CN113135700B

CN113135700B - 一种固废基地聚物砂浆干混料

Info

Publication number: CN113135700B
Application number: CN202110433726.4A
Authority: CN
Inventors: 王笑风; 杨博; 赵亚婷; 刘建飞; 万晨光; 张晓果; 常迅夫; 施全敏; 王晔晔; 阮成瑞; 冯明林; 张轩睿; 田延锋; 毛海臻; 郭霄; 王晓阳
Original assignee: Henan Provincial Communication Planning and Design Institute Co Ltd
Current assignee: Henan Provincial Communication Planning and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2041-04-22
Also published as: CN113135700A

Abstract

本发明公开了一种固废基地聚物砂浆干混料，是由山灰质胶凝材料10~30%，磷渣粉10~20%，砂30~60%，蛭石粉0~10%，硅藻土0~10%，硼酸镁晶须0~5%，改性纳米氧化钛0~5%；和原料总量0.02%~0.2%的聚乙烯醇和2%~6%的碱激发剂配制而成。本发明以磷渣、纯碱废渣等工业副产品为主要原材研制的固废基地聚物砂浆干混料，能同时发挥地质聚合和水化双重作用，另外添加的功能性材料提升了产品的附加价值，可替代传统水泥砂浆用于道路、桥涵和隧道施工，具有强度高、韧性高、抗开裂、吸声降噪、净化空气、节能减排等多重优势，适用范围广，具有良好的实际应用价值。

Description

一种固废基地聚物砂浆干混料

技术领域

本发明涉及建筑施工用材料，尤其是涉及一种固废基地聚物砂浆干混料。

背景技术

截止2019年，我国工业固废累积堆存量超过600亿吨，占地超过200万公顷。另一方面，在环境保护要求日益严格的压力下，水泥等建筑材料供应短缺和价格大幅上涨问题逐渐凸显，促进工业固废的资源化利用已经刻不容缓。近年来，利用工业固废制备地聚物环保型胶凝材料逐渐受到广泛关注，地聚物本身是由硅铝组分无机盐单体聚合而成，具有稳定的空间网络结构，力学性能和耐久性能优异、可吸附和固化金属离子，且低碳环保，有望在实际工程应用中完全取代水泥。

磷渣是黄磷生产过程中排出的一种炉渣。据统计，每生产1吨黄磷大约排出8～10吨磷渣。虽然目前磷渣多被用作水泥混合材料以实现变废为宝，但在黄磷生产工业聚集的地区，大量磷渣仍以露天堆放形式存储，并未被有效利用，且占用耕地、污染环境。

纯碱废渣是氨碱法制碱过程中排放的废渣，主要组分为碳酸钙、硫酸钙、氯化钙等钙盐。我国氨碱法制碱年产量为421万吨左右，而生产1吨纯碱约产生0.3吨废渣。一般情况下，纯碱废渣也是采取地表堆积的处置方式，大量废渣沉积后形成一片“白海”，造成了周围海域和土地的污染。

我国河流众多、流域广阔，密布水网的河道疏浚会产生大量的河道淤泥，其储备量十分可观。研究表明，河道淤泥属于以硅组分为主的黏土质材料，因地制宜、循环利用河道淤泥作为建筑材料生产的替代原材，可以在疏浚河道以提高抗洪、通航能力的同时，避免河道淤泥产生的二次污染等问题。

基于此，如果能对上述固废加以合理应用，使其作为建筑材料应用于道路、桥涵和隧洞施工中，将能创造出巨大的社会效益和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以上述固废作为原料配制的的固废基地聚物砂浆干混料。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的固废基地聚物砂浆干混料，是以火山灰质胶凝材料、磷渣粉、砂、蛭石粉、硅藻土、硼酸镁晶须、改性纳米氧化钛为原料，以聚乙烯醇和碱激发剂为添加剂，按照下述重量百分配比和方法制备而成：

原料配比：

火山灰质胶凝材料10~30%，磷渣粉10~20%，砂30~60%，蛭石粉0~10%，硅藻土0~10%，硼酸镁晶须0~5%，改性纳米氧化钛0~5%；原料总量0.02%~0.2%的聚乙烯醇和2%~6%的碱激发剂；

