CN113149477A - 一种全固废胶凝材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业废弃物资源化及公路基层材料技术领域，尤其是涉及一种全固废胶凝材料及其制备方法和应用，该全固废胶凝材料按质量百分数计，包括22.5％～27.5％磷石膏、22.5％～27.5％电石渣、45％～55％的矿渣微粉，该全固废胶凝材料的制备方法包括以下步骤：1)将磷石膏与电石渣经搅拌混合后，煅烧得到煅烧物；2)将煅烧物与矿渣微粉搅拌混合。本发明各材料配比设计合理，利用磷石膏、电石渣的混合煅烧物与矿渣微粉混合使用时，混合煅烧物在矿渣微粉的作用下活性被激发，在水的作用下发生水化反应及火山灰反应，这些反应使路基路面发生固化和硬化的同时，反应产物还可以填充至路基路面的缝隙中，从而增加了路基路面的结构强度。

Description

一种全固废胶凝材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及工业废弃物资源化及公路基层材料技术领域，尤其涉及一种全固废胶凝材料及其制备方法和应用。

背景技术

我国工业固废排放量极其庞大，全国每年会产生大量的磷石膏、电石渣、矿渣微粉等工业固体废弃物，相关固废排污企业不仅要提供专门场地建立堆场，还要承担大额的环保排污税，而且会对周围环境造成污染，影响周围居民的生命健康，工业固废大量消耗利用已经迫在眉睫。然而，工业固废资源存在的有害成分高，建材产品性能差，固废掺量少等根本问题一直无法得到解决。

现有的路基路面材料虽然强度可以达到施工要求，但其应用过程中都掺入了较多含量的水泥、水泥熟料或石灰，或者也掺入了其余外加剂，生产成本较高，且水泥、水泥熟料、石灰的生产过程中，会对环境造成污染，不符合国家保护环境实现可持续发展的基本战略，无法对工业固体废弃物大量使用。而且由于后期强度没有显著提升，不能为公路工程整体质量奠定良好的基础，容易造成后期地基在强压力负荷下造成形变引起路面坍塌或者裂缝等问题。

公开号为CN111847956A的专利文件中，公开了一种磷石膏基水泥缓凝剂及其制备方法和应用，该磷石膏基水泥缓凝剂能够大大降低磷石膏中有害物质对水泥凝结时间的影响；石灰和磷石膏也会对矿渣粉或粉煤灰进行碱性和硫酸盐激发，大大提高了磷石膏基水泥缓凝剂的生产效率，降低生产成本；但是由于加入了碱金属的成分使得材料的加工成本大大提高。

公开号为CN111848101A的专利文件中，公开了一种大掺量磷石膏固化外加剂及其应用，该种固化外加剂一方面能大幅度提高磷石膏掺量；另一方面，可加速磷石膏的固化反应，大大提高路基基层强度，减少水损坏，但是由于需要增加固化促进剂等一些化学试剂，使得原料和工艺变得较为复杂。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种全固废胶凝材料及其制备方法和应用。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种全固废胶凝材料，按质量百分数计，包括22.5％～27.5％磷石膏、22.5％～27.5％电石渣、45％～55％矿渣微粉。

一种全固废胶凝材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)按质量百分数计，将磷石膏与电石渣经搅拌混合后，煅烧得到煅烧物；

2)将煅烧物与矿渣微粉搅拌混合。

进一步地，上述磷石膏、电石渣搅拌混合10～20min，上述磷石膏、电石渣煅烧物与矿渣微粉搅拌处理30～45min。

进一步地，上述磷石膏、电石渣的混合物在煅烧过程中升温速率4～10℃/min，升温至700～900℃煅烧100～150min。

进一步地，上述矿渣微粉研磨至粒径≤212μm，比表面积＞350m²/Kg。

进一步地，上述磷石膏研磨至粒径≤280μm，80μm筛余量≤20％。

进一步地，上述电石渣粒径≤280μm，80μm筛余量≤20％，

进一步地，上述煅烧物的粒径≤80μm。

一种全固废胶凝材料的应用方法，该应用方法包括如下步骤：

S1、将待处理的土壤与全固废路基路面材料以干重质量比为7～11：1进行混合，混合均匀得到混合料；

S2、按水胶比1～3：1向混合料中加入水，常温下搅拌混合均匀，形成颗粒均匀的胶浆混合物，放入模具中0.8～2MPa压实；

S3、将胶浆混合物脱模后送入养护室中，养护7～28天，形成固化体。

进一步地，步骤S3中，上述养护室的养护温度为20℃～25℃，养护湿度为95％～99％。

本发明的有益效果是：

1、本发明的原料100％来源于工业废渣，工业废渣中的磷石膏、电石渣综合利用率低，含有重金属和氟等有害离子，属于难利用的工业固体废弃物。利用工业固体废弃物制备路基路面材料，磷石膏作为石膏成分，电石渣作为碱性成分，矿渣微粉作为活性激发剂。

