CN112830716A - 一种多工业固废纤维改性地质聚合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多工业固废纤维改性地质聚合物及其制备方法，属于土木工程领域，包括以下重量份的原料：钢渣40‑80份、S95矿渣粉20‑40份、锂渣20‑40份、水泥30‑50份、机制砂100‑200份、化学活化剂4‑8份、聚乙烯醇1‑2份、柠檬酸钠0.4‑0.8份、水40‑70份；本发明能够大量消耗工业废弃物生产地质聚合物，不仅可以减少环境污染，变废为宝；而且有效地解决工业固废堆积等问题；利用工业固体废弃物为原料制备地质聚合物作胶凝材料，可以减少产生的碳排放，同时还可以有效地实现大宗工业固体废物的资源化。促进大宗固废在地质聚合物中的实际应用，同时节约成本。

Description

一种多工业固废纤维改性地质聚合物及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，特别是涉及一种多工业固废纤维改性地质聚合物及其制备方法。

背景技术

地质聚合物由法国人提出，研究这一材料的初衷是为了解决有机聚合物材料耐热性差等问题，地质聚合物也被称为无机聚合物、矿物聚合物等。地质聚合物可以采用天然矿物或者工业固体废弃物为材料，在化学激发剂作用条件下制备，是一种具有三维网络结构的胶凝材料。地质聚合物具有优异的力学性能、耐高温特性及耐腐蚀性能，在建筑材料领域中可以替代硅酸盐水泥，在重金属废弃物及核废料的固封处理，多孔质吸附材料，高性能复合材料等领域中也有着良好表现。

最初用于制备地质聚合物的原料是偏高岭土，经过更为深入的研究后发现矿粉和炉渣等工业固体废弃物具有和高岭土相似的化学成分，利用矿粉制备地质聚合物的研究工作便逐渐展开。粒化高炉矿渣粉（简称为矿粉）是火电和钢铁行业的副产物，是两种主要的大宗工业固体废弃物，二者的主要化学成分为二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化铁等。

如果利用地质聚合物快凝早强的特点进行高效率的预制件生产，顺应预制建筑、快速建筑的发展趋势，不仅可以大量消耗工业固体废弃物，进行基础设施建设，还可以节约能源、资源并减少碳排放量，获得经济和环境双重效益。地质聚合物可以兼顾环境保护和基础设施发展，是解决现有棘手问题的有效途径之一。

我国2005年颁布《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，对固废进行明确规定，固废在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值但被抛弃或者放弃的固态物质。《中华人民共和国环境保护税法》在2018年1月1日正式实施。2018年5月15日，《工业固体废物资源综合利用评价管理暂行办法》正式实施。同样在2018年5月15日《国家工业固体废物资源综合利用产品目录》也落地实施。

本发明采用工业固废作为绿色建设材料，生产多工业固废纤维改性地质聚合物。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种多工业固废纤维改性地质聚合物及其制备方法，该地质聚合物主要采用工业废料，高效率利用资源，变废为宝，保持水土、土地生态平衡，同时也有效降低污染。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案如下：

一种多工业固废纤维改性地质聚合物，包括以下重量份的原料：钢渣40-80份、S95矿渣粉20-40份、锂渣20-40份、水泥30-50份、机制砂100-200份、化学活化剂4-8份、聚乙烯醇1-2份、柠檬酸钠0.4-0.8份、水40-70份。

进一步的，所述的钢渣按照重量百分比计包括下列组分：氧化钙45%~50%、氧化铁15%~20%、二氧化硅10%~15%、氧化镁5%~8%、氧化亚铁5%~8%、氧化铝2%~5%。

进一步的，所述S95矿渣粉按照重量百分比计包括下列组分：氧化钙40%~45%、二氧化硅35%~40%、氧化铝8%~12%、氧化铁1%~2%、氧化镁5%~8%，其中S95矿渣粉活性指数为95。

进一步的，所述锂渣按照重量百分比计包括下列组分：二氧化硅45%~50%、氧化铝15%~20%、氧化钙10%~15%、三氧化硫8%-10%、氧化镁1%~2%、氧化铁1-2%，氧化锂1%-3%，烧失重8%-12%。

进一步的，所述机制砂，其细度模数为2.0-2.3，属细砂，机制砂为尾矿砂、废弃砂，其矿物组成为含铁矿物相。

进一步的，所述化学活化剂为硅酸钠与氢氧化钠的混合物，需通过氢氧化钠调节偏硅酸钠的模数到2.2-2.5来制备。

进一步的，所述聚乙烯醇包括1份聚乙烯醇颗粒及1份聚乙烯醇纤维，其中聚乙烯醇颗粒粒径为110-120目，聚乙烯醇纤维长度为6-8mm，平均直径为15-18um，弹性模量为35GPa。

