CN108484029A - 一种固废复合高强凝胶材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固废复合高强凝胶材料，包括19：1的混合固体相和混合液体相，原材料按照重量配比如下：熟料的质量百分数为50％～70％，电石渣的质量百分数为6％～31％，超细高铝粉煤灰的质量百分数为14％，聚合物增强剂的质量百分数为0.5％～10％，石棉绒的质量百分数为0.5％～10％。本发明将有机聚合物与无机硅酸盐相结合，得到的凝胶材料既有无机硅酸盐的刚性，又具有有机聚合物的柔韧性，增强了材料的抗裂性、抗弯折性及高耐久性等性能。此外本发明利用固体废弃物超细高铝粉煤灰为掺和料，充分利用其中的丰富的硅、铝资源，减少硅酸盐水泥的消耗，降低生产成本，对节能环保具有重大意义。

Description

一种固废复合高强凝胶材料
技术领域
本发明涉环保型建筑材料领域，具体涉及一种固废复合高强凝胶材料。
背景技术
混凝土的高强性、高韧性、抗弯折性、高抗裂性、高耐久性和轻质量，是未来土木建筑领域对混凝土材料性能要求的发展趋势。随着工业的发展，大量煤炭随之被燃烧掉，粉煤灰作为一种固体废弃物，随着煤炭燃烧产生的烟道气排放而进入大气。内蒙地区的粉煤灰中包含大量SiO2和Al2O3等有用资源，若将其综合利用，变废为宝，将可缓解我国环境污染压力、资源缺乏等问题。粉煤灰的微观形态为空心球结构，这赋予了粉煤灰质量轻、密度低等物理特性。本发明充分利用粉煤灰的物理化学性质，同时将有机聚合物与无机硅酸盐相结合，制备了一种具有轻质量、高强度高、高抗裂性的耐久性的混凝土。
中国专利公开号CN 106242429 A，提供一种高韧性混杂纤维增强混凝土及其制备方法，该混凝土同时掺入纳米二氧化硅和混杂纤维，弯曲韧性和断裂韧性均得到显著提高，可应用于对韧性要求较高的大跨、高层建筑结构工程中。该发明向混凝土中掺入大量的纳米二氧化硅，提高了生产成本，对于大范围建筑工程上的应用具有一定的局限性。
中国专利公开号CN 104310892A公开一种聚丙烯纤维混凝土的制备方法，所述的聚丙烯纤维混凝土由矿渣、粉煤灰、硅粉、干砂、石子、水泥、聚丙烯纤维、减水剂和水组成，其制备方法即首先将干砂和石子用清水进行洗净晾干然后将水泥和聚丙烯纤维搅拌混合均匀然后将矿渣、粉煤灰、硅粉与所得的洗净晾干的干砂、石子一起倒入混凝土搅拌机，干拌5min，然后将混合好的水泥与聚丙烯纤维的混合物倒入混凝土搅拌机中，用塑料薄膜封住混凝土搅拌机口，进行干拌，然后倒入加入减水剂的水，进行搅拌，即得坍落度明显降低，抗压强度明显提高的聚丙烯纤维混凝土，该聚丙烯纤维混凝土中聚丙烯纤维分布均匀。但发明所用到的聚丙烯纤维对碱性环境具有不稳定性，容易被腐蚀而导致纤维老化，使用于建筑上长期下来会发生断裂、坍塌等危险。
中国专利公开号CN 105731919A公开了一种石棉一玻璃纤维蒸压加气混凝土板及其制备方法，包括：a.将油酸、三乙醇胺和水进行第一混合制成可溶油；b.将铝源、起泡剂和水进行第二混合制成铝粉悬浮液；c.在磁场强度为一的磁场的存在下，将水泥、石灰、粉煤灰、石膏、石棉、玻璃纤维、酚醛树脂、膨润土、红砖颗粒、四氧化三铁和水进行第三混合，接着加入可溶油和所述铝粉悬浮液进行第四混合制成浆料；d.将表面涂有沥青的钢筋编织成钢筋网，接着向多层钢筋网之间浇注浆料，然后发气制成钢纤维蒸压加气混凝土板；铝源为铝粉或铝膏，起泡剂为拉开粉、平平加、皂素粉、石蜡皂和洗衣粉中的一种或多种。利用该石棉—玻璃纤维蒸压加气混凝土板具有优异的机械强度、密度和抗冻性。该混凝土的制备工艺复杂，成分繁多，成本较高，所用到的固体废弃物较少，不能将废物资有效地源化利用。