2、当磷石膏与电石渣混合煅烧时，磷石膏中的二水石膏会在高温、碱环境情况的激发下发生反应，生成大量难溶磷酸盐沉淀例如Ca₃(PO₄)₂等，并且可以去除大量游离的有害元素，如：水溶性的磷、氟等。

3、磷石膏、电石渣的混合煅烧物与矿渣微粉混合使用时，混合煅烧物在矿渣微粉的作用下活性被激发，在水的作用下发生水化反应及火山灰反应，这些反应使路基路面发生固化和硬化的同时，反应产物还可以填充至路基路面的缝隙中，从而增加了路基路面的结构强度，即该路基路面材料可以直接使用，不需要添加其他活性硅、铝高的原料，并且电石渣煅烧后产生的碱金属离子可以作为催化剂，加速二水石膏生成难溶磷酸盐沉淀的反应发生，并为水化反应和火山灰反应提供碱性环境。

4、该路基路面材料的主要原料均为工业生产过程中产生的固体废弃物，化工原料和水泥熟料，可以直接使用，实现以废治废和资源协同化，具有典型的节能减排的作用，且适用范围较广。

5、与现有硅酸盐水泥固化路基路面的技术方案相比，本发明制备的全固废路基路面28天强度可提高200％以上，完全能满足在路基路面中的强度要求。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例一的28d龄期的扫描电镜图片；

图2是实施例二的28d龄期的扫描电镜图片；

图3是实施例三的28d龄期的扫描电镜图片；

图4是实施例四的28d龄期的扫描电镜图片；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种全固废胶凝材料及其制备方法和应用。

该全固胶凝材料按质量百分数计，包括22.5％～27.5％磷石膏、22.5％～27.5％电石渣、45％～55％的矿渣微粉，其中，电石渣研磨至粒径≤280μm，80μm筛余量≤20％，矿渣微粉研磨至粒径≤212μm，比表面积＞350m²/Kg，磷石膏研磨至粒径≤280μm，80μm筛余量≤20％。

该全固胶凝材料的制备方法大致为：首先，按质量百分数计将磷石膏与电石渣经搅拌混合15min后煅烧，煅烧过程中升温速率5℃/min，升温至800℃煅烧120min，煅烧得到煅烧物，将煅烧物进行研磨至粒径≤80μm；然后，将研磨后的煅烧物粉末与矿渣微粉搅拌混合45min。

下面结合具体实施例予以说明。

实施例一

本实施例为一种全固废胶凝材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)按质量百分数计将22.5％磷石膏与22.5％电石渣经搅拌混合15min后煅烧，煅烧过程中升温速率5℃/min，升温至800℃煅烧120min，煅烧得到煅烧物，将煅烧物进行研磨至粒径≤80μm；

2)将将研磨后的煅烧物粉末与55％的矿渣微粉搅拌混合45min。

一种应用全固废胶凝材料的方法，该方法包括如下步骤：

S1、将待处理的土壤与全固废路基路面材料以干重质量比为9：1进行混合，并混合均匀得到混合料；

S2、按水胶比2：1向混合料中加入水，常温下搅拌混合均匀，形成颗粒均匀的胶浆混合物，放入模具中1MPa压实；

S3、将胶浆混合物脱模后送入养护室中，养护28天，形成固化体。

步骤S3中，养护室养护温度为25℃，养护湿度为95％。

图1为本实施例28d龄期的扫描电镜图片。

实施例二

本实施例为一种制备全固废胶凝材料的方法，该方法包括以下步骤：

1)按质量百分数计将25％磷石膏与25％电石渣经搅拌混合15min后煅烧，煅烧过程中升温速率5℃/min，升温至800℃煅烧120min，煅烧得到煅烧物，将煅烧物进行研磨至粒径≤80μm；

