CN108409215A - 一种延性淤泥地质聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种延性淤泥地质聚合物及其制备方法，该方法采用淤泥、硅灰、矿粉、粉煤灰为主要基质原料，以水玻璃为碱激发剂，以聚丙烯酸溶液和ZV胶为增韧剂和胶黏剂，制备淤泥地质聚合物胶凝材料。本发明的方法简单，节约能源，易于操作，所制备的地质聚合物材料可广泛应用于建筑材料制造、路基填料、桩体材料等众多领域，解决了淤泥处理问题，变废为宝，对淤泥的综合利用具有积极的推动作用。

Description

一种延性淤泥地质聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及地质聚合物领域，尤其是涉及一种淤泥地质聚合物及其制备方法
背景技术
疏浚淤泥处理处置问题是世界范围内许多国家共同面临的亟待解决的问题。据统计，在我国，仅珠三角地带的年淤泥疏浚量就达到8×107m3。从湖底疏浚出来的淤泥含水率极高，无法作为原料直接进行生产，大部分仍是采用晾晒法处置，不仅固结时间长，需占用大量耕地，同时渗滤液会污染地下水系和周围生态环境。鉴于淤泥中矿物组分是许多建材的主要组成成分，将淤泥作为一种资源加以有效利用，是其稳定化、资源化的有效方式。
地质聚合物是近年来国际上研究非常活跃的无机非金属材料之一。它是以粘土、工业废渣或矿渣等为主要原料，碱或酸为激发剂，经适当的工艺处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。地质聚合物具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀等优于普通硅酸盐水泥的独特性能，同时具有材料丰富、价格低廉、节约能源等优点，因此引起了国内外材料专家的极大兴趣。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种延性淤泥地质聚合物及其制备方法。本发明将淤泥作为一种矿物原料，与同为工业固体废弃物的硅灰、矿粉、粉煤灰等形成一种新型的地质聚合物材料，可作为建筑材料应用于实际工程中。
本发明的技术方案如下：
一种延性淤泥地质聚合物，其特征在于，所述聚合物所含原料及各原料的质量份数为：
所述淤泥粉末为淤泥在105℃下烘干后粉碎研磨而成。
所述激发剂由3份聚丙烯酸乳液和7份水玻璃组成。
所述激发剂包括3份聚丙烯酸乳液和7份水玻璃外，还包含5-10份ZV胶。
所述水玻璃的模数为1.0～2.0。
优选，聚合物所含原料及各原料的质量份数为：淤泥粉末50份、硅灰15份、矿粉25份、粉煤灰7份、聚丙烯酸乳液3份、水玻璃7份、水30份。
进一步优选，聚合物所含原料及各原料的质量份数为：淤泥粉末50份、硅灰15份、矿粉25份、粉煤灰7份、聚丙烯酸乳液3份、水玻璃7份、ZV胶5份、水30份。
一种所述延性淤泥地质聚合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将50～60份淤泥粉末、12～20份硅灰、10～25份矿粉、5～10份粉煤灰混合，制得混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入10～20份激发剂和20～30份水，搅拌均匀，制成塑性粘稠状泥样；
(3)将步骤(2)制得的塑性粘稠状泥样注入三瓣模模具中，用小锤快速击实，成型脱模，在温度为20℃、湿度为95％的养护箱内养护3～28天，制得所述延性淤泥地质聚合物；
(4)采用无侧限实验对不同龄期的淤泥地质聚合物材料进行抗压强度测试。
一种所述延性淤泥地质聚合物的应用，所述聚合物用于优质路基材料。
一种所述延性淤泥地质聚合物的应用，所述聚合物用于打桩时的灌浆，可增强土壤的密实性进而提高土壤强度。
一种所述延性淤泥地质聚合物的应用，所述聚合物用于隧道开挖过程中的软弱浆体的固结。
一种所述延性淤泥地质聚合物的应用，所述聚合物用于对抗压强度要求高的土木建筑工程或市政工程中。
本发明有益的技术效果在于：
本发明采用水玻璃作为碱激发剂与活性铝硅质材料(矿粉)在常温下通过碱激发反应生成一种具有有机高分子聚合物空间、三维网状键接结构的Si-Al质胶凝材料，使地聚物快速硬化。
本发明采用聚丙烯酸作为有机高分子材料，具有很强的粘结作用，此外在聚丙烯酸乳液渗透到淤泥颗粒、粉煤灰颗粒、矿粉颗粒以及硅灰颗粒时，主链上的-COOH可以和这些颗粒表面的钙离子和镁离子、铝离子以及Si-OH等发生络合,依靠这种络合使高分子链紧紧抓住钙离子、镁离子、铝离子和硅离子等,从而使这些固体颗粒和高分子成为一个网状整体，提高生成物的强度和黏结性，同时提高地聚物的韧性。
本发明所用ZV胶即双组分改性环氧树脂类胶粘剂可以增加生成物的黏性进而增强其强度以及均一性。
本发明是以疏浚淤泥作为制备地质聚合物的原料，所用原料廉价易得，制备工艺简单，可实现连续化生产，具有良好的经济效益。以淤泥作为主要原料，其掺量为40～60％，打破了先前淤泥低掺量利用的局限，实现了对淤泥大掺量的消纳利用，为解决因淤泥堆放而带来的环境污染、土地占用等问题提供了有效途径，具有极大的社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种所述延性淤泥地质聚合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将50份淤泥粉末(105℃下烘干后粉碎研磨而成)、15份硅灰、25份矿粉、7份粉煤灰混合，制得混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入10份激发剂(含3份聚丙烯酸乳液和7份模数为1～2的水玻璃)和30份水，搅拌均匀，制成塑性粘稠状泥样；
(3)将步骤(2)制得的塑性粘稠状泥样注入三瓣模模具中，用小锤快速击实，成型脱模，在温度为20℃、湿度为95％的养护箱内养护3天，制得所述延性淤泥地质聚合物；初凝时间10min，终凝时间50min；
(4)采用无侧限实验对淤泥地质聚合物材料进行抗压强度测试。测试发现，产品的3天无侧限抗压强度为3.6MPa。
实施例2
一种所述延性淤泥地质聚合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将50份淤泥粉末(105℃下烘干后粉碎研磨而成)、15份硅灰、25份矿粉、7份粉煤灰混合，制得混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入10份激发剂(含3份聚丙烯酸乳液和7份模数为1～2的水玻璃)和30份水，搅拌均匀，制成塑性粘稠状泥样；
(3)将步骤(2)制得的塑性粘稠状泥样注入三瓣模模具中，用小锤快速击实，成型脱模，在温度为20℃、湿度为95％的养护箱内养护7天，制得所述延性淤泥地质聚合物；初凝时间10min，终凝时间50min；
(4)采用无侧限实验对淤泥地质聚合物材料进行抗压强度测试。测试发现，产品的7天无侧限抗压强度为6.1MPa。
实施例3
一种所述延性淤泥地质聚合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将50份淤泥粉末(105℃下烘干后粉碎研磨而成)、15份硅灰、25份矿粉、7份粉煤灰混合，制得混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入10份激发剂(含3份聚丙烯酸乳液和7份模数为1～2的水玻璃)和30份水，搅拌均匀，制成塑性粘稠状泥样；
(3)将步骤(2)制得的塑性粘稠状泥样注入三瓣模模具中，用小锤快速击实，成型脱模，在温度为20℃、湿度为95％的养护箱内养护28天，制得所述延性淤泥地质聚合物；初凝时间10min，终凝时间50min；
(4)采用无侧限实验对淤泥地质聚合物材料进行抗压强度测试。测试发现，产品的28天无侧限抗压强度为15MPa。
实施例4
一种所述延性淤泥地质聚合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将50份淤泥粉末(105℃下烘干后粉碎研磨而成)、15份硅灰、25份矿粉、7份粉煤灰混合，制得混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入15份激发剂(含3份聚丙烯酸乳液、7份模数为1～2的水玻璃和5份ZV胶)和30份水，搅拌均匀，制成塑性粘稠状泥样；
(3)将步骤(2)制得的塑性粘稠状泥样注入三瓣模模具中，用小锤快速击实，成型脱模，在温度为20℃、湿度为95％的养护箱内养护3～28天，制得所述延性淤泥地质聚合物；
(4)采用无侧限实验对不同龄期的的淤泥地质聚合物材料进行抗压强度测试。试样3天无侧限抗压强度为4MPa；试样7天无侧限抗压强度为7MPa；试样28天无侧限抗压强度为16MPa。且观察到无侧限实验应力应变曲线峰值应变随养护时间增长不断增大，说明材料塑性在养护过程中不断增强。
实施例5
一种所述延性淤泥地质聚合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将50份淤泥粉末(105℃下烘干后粉碎研磨而成)、15份硅灰、25份矿粉、7份粉煤灰混合，制得混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入20份激发剂(含3份聚丙烯酸乳液、7份模数为1～2的水玻璃和10份ZV胶)和30份水，搅拌均匀，制成塑性粘稠状泥样；
(3)将步骤(2)制得的塑性粘稠状泥样注入三瓣模模具中，用小锤快速击实，成型脱模，在温度为20℃、湿度为95％的养护箱内养护7天，制得所述延性淤泥地质聚合物；初凝时间10min，终凝时间50min；
(4)采用无侧限实验对不同龄期的的淤泥地质聚合物材料进行抗压强度测试。