为了克服上述缺陷，本发明提出一种固废复合高强凝胶材料，解决上述实际应用中的难题。该固废复合高强凝胶材料以超细高铝粉煤灰为掺和料，熟料、电石渣为主料，有机聚合物为增强剂，并向其中加入耐碱、耐腐蚀的石棉绒，有效提高其抗弯折强度。该固废复合高强凝胶材料的制备工艺简单、能耗低，制得混凝土具有轻质量、高强性、抗裂性、抗弯折性和耐久性等特点，是一种在未来有广阔应用前景的环保型建筑材料。
发明内容
本发明的目的是制备一种质量轻、工艺简单、能耗低，制得凝胶材料具有轻质量、高强性和高耐久性等特点的电石渣轻集料聚合物混凝土，实现大规模的超细高铝粉煤灰的资源化利用。
一种固废复合高强凝胶材料，包括19：1的混合固体相和混合液体相，其包括的原材料按照重量配比如下：
(1)熟料：50％～75％；
(2)电石渣：6％～31％；
(3)掺和料：超细高铝粉煤灰的质量百分数为14％；
(4)增强剂：聚合物的质量百分数为1％～5％；
(5)石棉绒：1％～5％；
本发明所涉及的聚合物增强剂为聚合物溶解在水中一定浓度的溶液，再将其与其他组分混合，石棉绒的长度不低于5mm，过长的纤维需要可根据实际进行切割，石棉绒的加入可有效提升混凝土的抗弯折、抗裂等性能；
进一步，所述的固废复合高强凝胶材料中，熟料的矿物组成中硅酸二钙、硅酸三钙的含量占熟料总质量的70％～75％，硅酸钙的含量高可有效增强混凝土的强度；
进一步，所述的固废复合高强凝胶材料中，熟料的颗粒越小越有利于混合，可将熟料的粒度在50目～500目之间；
进一步，所述的固废复合高强凝胶材料中，电石渣的粒度为50目～500目，有利于与熟料进行混合；
进一步，所述的固废复合高强凝胶材料中，掺合料超细高铝粉煤灰的粒度为200目～800目，超细高铝粉煤灰粉煤灰中三氧化二铝的质量分数为20％～50％，代替铝粉，从而节约了成本；
进一步，所述的固废复合高强凝胶材料中，增强剂为有机聚合物，分子量不低于600000，该有机聚合物为水溶型物质，在使用之前配制成一定浓度的水溶液，可以更容易地与固体混合相混合均匀；
进一步，所述的固废复合高强凝胶材料，为有机聚合物与无机硅酸盐材料相结合，混合固体相和混合液体相的比例为19：1，得到的混凝土的形态为小颗粒，在后续使用中加适量的水搅拌均匀即可。
本发明所述的一种固废复合高强凝胶材料的制备过程如下：
首先，将质量百分比为50％～70％的熟料与质量百分比为6％～31％的电石渣混合均匀，粉碎至50目以下，得到初级混凝土粉料；
然后，将初级粉料加入到搅拌机中，按照质量配比，加入质量百分数为14％的掺合料超细高铝粉煤灰，继续搅拌；
其次，将质量分数为1％～5％的石棉绒缓慢地加入到搅拌机中，继续搅拌；
再次，将质量分数为1％～5％的聚合物按照质量配比配置成水溶液，加入到搅拌机中继续搅拌；
最后，得到的混合材料经过养护，得到聚合的固废复合高强凝胶材料小颗粒。