制备方法：

第一步，配制火山灰质胶凝材料

将高岭土、河道淤泥和纯碱废渣按2:3:5的重量比复配后，经750~950℃的高温煅烧后再冷却至室温，研磨至粒径≤75μm的微粉，密封保存备用；

第二步，配制干混料A

将准确称量的火山灰质胶凝材料、磷渣粉、蛭石粉和硅藻土混合均匀，得到干混料A备用；

第三步，配制干混料B

将准确称量的硼酸镁晶须、改性纳米氧化钛、聚乙烯醇和碱激发剂混合均匀，得到干混料B备用；

第四步，配制砂浆

将配制得到的干混料A和干混料B预混均匀，再逐渐加入砂继续混合至均匀，得到固废基地聚物砂浆干混料成品，密封防潮保存。

第四步中所用的砂为中砂，细度模数为2.3-3.0，符合GB/T14684国家标准中的技术规定。

使用时，根据实际工程需求，将固废基地聚物砂浆干混料与适量洁净水（添加量为砂浆干混料总重的14-18%）搅拌均匀即可施工。

优选的，所述原料的重量百分配比为：火山灰质胶凝材料10~30%，磷渣粉10~20%，砂40~55%，蛭石粉5~10%，硅藻土5~10%，硼酸镁晶须2~5%，改性纳米氧化钛3~5%；原料总量0.02%~0.03%的聚乙烯醇和2%~4%的碱激发剂。

为保证火山灰质胶凝材料的质量，配制所述火山灰质胶凝材料时，将高岭土、河道淤泥和纯碱废渣的混合料放入高温炉内，先以10℃~30℃/min的升温速率升高温度，当温度达到600℃~700℃时，将升温速率转变为25℃~50℃/min继续升温至750~950℃后，保温0.5~2h，最后冷却至室温。为快速降低温度，当炉温降至500℃时，可打开炉门，鼓风加速冷却至室温。

对研磨得到的粒径≤75μm的微粉进行检测，其基本物理特性如下：比重1.1~1.6，初凝时间60~100min，终凝时间300~420min。

本发明所用的磷渣粉符合GB/T 26751国家标准中的规定，其主要技术指标为比表面积≥350 m²/kg，密度≥2.8 g/cm³。

本发明配制火山灰质胶凝材料所用的河道淤泥的含砂量为12%～20%，含泥量为35%～40%，塑性指数为12～16。

本发明所用的改性纳米氧化钛为氮盐改性纳米氧化钛，其电镜平均粒径≤100nm。

本发明所用的碱激发剂是由氢氧化钠（NaOH）和硅酸钠（Na₂SiO₃）按0.4:1.0~1.0:1.0之比例配制而成。

本发明以磷渣、纯碱废渣等工业副产品为主要原材研制得到了固废基地聚物砂浆干混料，同时发挥地质聚合和水化双重作用（以河道淤泥和纯碱废渣等为主要原料配制的火山灰质胶凝材料和硅藻土发挥水化作用，在碱激发剂的作用下，磷渣、火山灰质材料中的硅铝组分发挥地质聚合作用），另外添加的功能性材料（硼酸镁晶须、改性纳米氧化钛和聚乙烯醇）提升了产品的附加价值，可替代传统水泥砂浆用于道路、桥涵和隧道施工，具有强度高、韧性高、抗开裂、吸声降噪、净化空气、节能减排等多重优势，适用范围广，具有良好的实际应用价值。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做更加详细的说明，以利于本领域技术人员的理解。

如无特殊说明，本发明所用的原料高岭土、河道淤泥、纯碱废渣、磷渣粉、砂、蛭石粉、硅藻土、硼酸镁晶须、改性纳米氧化钛、聚乙烯醇、氢氧化钠和硅酸钠均为市售商品。配制砂浆时，按本发明要求直接外购即可。

实施例1 配制1#固废基地聚物砂浆干混料

原料配比：

火山灰质胶凝材料10%，磷渣粉20%，砂50%，蛭石粉7%，硅藻土6%，硼酸镁晶须3%，改性纳米氧化钛4%；原料总量0.02%的聚乙烯醇和4%的碱激发剂；

制备方法：

第一步，配制火山灰质胶凝材料

将高岭土、河道淤泥和纯碱废渣按2:3:5的重量比在混料机中拌和均匀后放入高温炉内，先以10℃~30℃/min的升温速率从室温开始升高温度，当温度达到600℃~700℃时，将升温速率转变为25℃~50℃/min继续升温至750~950℃后，保温0.5~2h后冷却至室温；最后将煅烧好的混合料磨细至粒径≤75μm，密封保存备用；

