CN107265954B - 一种聚合物复合碱渣固化土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合物复合碱渣固化土，其由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣40至70%、粉煤灰10至25%、矿粉5至25%、水泥10至18%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液1至3%；采用上述技术方案的聚合物复合碱渣固化土及其制备方法，其可通过上述多种组分的配合以使得聚合物复合碱渣固化土内部结构强度得以显著改善，并有效避免其出现膨胀开裂现象；同时，上述聚合物复合碱渣固化土可通过水泥以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液的配合以使得固化土具有良好的耐水性以及耐风化性。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程领域，尤其是一种聚合物复合碱渣固化土及其制备方法。
背景技术
碱渣是采用氨碱法生产纯碱过程中产生的废渣，随着纯碱工业的蓬勃发展，我国每年产生的废弃碱渣近600万吨，随之带来的即是碱渣的处理。目前大多数碱厂在生产过程中仍采用筑坝存渣的方式进行堆排，然而，碱渣在上述堆排过程中易于风化并产生扬尘，从而对周边环境造成严重的污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种聚合物复合碱渣固化土以及制备方法，其可对于碱渣进行固化处理以使其可作为工程土进行运用，并且可使得固化后的碱渣固化土在具有高强度以及低膨胀率的同时，具有良好的耐水性与耐风化的特点。
为解决上述技术问题，本发明涉及一种聚合物复合碱渣固化土，其由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣40至70%、粉煤灰10至25%、矿粉5至25%、水泥10至18%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液1至3%。
作为本发明的一种改进，所述水泥采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、道路水泥中的一种或多种的混合物。
上述聚合物复合碱渣固化土的制备方法包括有：
1)取适量碱渣、粉煤灰、矿粉、水泥以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液，测得碱渣以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液中的含水量，并将粉煤灰、矿粉、水泥进行预混合处理；
2)根据碱渣以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液中的含水量取适量拌和水，并将拌和水与碱渣相互混合，并加入经过预混合处理的粉煤灰、矿粉、水泥混合物后混合均匀；
3)向步骤2）所得混合物中加入乙烯—醋酸乙烯酯乳液混合均匀，即可得到聚合物复合碱渣固化土。
作为本发明的一种改进，所述步骤2）之中，拌和水的质量以及碱渣与乙烯—醋酸乙烯酯乳液中所含水分的质量之和与步骤2）中各项组分的质量之和的比值范围为0.4至0.7。
上述技术方案的聚合物复合碱渣固化土之中，粉煤灰内部的玻璃体所含有的可溶性二氧化硅和氧化铝，其可被碱渣中的碱组分激发产生胶凝性物质，以提高聚合物复合碱渣固化土的强度，并控制其膨胀率；同时，粉煤灰与矿粉的混合可通过矿粉的粗糙颗粒结构以对于粉煤灰中的二氧化硅和氧化铝形成冲击处理，致使粉煤灰中中较为致密二氧化硅和氧化铝结构得以破坏，进而使其性能发挥的效率得以显著改善，而矿粉中亦含有部分活性二氧化硅和氧化铝，其形成胶凝性能更加，故可与粉煤灰配合进而形成更为良好的胶凝性物质。上述胶凝性物质与碱渣、粉煤灰、矿粉颗粒相互搭配以形成聚合物复合碱渣固化土的基本骨架，而上述聚合物复合碱渣固化土中的水泥在水化后产生的氢氧化钙与碱渣中的氢氧化钙相配合，使得上述粉煤灰以及矿粉得以产生更多的胶凝性物质，进而使得聚合物复合碱渣固化土的结构更为紧密，以进一步改善其强度。此外，碱渣中的硫酸钙与水泥水化后的产物相互反应而产生大量的钙矾石晶体可有效避免成型后的碱渣固化土出现开裂的现象。
在上述基础之上，本申请中聚合物复合碱渣固化土内所包含的乙烯—醋酸乙烯酯乳液为亲水性聚合物乳液，其可包裹在水泥颗粒表面以减缓水泥水化速率，进而有效控制了钙矾石的生成速率，以避免其在短时间内产生大量钙矾石以造成固化土出水膨胀开裂等现象。与此同时，乙烯—醋酸乙烯酯乳液可在水泥的水化过程中可形成连续的三维网状结构，而水泥本身亦会在乙烯—醋酸乙烯酯乳液所在空间内形成网状结构，上述两者网状结构彼此纠缠进而形成更为稳定的内部固定结构；此外，乙烯—醋酸乙烯酯乳液可有效减少水泥浆体与碱渣颗粒界面过渡区的空隙率，以优化固化土体骨架，增加其强度与耐水性；并且乙烯—醋酸乙烯酯乳液良好的粘结能力可使其能够跨越碱渣、粉煤灰、矿渣、水泥及水化产物的界面过渡区面上，形成强力粘结效果，同时封闭固化体内部的结构，保持内部水化需要的水分，抑制水分蒸发，形成“自养护体系”，从而有效解决碱渣固化土含盐量高易于风化的问题。
采用上述技术方案的聚合物复合碱渣固化土及其制备方法，其可通过上述多种组分的配合以使得聚合物复合碱渣固化土内部结构强度得以显著改善，并有效避免其出现膨胀开裂现象；同时，上述聚合物复合碱渣固化土可通过水泥以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液的配合以使得固化土具有良好的耐水性以及耐风化性。