与现有技术相比较本发明的有益效果在于，本发明将有机聚合物与无机硅酸盐材料相结合，以固体废弃物超细高铝粉煤灰为掺和料，将固体废弃物实现资源化利用，利用粉煤灰中丰富的铝资源代替铝粉的加入，大量节约了铝资源；本发明制备得到的固废复合高强凝胶材料具有轻质量、高强性、抗弯折性、防裂痕及高耐久性等特点，是一种用途广泛的环保型建筑材料。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例一
一种固废复合高强凝胶材料，按照原材料重量配比：
(1)熟料：质量百分数为70％，其中熟料的矿物组成中硅酸二钙、硅酸三钙的含量占熟料总质量的70％；
(2)电石渣：质量百分数为6％；
(3)掺合料：超细高铝粉煤灰的质量百分数为14％；
(4)石棉绒：纤维长度为5～10cm，量百分数为5％；
(5)增塑剂：聚合物为水溶性的聚环氧乙烷，质量百分数为1％，分子量1000000；
(6)水：质量分数为4％；
一种固废复合高强凝胶材料的制备过程如下：
步骤1.选取熟料，将70kg的熟料粉碎至100目，将熟料加入到搅拌机中；
步骤2.将电石渣粉碎至100目，将6kg的电石渣加入到搅拌机中，开始搅拌，时间为2h，得到初级粉料；
步骤3.向搅拌机中加入超细高铝粉煤灰14kg，粒度大小为500目，继续搅拌2h；
步骤4.将5kg纤维长度为5～10cm的石棉绒分散地加入到搅拌机中，继续搅拌2h，
步骤5.配置增强剂水溶液：取水溶性的聚环氧乙烷，1kg，分子量为1000000，加入4kg水，搅拌1h，得到均匀的水溶液；
步骤6.将增强剂水溶液缓慢加入到搅拌机中，继续搅拌5h，最后，得到的混合材料经过养护，得到聚合的固废复合高强凝胶材料小颗粒。
实施例二
一种固废复合高强凝胶材料，按照原材料重量配比：
(1)熟料：质量百分数为60％，其中熟料的矿物组成中硅酸二钙、硅酸三钙的含量占熟料总质量的72％；
(2)电石渣：质量百分数为16％；
(3)掺合料：超细高铝粉煤灰的质量百分数为14％；
(4)石棉绒：纤维长度为8～10mm，量百分数为4％；
(5)增塑剂：聚合物为水溶性的聚环氧乙烷，质量百分数为3％，分子量5000000；
(6)水：质量分数为5％；
一种固废复合高强凝胶材料的制备过程如下：
步骤1.选取熟料，将60kg的熟料粉碎至100目，将熟料加入到搅拌机中；
步骤2.将电石渣粉碎至100目，将16kg的电石渣加入到搅拌机中，开始搅拌，时间为2h，得到初级粉料；
步骤3.向搅拌机中加入超细高铝粉煤灰14kg，粒度大小为500目，继续搅拌2h；
步骤4.将4kg纤维长度为8～10mm的石棉绒分散地加入到搅拌机中，继续搅拌2h，
步骤5.配置增强剂水溶液：取水溶性的聚环氧乙烷，3kg，分子量为5000000，加入5kg水，搅拌1h，得到均匀的水溶液；
步骤6.将增强剂水溶液缓慢加入到搅拌机中，继续搅拌5h，最后，得到的混合材料经过养护，得到聚合的固废复合高强凝胶材料小颗粒。
实施例三
一种固废复合高强凝胶材料，按照原材料重量配比：
(1)熟料：质量百分数为50％，其中熟料的矿物组成中硅酸二钙、硅酸三钙的含量占熟料总质量的75％；
(2)电石渣：质量百分数为26％；
(3)掺合料：超细高铝粉煤灰的质量百分数为14％；
(4)石棉绒：纤维平均长度为5cm，量百分数为3％；
(5)增塑剂：聚合物为水溶性的聚环氧乙烷，质量百分数为4％，分子量600000；
(6)水：质量分数为3％；
一种固废复合高强凝胶材料的制备过程如下：
步骤1.选取熟料，将50kg的熟料粉碎至100目，将熟料加入到搅拌机中；