2)将将研磨后的煅烧物粉末与50％的矿渣微粉搅拌混合45min。

一种应用全固废胶凝材料的方法，该方法包括如下步骤：

S1、将待处理的土壤与全固废路基路面材料以干重质量比为9：1进行混合，混合均匀得到混合料；

S2、按水胶比2：1向混合料中加入水，常温下搅拌混合均匀，形成颗粒均匀的胶浆混合物，放入模具中1MPa压实；

S3、将胶浆混合物脱模后送入养护室中，养护28天，形成固化体。

步骤S3中，养护室的养护温度为25℃，养护湿度为95％。

图2为本实施例28d龄期的扫描电镜图片。

实施例三

本实施例为一种制备全固废胶凝材料的方法，该方法包括以下步骤：

1)按质量百分数计将27.5％磷石膏与27.5％电石渣经搅拌混合15min后煅烧，煅烧过程中升温速率5℃/min，升温至800℃煅烧120min，煅烧得到煅烧物，将煅烧物进行研磨至粒径≤80μm；

2)将将研磨后的煅烧物粉末与45％的矿渣微粉搅拌混合45min。

一种应用全固废胶凝材料的方法，该方法包括如下步骤：

S1、将待处理的土壤与全固废路基路面材料以干重质量比为9：1进行混合，混合均匀得到混合料；

S2、按水胶比2：1向混合料中加入水，常温下搅拌混合均匀，形成颗粒均匀的胶浆混合物，放入模具中1MPa压实；

S3、将胶浆混合物脱模后送入养护室中，养护28天，形成固化体。

步骤S3中，养护室的养护温度为25℃，养护湿度为95％。

图3为本实施例28d龄期的扫描电镜图片。

实施例四

本实施例为一种全固废胶凝材料的应用方法，该方法包括如下步骤：

S1、向待处理的土壤中加入52.5水泥，混合均匀得到混合料；

S2、按水胶比2：1向混合料中加入水，常温下搅拌混合均匀，形成颗粒均匀的胶浆混合物，放入模具中1MPa压实；

S3、将胶浆混合物脱模后送入养护室中，养护28天，形成固化体。

52.5水泥为马鞍山海螺P.O52.5级水泥。

养护室的养护温度为25℃，养护湿度为95％。

图4为本实施例28d龄期的扫描电镜图片。

本发明各实施例全固废路基路面材料固化土壤所得的固化体力学性能如表1所示：

表1

本发明各实施案例全固废路基路面材料固化土壤的土壤性能参数如表2所示：

表2

土的相对密度	含水量/％	塑限/％	液限/％	塑性指数/％
					2.24	54	17.87	34.51	16.64

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种全固废胶凝材料，其特征在于，按质量百分数计，包括22.5％～27.5％磷石膏、22.5％～27.5％电石渣、45％～55％的矿渣微粉。

2.一种如权利要求1所述全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

1)将磷石膏与电石渣经搅拌混合后，煅烧得到煅烧物；

2)将煅烧物与矿渣微粉搅拌混合。

3.根据权利要求2所述的一种全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述磷石膏、电石渣搅拌混合10～20min，所述煅烧物与矿渣微粉搅拌处理30～45min。

4.根据权利要求2所述的一种全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述磷石膏、电石渣的混合物在煅烧过程中升温速率4～10℃/min，升温至700～900℃煅烧100～150min。

5.根据权利要求2所述的一种全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述矿渣微粉研磨至粒径≤212μm，比表面积＞350m²/Kg。

6.根据权利要求2所述的一种全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述磷石膏研磨至粒径≤280μm，80μm筛余量≤20％。

7.根据权利要求2所述的一种全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述电石渣研磨至粒径≤280μm，80μm筛余量≤20％，

8.根据权利要求2所述的一种全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述煅烧物研磨至粒径≤80μm。

9.一种如权利要求1中所述全固废胶凝材料的应用方法，其特征在于，该应用方法包括如下步骤：

S1、将待处理的土壤与全固废路基路面材料以干重质量比为7～11：1进行混合，混合均匀得到混合料；

S2、按水胶比1～3：1向混合料中加入水，常温下搅拌混合均匀，形成颗粒均匀的胶浆混合物，放入模具中0.8～2MPa压实；

S3、将胶浆混合物脱模后送入养护室中，养护7～28天，形成固化体。

10.根据权利要求9所述的全固废路基路面材料的应用方法，其特征在于：步骤S3中，所述养护室的养护温度为20℃～25℃，养护湿度为95％～99％。

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