所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：

（1）将所述重量份的钢渣、锂渣、化学活化剂混合机械研磨1h并筛分出0-0.05mm、0.05-0.1mm、0.1-0.15mm的颗粒；

（2）将步骤（1）筛分出的粒径为0-0.05mm、0.05-0.1mm、0.1-0.15mm的混合物按级配为2:2:1重量份数比混合。

（3）取步骤（2）中的混合物与所述重量份的S95矿渣粉、水泥、机制砂、聚乙烯醇、柠檬酸钠混合放入搅拌机并加入所述重量份的水，搅拌4min后得到多工业固废纤维改性地质聚合物。

本发明所具有的优点及有益效果是：

本发明一种多工业固废纤维改性地质聚合物由于是以工业废弃物钢渣、S95矿粉、锂渣为生产原料，以聚乙烯醇作为纤维增强材料。其中S95矿粉与锂渣为地质聚合物提供活性氧化铝与二氧化硅，加入化学活化剂后的钢渣为地质聚合物提供足够的C-S-H凝胶提升前期强度，活性氧化铝与活性二氧化硅在氢氧化钠环境下反应生成空间四面体结构的地质聚合物提升后期强度，通过添加聚乙烯醇，增加地质聚合物的韧性。柠檬酸钠可以有效的提高钢渣的安定性，增加地质聚合物的流动度及针入度。聚乙烯醇作为外加纤维可有效对地质聚合物增韧改性，提高强度。机制砂的矿物组成主要为含铁矿物相，有助于提高后期强度。由本发明制备的地质聚合物其火山灰活性合格。制备的胶砂标准试块其28d抗压强度为32-38MPa。以本发明制备的地质聚合物，不仅可以消耗工业固废减少环境污染，变废为宝；另外，本发明与传统水泥的“两磨一烧”制备工艺相比，碳排放量减少。制备的地质聚合物胶凝材料可以一定比例取代水泥，既促进大宗固废在地质聚合物中的实际应用，又节约了水泥，节省了成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述：

实施例1：

一种多工业固废纤维改性地质聚合物，包括以下重量份的原料：钢渣40份、S95矿渣粉20份、锂渣20份、水泥30份、机制砂100份、化学活化剂4份、聚乙烯醇1份、柠檬酸钠0.4份、水40份。

所述的钢渣按照重量百分比计包括下列组分：氧化钙45%~50%、氧化铁15%~20%、二氧化硅10%~15%、氧化镁5%~8%、氧化亚铁5%~8%、氧化铝2%~5%。

所述S95矿渣粉按照重量百分比计包括下列组分：氧化钙40%~45%、二氧化硅35%~40%、氧化铝8%~12%、氧化铁1%~2%、氧化镁5%~8%，其中S95矿渣粉活性指数为95。

所述锂渣按照重量百分比计包括下列组分：二氧化硅45%~50%、氧化铝15%~20%、氧化钙10%~15%、三氧化硫8%-10%、氧化镁1%~2%、氧化铁1-2%，氧化锂1%-3%，烧失重8%-12%。

所述重量份的机制砂，其细度模数为2.0-2.3，属细砂，机制砂为尾矿砂、废弃砂，其矿物组成为含铁矿物相。

所述化学活化剂为硅酸钠与氢氧化钠的混合物，需通过氢氧化钠调节偏硅酸钠的模数到2.2-2.5来制备。

所述聚乙烯醇包括1份聚乙烯醇颗粒及1份聚乙烯醇纤维，其中聚乙烯醇颗粒粒径为110-120目，聚乙烯醇纤维长度为6-8mm，平均直径为15-18um，弹性模量为35GPa。

所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：

（1）将所述重量份的钢渣、锂渣、化学活化剂混合机械研磨1h并筛分出0-0.05mm、0.05-0.1mm、0.1-0.15mm的颗粒；

（2）将步骤（1）筛分出的粒径为0-0.05mm、0.05-0.1mm、0.1-0.15mm的混合物按级配为2:2:1重量份数比混合。

（3）取步骤（2）中的混合物与所述重量份的S95矿渣粉、水泥、机制砂、聚乙烯醇、柠檬酸钠混合放入搅拌机并加入所述重量份的水，搅拌4min后得到多工业固废纤维改性地质聚合物。

