属主要存在于飞灰中。
具体的，所述方法如下：NaOH、水玻璃配成碱激活剂，将偏高岭土和飞灰混合后于搅拌机中与碱激活剂和水混匀，制模，24小时后拆模，于20±3℃、相对湿度60％条件下进行养护，制备所述土壤聚合物的原料中：SiO2与Al2O3的物质的量之比为4.9∶1；Na2O与SiO2的物质的量之比为0.3∶1，所述NaOH、水玻璃、水的质量比为20.67∶121.9∶18。
本发明有益效果主要体现在：在本发明给出的养护湿度下对土壤聚合物固化体进行养护，无论是养护1d、3d还是7d，固化体的抗压强度都是相对最大的，即土壤聚合物在该养护湿度下进行养护，可达到最优性能。
(四)附图说明
图1为不同养护条件下土壤聚合物固化体抗压强度对比图；
图2为养护相对湿度为60％时不同养护时间下的浸出浓度。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
按表1中配方组成，NaOH、水玻璃配成碱激活剂，将偏高岭土(其中Al2O3质量含量42.22％、SiO2质量含量为54.96％)和飞灰(其中CaO质量含量为23.0％，SiO2质量含量为18.0％、Al2O3质量含量为7.0％)混合后在NJ-160型泥沙浆搅拌机中与碱激活剂和水搅拌混匀，导入水泥胶砂试模中捣实制成模，24小时后拆模，分为5份，放入恒温恒湿养护箱中，于(20±3)℃，分别于相对湿度40％、50％、60％、70％、80％条件下养护1d、3d、7d后，分别进行抗压强度和浸出毒性的实验。表1中A为土壤聚合反应原料中SiO2与Al2O3的物质的量之比，B为Na2O与SiO2的物质的量之比。
表1：土壤聚合物实验配方
  A   B  偏高岭土(g)   飞灰(g)   NaOH(g)   水玻璃(g)   水(ml)
  4.9   0.3  132   108   20.67   121.9   18
固化体的抗压强度按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》测定。采用WE-10A型万能实验机测试养护后的抗压强度。表2详细列出了在不同养护湿度下固化试块的抗压强度情况。
表2：不同湿度对抗压强度的影响(MPa)
  养护时间/d   1   3   5   7
  B(40％的相对湿度)   24.38   25.00   26.75   30.75
  C(50％的相对湿度)   25.88   28.50   31.25   33.00
  D(60％的相对湿度)   28.00   30.50   31.95   35.13
  E(70％的相对湿度)   26.88   28.75   29.25   30.18
  F(80％的相对湿度)   25.25   26.75   27.88   32.38
从上表可以看出，在养护湿度为60％时，不论是1天、3天、5天还是7天的抗压强度都好过其它养护湿度下的抗压强度，所以在相对湿度为60％的条件下养护，土壤聚合物的固化效果最佳。
图1是不同养护条件下土壤聚合物固化抗压强度对比图。该图结果表明，随着养护时间的增加，抗压强度也随之增大，经过七天的养护固化体的抗压强度都能达到30MPa以上。不同养护湿度条件下固化体的抗压强度也有所不同。经过湿度为40％、50％、60％、70％、80％的比较可以得出，在养护湿度为60％时，固化体的抗压强度最大。所以在相对湿度为60％的条件下养护，土聚物固化飞灰的效果最佳。
固化体的浸出毒性检测方法如下：
以Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg为重金属的代表，用浸滤实验检验重金属的稳定效果。浸出液的制备方法按GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》：将固化体破碎并磨细至＜5mm，烘干后称取100g样品置于2L的具盖广口聚乙烯瓶中，加水1L，使液、固质量比为10，用NaOH或HCl调pH至5.8～6.3并保持该范围，将瓶子垂直固定在振荡器上，调节振荡频率至(110±10)次/min，振幅40mm，在室温下振荡8h，静置16h，用中速定量滤纸过滤，滤液用等离子分析发射光谱(ICP)测定重金属浓度。所有试验都是在室温下完成的。
图2是养护相对湿度为60％时不同养护时间下的浸出浓度。由图可以看出第一天固化体的重金属浸出浓度就远远低于于固体废物浸出毒性鉴别标准，而且基本上趋于平稳。其中浸出毒性鉴别参照《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》(GB5085.3-1996中附表)见表3(部分)。
表3：浸出毒性鉴别标准值
  序号   项目   浸出液最高允许浓度/(mg·L-1)
  1   镉   0.3
  2   总铬   10
  3   铜及其化合物(以总铜计)   50
  4   铅   3
  5   锌及其化合物(以总锌计)   50
  6   汞及其化合物   0.05

Claims (3)

1.一种土壤聚合物固化体的养护方法，其特征在于所述养护在相对湿度60％的条件下进行；所述土壤聚合物主要由偏高岭土、飞灰、水玻璃制成，所述偏高岭土、飞灰、水玻璃中：SiO2与Al2O3的物质的量之比为4.5～5.0∶1；Na2O与SiO2的物质的量之比为0.1～0.5∶1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于制备所述土壤聚合物的原料中：SiO2与Al2O3的物质的量之比为4.9∶1；Na2O与SiO2的物质的量之比为0.3∶1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法如下：NaOH、水玻璃配成碱激活剂，将偏高岭土和飞灰混合后于搅拌机中与碱激活剂和水混匀，制模，24小时后拆模，于20±3℃、相对湿度60％条件下进行养护，制备所述土壤聚合物的原料中：SiO2与Al2O3的物质的量之比为4.9∶1；Na2O与SiO2的物质的量之比为0.3∶1，所述NaOH、水玻璃、水的质量比为20.67∶121.9∶18。
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