Claims (10)

1.一种延性淤泥地质聚合物，其特征在于，所述聚合物所含原料及各原料的质量份数为：
2.根据权利要求1所述的延性淤泥地质聚合物，其特征在于，所述淤泥粉末为淤泥在105℃下烘干后粉碎研磨而成。
3.根据权利要求1所述的延性淤泥地质聚合物，其特征在于，所述激发剂由3份聚丙烯酸乳液和7份水玻璃组成。
4.根据权利要求1所述的延性淤泥地质聚合物，其特征在于，所述激发剂包括3份聚丙烯酸乳液和7份水玻璃外，还包含5-10份ZV胶。
5.根据权利要求3或4所述的延性淤泥地质聚合物，其特征在于，所述水玻璃的模数为1.0～2.0。
6.一种权利要求1所述延性淤泥地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将50～60份淤泥粉末、12～20份硅灰、10～25份矿粉、5～10份粉煤灰混合，制得混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入10～20份激发剂和20～30份水，搅拌均匀，制成塑性粘稠状泥样；
(3)将步骤(2)制得的塑性粘稠状泥样注入三瓣模模具中，用小锤快速击实，成型脱模，在温度为20℃、湿度为95％的养护箱内养护3～28天，制得所述延性淤泥地质聚合物；
(4)采用无侧限抗压强度实验对不同龄期的淤泥地质聚合物材料进行抗压强度测试。
7.一种权利要求1所述延性淤泥地质聚合物的应用，其特征在于，所述聚合物用于优质路基材料。
8.一种权利要求1所述延性淤泥地质聚合物的应用，其特征在于，所述聚合物用于打桩时的灌浆，可增强土壤的密实性进而提高土壤强度。
9.一种权利要求1所述延性淤泥地质聚合物的应用，其特征在于，所述聚合物用于隧道开挖过程中的软弱浆体的固结。
10.一种权利要求1所述延性淤泥地质聚合物的应用，其特征在于，所述聚合物用于对抗压强度要求高的土木建筑工程或市政工程中。
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