一种多工业固废纤维改性地质聚合物充分利用以下方程式：

本实施例制备的多元工业固废地质聚合物胶凝材料其火山灰活性合格。其抗压强度可达32MPa。

实施例2：

本实施例一种多工业固废纤维改性地质聚合物，包括以下重量份的原料：钢渣80份、S95矿渣粉40份、锂渣40份、水泥50份、机制砂200份、化学活化剂8份、聚乙烯醇2份、柠檬酸钠0.8份、水70份。

本实施例与实施例1的区别在于提高了工业固废的配比，同时也提高了水泥，化学活化剂，聚乙烯醇的掺量。

由本实施例制备的多工业固废纤维改性地质聚合物其火山灰活性合格。其抗压强度可达38MPa。

实施例3：

本实施例一种多工业固废纤维改性地质聚合物，包括以下重量份的原料：钢渣80份、S95矿渣粉40份、锂渣40份、水泥50份、机制砂200份、化学活化剂12份、聚乙烯醇2份、柠檬酸钠0.8份、水70份。

本实施例与实施例2的区别在于工业固废，水泥，聚乙烯醇的掺量不变，提高了化学活化剂的掺量。

由本实施例制备的多工业固废纤维改性地质聚合物其火山灰活性合格。其抗压强度可达40MPa。与实施例二相比，可得出结论，合理的提高化学活化剂的掺量，可以提高多工业固废纤维改性地质聚合物的强度。

实施例4：

本实施例一种多工业固废纤维改性地质聚合物，包括以下重量份的原料：钢渣80份、S95矿渣粉40份、锂渣40份、水泥50份、机制砂200份、化学活化剂8份、聚乙烯醇4份、柠檬酸钠0.8份、水70份。

本实施例与实施例2的区别在于工业固废，水泥，化学活化剂的掺量不变，提高了聚乙烯醇的掺量。

由本实施例制备的多工业固废纤维改性地质聚合物其火山灰活性合格。其抗压强度可达39MPa。与实施例二相比，可得出结论，合提高聚乙烯醇的掺量，可以小幅度提高多工业固废纤维改性地质聚合物的强度，但其成本也随时增加。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种多工业固废纤维改性地质聚合物，其特征在于：包括以下重量份的原料：钢渣40-80份、S95矿渣粉20-40份、锂渣20-40份、水泥30-50份、机制砂100-200份、化学活化剂4-8份、聚乙烯醇1-2份、柠檬酸钠0.4-0.8份、水40-70份。

2.根据权利要求1所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物，其特征在于：所述的钢渣按照重量百分比计包括下列组分：氧化钙45%~50%、氧化铁15%~20%、二氧化硅10%~15%、氧化镁5%~8%、氧化亚铁5%~8%、氧化铝2%~5%。

3.根据权利要求1所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物，其特征在于：所述S95矿渣粉按照重量百分比计包括下列组分：氧化钙40%~45%、二氧化硅35%~40%、氧化铝8%~12%、氧化铁1%~2%、氧化镁5%~8%，其中S95矿渣粉活性指数为95。

4.根据权利要求1所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物，其特征在于：所述锂渣按照重量百分比计包括下列组分：二氧化硅45%~50%、氧化铝15%~20%、氧化钙10%~15%、三氧化硫8%-10%、氧化镁1%~2%、氧化铁1-2%，氧化锂1%-3%，烧失重8%-12%。

5.根据权利要求1所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物，其特征在于：所述机制砂，其细度模数为2.0-2.3的细砂，机制砂为尾矿砂、废弃砂，其矿物组成为含铁矿物相。

6.根据权利要求1所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物，其特征在于：所述化学活化剂为硅酸钠与氢氧化钠的混合物，需通过氢氧化钠调节偏硅酸钠的模数到2.2-2.5来制备。

7.根据权利要求1所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物，其特征在于：所述的聚乙烯醇包括1份聚乙烯醇颗粒及1份聚乙烯醇纤维，其中聚乙烯醇颗粒粒径为110-120目，聚乙烯醇纤维长度为6-8mm，平均直径为15-18um，弹性模量为35GPa。

8.根据权利要求1所述的一种多工业固废纤维改性地质聚合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将所述重量份的钢渣、锂渣、化学活化剂混合机械研磨1h并筛分出0-0.05mm、0.05-0.1mm、0.1-0.15mm的颗粒；

（2）将步骤（1）筛分出的粒径为0-0.05mm、0.05-0.1mm、0.1-0.15mm的混合物按级配为2:2:1重量份数比混合；

（3）取步骤（2）中的混合物与所述重量份的S95矿渣粉、水泥、机制砂、聚乙烯醇、柠檬酸钠混合放入搅拌机并加入所述重量份的水，搅拌4min后得到多工业固废纤维改性地质聚合物。