此外，上述聚合物复合碱渣固化土在制备过程中通过对于干料的预混合处理，可使其在固化土中的分布更为均匀，进而改善其对于固化土的改性效果；同时，通过控制聚合物复合碱渣固化土中水分与其余组分的配比，可有效控制胶凝性物质以及钙矾石的产量，进而使得聚合物复合碱渣固化土的整体性能达到最佳。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种聚合物复合碱渣固化土，其由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣70%、粉煤灰12%、矿粉5%、水泥10%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液3%。
作为本发明的一种改进，所述水泥采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的混合物。
上述聚合物复合碱渣固化土的制备方法包括有：
1)取适量碱渣、粉煤灰、矿粉、水泥以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液，测得碱渣以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液中的含水量，并将粉煤灰、矿粉、水泥进行预混合处理；
2)根据碱渣以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液中的含水量取适量拌和水，并将拌和水与碱渣相互混合，并加入经过预混合处理的粉煤灰、矿粉、水泥混合物后混合均匀；
3)向步骤2）所得混合物中加入乙烯—醋酸乙烯酯乳液混合均匀，即可得到聚合物复合碱渣固化土。
作为本发明的一种改进，所述碱渣的含水率为43%，所述步骤2）之中，拌和水的添加质量为23.55g，拌和水的质量以及碱渣与乙烯—醋酸乙烯酯乳液中所含水分的质量之和与步骤2）中各项组分的质量之和的比值为0.55。
上述技术方案的聚合物复合碱渣固化土之中，粉煤灰内部的玻璃体所含有的可溶性二氧化硅和氧化铝，其可被碱渣中的碱组分激发产生胶凝性物质，以提高聚合物复合碱渣固化土的强度，并控制其膨胀率；同时，粉煤灰与矿粉的混合可通过矿粉的粗糙颗粒结构以对于粉煤灰中的二氧化硅和氧化铝形成冲击处理，致使粉煤灰中中较为致密二氧化硅和氧化铝结构得以破坏，进而使其性能发挥的效率得以显著改善，而矿粉中亦含有部分活性二氧化硅和氧化铝，其形成胶凝性能更加，故可与粉煤灰配合进而形成更为良好的胶凝性物质。上述胶凝性物质与碱渣、粉煤灰、矿粉颗粒相互搭配以形成聚合物复合碱渣固化土的基本骨架，而上述聚合物复合碱渣固化土中的水泥在水化后产生的氢氧化钙与碱渣中的氢氧化钙相配合，使得上述粉煤灰以及矿粉得以产生更多的胶凝性物质，进而使得聚合物复合碱渣固化土的结构更为紧密，以进一步改善其强度。此外，碱渣中的硫酸钙与水泥水化后的产物相互反应而产生大量的钙矾石晶体可有效避免成型后的碱渣固化土出现开裂的现象。
在上述基础之上，本申请中聚合物复合碱渣固化土内所包含的乙烯—醋酸乙烯酯乳液为亲水性聚合物乳液，其可包裹在水泥颗粒表面以减缓水泥水化速率，进而有效控制了钙矾石的生成速率，以避免其在短时间内产生大量钙矾石以造成固化土出水膨胀开裂等现象。与此同时，乙烯—醋酸乙烯酯乳液可在水泥的水化过程中可形成连续的三维网状结构，而水泥本身亦会在乙烯—醋酸乙烯酯乳液所在空间内形成网状结构，上述两者网状结构彼此纠缠进而形成更为稳定的内部固定结构；此外，乙烯—醋酸乙烯酯乳液可有效减少水泥浆体与碱渣颗粒界面过渡区的空隙率，以优化固化土体骨架，增加其强度与耐水性；并且乙烯—醋酸乙烯酯乳液良好的粘结能力可使其能够跨越碱渣、粉煤灰、矿渣、水泥及水化产物的界面过渡区面上，形成强力粘结效果，同时封闭固化体内部的结构，保持内部水化需要的水分，抑制水分蒸发，形成“自养护体系”，从而有效解决碱渣固化土含盐量高易于风化的问题。
采用上述技术方案的聚合物复合碱渣固化土及其制备方法，其可通过上述多种组分的配合以使得聚合物复合碱渣固化土内部结构强度得以显著改善，并有效避免其出现膨胀开裂现象；同时，上述聚合物复合碱渣固化土可通过水泥以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液的配合以使得固化土具有良好的耐水性以及耐风化性。
此外，上述聚合物复合碱渣固化土在制备过程中通过对于干料的预混合处理，可使其在固化土中的分布更为均匀，进而改善其对于固化土的改性效果；同时，通过控制聚合物复合碱渣固化土中水分与其余组分的配比，可有效控制胶凝性物质以及钙矾石的产量，进而使得聚合物复合碱渣固化土的整体性能达到最佳。
实施例2
一种聚合物复合碱渣固化土，其由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣55%、粉煤灰25%、矿粉6%、水泥12%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液2%。
作为本发明的一种改进，所述碱渣的含水率为86%，所述步骤2）之中，拌和水的添加质量为6.80g，拌和水的质量以及碱渣与乙烯—醋酸乙烯酯乳液中所含水分的质量之和与步骤2）中各项组分的质量之和的比值为0.55。
本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。
实施例3