第二步，配制干混料A

将准确称量的火山灰质胶凝材料、磷渣粉、蛭石粉和硅藻土在混料机中混合均匀，得到干混料A备用；

第三步，配制干混料B

将准确称量的硼酸镁晶须、改性纳米氧化钛、聚乙烯醇和碱激发剂在混料机中混合均匀，得到干混料B备用；

第四步，配制砂浆

将配制得到的干混料A和干混料B预混2min后，陆续加入砂继续混合至均匀，得到1#固废基地聚物砂浆干混料成品。

实施例2 配制2#固废基地聚物砂浆干混料

原料配比：

火山灰质胶凝材料10%，磷渣粉15%，砂55%，蛭石粉6%，硅藻土7%，硼酸镁晶须4%，改性纳米氧化钛3%；原料总量0.03%的聚乙烯醇和3%的碱激发剂；

制备方法：同实施例1。

实施例3 配制3#固废基地聚物砂浆干混料

原料配比：

火山灰质胶凝材料20%，磷渣粉10%，砂45%，蛭石粉5%，硅藻土10%，硼酸镁晶须5%，改性纳米氧化钛5%；原料总量0.03%的聚乙烯醇和2%的碱激发剂；

制备方法：同实施例1。

实施例4 配制4#固废基地聚物砂浆干混料

原料配比：

火山灰质胶凝材料30%，磷渣粉10%，砂40%，蛭石粉10%，硅藻土5%，硼酸镁晶须2%，改性纳米氧化钛3%；原料总量0.02%的聚乙烯醇和4%的碱激发剂；

制备方法：同实施例1。

实施例5 配制5#固废基地聚物砂浆干混料

原料配比：

火山灰质胶凝材料25%，磷渣粉15%，砂40%，蛭石粉6%，硅藻土6%，硼酸镁晶须4%，改性纳米氧化钛4%；原料总量0.03%的聚乙烯醇和2%的碱激发剂；

制备方法：同实施例1。

为对比说明本申请实施例的突出效果，下面再增加三个对比例。

对比例1

原料配比：

按实施例5的原料配比，但组分中去掉改性纳米氧化钛和蛭石粉，用硅酸盐425水泥替代。

制备方法：同实施例1。

对比例2

原料配比：

按实施例5的原料配比，但组分中去掉硼酸镁晶须和聚乙烯醇。硼酸镁晶须用硅酸盐425水泥替代。

制备方法：同实施例1。

对比例3

原料配比：

按实施例5的原料配比，但组分中去掉碱激发剂；

制备方法：同实施例1。

对实施例1~实施例5以及对比例1~3制备得到的固废基地聚物砂浆干混料添加等量的洁净水制成砂浆后进行性能测试，其结果如表1所示。

表1

从表1中数据可以看出，与实施例1~5相比，对比例1的吸声系数和光催化效率减小，无法起到净化空气和吸声降噪的作用；对比例2的抗折强度、黏结强度较低，韧性差；对比例3的抗压、抗折强度等均较低。

上述结果证明，在本发明中，原料的组成和配比发挥了重要作用，只有所有原料合理调配，协同作用，才能充分提升砂浆的总体性能。

结论：本发明配制的固废基地聚物砂浆干混料可以达到较高的力学性能，且具有良好的净化空气和吸声降噪功能，可作为传统水泥砂浆的替代品，大大降低了能耗和建设成本，可在道路、桥涵和隧道施工项目中推广使用，具有很好的实用性。

Claims

1.一种固废基地聚物砂浆干混料，其特征在于：是以火山灰质胶凝材料、磷渣粉、砂、蛭石粉、硅藻土、硼酸镁晶须、改性纳米氧化钛为原料，以聚乙烯醇和碱激发剂为添加剂，按照下述重量百分配比和方法制备而成：

原料配比：

火山灰质胶凝材料10~30%，磷渣粉10~20%，砂40~55%，蛭石粉5~10%，硅藻土5~10%，硼酸镁晶须2~5%，改性纳米氧化钛3~5%；原料总量0.02%~0.03%的聚乙烯醇和2%~4%的碱激发剂；

所述改性纳米氧化钛为氮盐改性纳米氧化钛，电镜平均粒径≤100 nm；所述碱激发剂是由氢氧化钠和硅酸钠按0.4:1.0~1.0:1.0之比例配制而成；

制备方法：

第一步，配制火山灰质胶凝材料

第二步，配制干混料A

第三步，配制干混料B

第四步，配制砂浆

将配制得到的干混料A和干混料B预混均匀，再逐渐加入砂继续混合至均匀，得到固废基地聚物砂浆干混料成品，密封保存。

2.根据权利要求1所述的固废基地聚物砂浆干混料，其特征在于：配制所述火山灰质胶凝材料时，将高岭土、河道淤泥和纯碱废渣的混合料放入高温炉内，先以10℃~30℃/min的升温速率升高温度，当温度达到600℃~700℃时，将升温速率转变为25℃~50℃/min继续升温至750~950℃后，保温0.5~2h，最后冷却至室温。

3.根据权利要求1所述的固废基地聚物砂浆干混料，其特征在于：所述磷渣粉的比表面积≥350m²/kg ，密度≥2.8g/cm³ 。

4.根据权利要求1所述的固废基地聚物砂浆干混料，其特征在于：配制所述火山灰质胶凝材料所用的河道淤泥的含砂量为12%～20%，含泥量为35%～40%，塑性指数为12～16。