步骤2.将电石渣粉碎至100目，将26kg的电石渣加入到搅拌机中，开始搅拌，时间为2h，得到初级粉料；
步骤3.向搅拌机中加入超细高铝粉煤灰14kg，粒度大小为500目，继续搅拌2h；
步骤4.将3kg纤维长度为5cm的石棉绒分散地加入到搅拌机中，继续搅拌2h，
步骤5.配置增强剂水溶液：取水溶性的聚环氧乙烷，4kg，分子量为600000，加入3kg水，搅拌1h，得到均匀的水溶液；
步骤6.将增强剂水溶液缓慢加入到搅拌机中，继续搅拌5h，最后，得到的混合材料经过养护，得到聚合的固废复合高强凝胶材料小颗粒。
实施例四
一种固废复合高强凝胶材料，按照原材料重量配比：
(1)熟料：质量百分数为55％，其中熟料的矿物组成中硅酸二钙、硅酸三钙的含量占熟料总质量的73％；
(2)电石渣：质量百分数为16％；
(3)掺合料：超细高铝粉煤灰的质量百分数为14％；
(4)石棉绒：纤维长度为10cm，量百分数为4％；
(5)增塑剂：聚合物为水溶性的聚环氧乙烷，质量百分数为2％，分子量5000000；
(6)水：质量分数为9％；
一种固废复合高强凝胶材料的制备过程如下：
步骤1.选取熟料，将55kg的熟料粉碎至100目，将熟料加入到搅拌机中；
步骤2.将电石渣粉碎至100目，将16kg的电石渣加入到搅拌机中，开始搅拌，时间为2h，得到初级粉料；
步骤3.向搅拌机中加入超细高铝粉煤灰14kg，粒度大小为500目，继续搅拌2h；
步骤4.将5kg纤维长度为10cm的石棉绒分散地加入到搅拌机中，继续搅拌2h，
步骤5.配置增强剂水溶液：取水溶性的聚环氧乙烷，2kg，分子量为5000000，加入9kg水，搅拌1h，得到均匀的水溶液；
步骤6.将增强剂水溶液缓慢加入到搅拌机中，继续搅拌5h，最后，得到的混合材料经过养护，得到聚合的固废复合高强凝胶材料小颗粒。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种固废复合高强凝胶材料，其特征为：包括19：1的混合固体相和混合液体相，其包括的原材料按照重量配比如下：
(1)熟料：50％～70％；
(2)电石渣：6％～31％；
(3)掺和料：超细高铝粉煤灰的质量百分数为14％；
(4)增强剂：聚合物的质量百分数为0.5％～10％；
(5)石棉绒：0.5％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种固废复合高强凝胶材料，其特征在于：熟料的矿物组成中硅酸二钙、硅酸三钙的含量占熟料总质量的70％～75％。
3.根据权利要求1所述的一种固废复合高强凝胶材料，其特征在于：熟料的矿物组成中铝酸三钙、铁铝酸四钙的含量占熟料总质量的20％～25％。
4.根据权利要求1所述的一种固废复合高强凝胶材料，其特征在于：电石渣的粒度为50目～500目。
5.根据权利要求1所述的一种固废复合高强凝胶材料，其特征在于：掺合料超细高铝粉煤灰的粒度为200目～800目，超细高铝粉煤灰中三氧化二铝的质量分数为20％～50％。
6.根据权利要求1所述的一种固废复合高强凝胶材料，其特征在于：增强剂为有机聚合物，分子量不低于600000，为水溶性聚合物。
7.根据权利要求1所述的一种固废复合高强凝胶材料，其特征在于：石棉绒纤维的长度不低于5mm。
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