一种聚合物复合碱渣固化土，其由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣40%、粉煤灰20%、矿粉20%、水泥18%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液2%。
作为本发明的一种改进，所述碱渣的含水率为140%，所述步骤2）之中，拌和水的添加质量为8.10g，拌和水的质量以及碱渣与乙烯—醋酸乙烯酯乳液中所含水分的质量之和与步骤2）中各项组分的质量之和的比值为0.65。
本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。
实施例4
一种聚合物复合碱渣固化土，其由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣60%、粉煤灰15%、矿粉8%、水泥15%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液2%。
作为本发明的一种改进，所述碱渣的含水率为43%，所述步骤2）之中，拌和水的添加质量为23.30g，拌和水的质量以及碱渣与乙烯—醋酸乙烯酯乳液中所含水分的质量之和与步骤2）中各项组分的质量之和的比值为0.50。
本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。
实施例5
一种聚合物复合碱渣固化土，其由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣45%、粉煤灰13%、矿粉25%、水泥14%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液3%。
作为本发明的一种改进，所述碱渣的含水率为86%，所述步骤2）之中，拌和水的添加质量为14.95g，拌和水的质量以及碱渣与乙烯—醋酸乙烯酯乳液中所含水分的质量之和与步骤2）中各项组分的质量之和的比值为0.55。
本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。
实施例6
一种聚合物复合碱渣固化土，其由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣45%、粉煤灰25%、矿粉13%、水泥15%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液1%。
作为本发明的一种改进，所述碱渣的含水率为140%，所述步骤2）之中，拌和水的添加质量为6.55g，拌和水的质量以及碱渣与乙烯—醋酸乙烯酯乳液中所含水分的质量之和与步骤2）中各项组分的质量之和的比值为0.70。
本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。
上述实施例1至实施例6中，对于分别采用其组分配比以及制备方法制成的聚合物复合碱渣固化土的强度经过测试如下表所示：
经上表的实验数据可获知，采用实施例3中的组分配比以及制备方法制成的聚合物复合碱渣固化土在强度上为最佳实施例。
在上述强度对比的基础上，选取实施例3、实施例4以及实施例5中的聚合物复合碱渣固化土，同时采取基于实施例3、实施例4以及实施例5中的相关组分的配比参数而分别获得的现有技术1、现有技术2与现有技术3三组现有技术制成的碱渣固化土；将以上6组碱渣固化土在其制备完成后将其装入模具，并将置于标准养护室内；使其在室内温度20℃，相对湿度在90%以上的养护环境下进行养护处理。上述6组碱渣固化土在养护室内养护至7d龄期后，针对每一组碱渣固化土选取其一部分置于相同的室外环境下进行自然风化处理，并使其在室内与室外均达到60d龄期后，分别测得不同环境下碱渣固化土对应强度以计算强度折损率；以上六组碱渣固化土的强度折损率如下表所示：
由上表可获知，采用实施例3内的聚合物复合碱渣固化土的抗风化效果较于其余实施例以及现有技术均具有显著的进步。综上所述，采用实施例3制备而成的聚合物复合碱渣固化土为本申请中的最佳实施例。
Claims (4)
1.一种聚合物复合碱渣固化土，其特征在于，所述聚合物复合碱渣固化土由以下物质按照其质量百分比制备而成：碱渣40至70%、粉煤灰10至25%、矿粉5至25%、水泥10至18%、乙烯—醋酸乙烯酯乳液1至3%。
2.按照权利要求1所述的聚合物复合碱渣固化土，其特征在于，所述水泥采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、道路水泥中的一种或多种的混合物。
3.一种按照权利要求1所述的聚合物复合碱渣固化土的制备方法，其特征在于，所述聚合物复合碱渣固化土的制备方法包括有：
1）取适量碱渣、粉煤灰、矿粉、水泥以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液，测得碱渣以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液中的含水量，并将粉煤灰、矿粉、水泥进行预混合处理；
2）根据碱渣以及乙烯—醋酸乙烯酯乳液中的含水量取适量拌和水，并将拌和水与碱渣相互混合，并加入经过预混合处理的粉煤灰、矿粉、水泥混合物后混合均匀；
3）向步骤2）所得混合物中加入乙烯—醋酸乙烯酯乳液混合均匀，即可得到聚合物复合碱渣固化土。
4.按照权利要求3所述的聚合物复合碱渣固化土的制备方法，其特征在于，所述步骤2）之中，拌和水的质量以及碱渣与乙烯—醋酸乙烯酯乳液中所含水分的质量之和与步骤2）中各项组分的质量之和的比值范围为0.4至0.7。
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