CN113816717B - 一种矿物复合防渗材料，使用方法及其制备的防渗纤维袋 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种矿物复合防渗材料，使用方法及其制备的防渗纤维袋，涉及建筑材料技术领域，具体而言，本发明采用锯泥、赤泥、钢渣、锂辉石尾矿等工业废弃物，与碱激发剂和减水剂两种助剂，充分混匀，粉碎过筛，即可得到。制备得到的矿物复合防渗材料，具有良好的力学性能、抗渗性和抗冻性，可完全取代水泥材料，不仅可以减少使用水泥，提高环保性能；还可以充分利用工业废弃物，减少固废堆积，占用土地，污染环境；更可以大幅降低生产成本，原料易得，产量巨大，适合各种施工条件，具有降本增效的有益效果。

Description

一种矿物复合防渗材料，使用方法及其制备的防渗纤维袋
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种矿物复合防渗材料，本发明还提供了矿物复合防渗材料的使用方法。
背景技术
随着社会经济的发展，建筑工程业和土木工程业也得到了迅速发展，对天然矿物建筑材料的需求量越来越大，花岗岩和大理石的加工和开采日渐增多，直接导致了花岗岩和大理石锯泥产量逐年递增。花岗岩锯泥和大理石锯泥是花岗岩和大理石的生产废料，主要包括传统生产过程在石料锯切和研磨的过程中产生大量边角料、锯屑、磨屑等废料。由于我国矿物锯泥的处理与利用程度比较低，致使大量锯泥堆积，不仅造成土地资源的浪费，更导致了石材资源的严重浪费。特别是近20年的高速发展，矿物锯泥的数量越来越多，传统堆积和填埋的处理方式无法再解决问题。
现有技术中，对花岗岩锯泥和大理石锯泥的处理，主要与黏土和熟料相结合，制备建材。
如专利申请CN108821758A用花岗岩石材废料制备的透水砖及其制备方法，用花岗岩石材废料制备的透水砖由花岗岩石材颗粒、高铝矾土骨料颗粒、花岗岩石材锯泥、可塑性粘土、高铝矾土细粉和辅助粘结剂以55-65：8-12：10-15：5-8：5-8：5-8的重量比制成透水砖。
专利申请CN110668791A一种利用花岗岩锯泥制备的建筑材料及其方法，原料包括花岗岩锯泥、改性剂，其中，花岗岩锯泥占原料总量的70％以上。所述改性剂包括粘土、熟料，其中，所述原料按干料以重量份计，具体包括：72-85份花岗岩锯泥；5-15份粘土；5-15份熟料。
但是二者所用原料除了花岗岩锯泥外，还需添加其他建筑原料，成本较高，而且使用方法均需高温烧制过程。因此，如何既能提高花岗岩锯泥回收使用效率，又能简化建筑材料制备流程，取得更好的力学效果，并有效降低生产成本，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿物复合防渗材料，采用锯泥、赤泥、钢渣、锂辉石尾矿等工业废弃物，与碱激发剂和减水剂两种助剂复配，充分混匀，粉碎过筛，即可得到。
制备得到的矿物复合防渗材料，可完全取代水泥材料，不仅可以减少使用水泥，提高环保性能；还可以充分利用工业废弃物，减少固废堆积，占用土地，污染环境；更可以大幅降低生产成本，原料易得，产量巨大，具有降本增效的效果；制备得到的复合材料性，具有良好的力学性能、抗渗性和抗冻性，可适应各种施工作业条件。
为实现上述目的，本发明提供了一种矿物复合防渗材料，将锯泥、赤泥、钢渣、锂辉石尾矿、碱激发剂和减水剂，充分混匀，粉碎过筛，粒径小于30μm制备得到，其中，按质量份数计，锯泥20-40份、赤泥20-30份、钢渣20-30份，锂辉石尾矿20-30份，碱激发剂3-5份，减水剂1.5-2份。
在一优选的实施方式中，按质量份数计，锯泥20-25份、赤泥20-25份、钢渣25-30份，锂辉石尾矿20-25份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
在一优选的实施方式中，所述锯泥为花岗岩锯泥和大理石锯泥。
在一优选的实施方式中，所述碱激发剂为固体泡花碱硅酸钠或硫酸钠中的一种或两种；所述减水剂为木质素磺酸盐、密胺系减水剂和粉末状聚羧酸酯中的一种或几种。
本发明的另一目的在于提供一种矿物复合防渗材料的使用方法，所述防渗材料可在施工现场直接生产加工，将全部原料充分混匀，粉碎过筛，再加水调和使用，其中，水和防渗材料的质量比为水和填料的质量比为1：(1-2.5)；也可制成防渗纤维袋，将原料装入袋中，需要时在施工现场直接打开袋子后，加水使用或者直接在纤维袋表面加水定型。
本发明制备的矿物复合防渗材料，原料采用锯泥、赤泥、钢渣、锂辉石尾矿等工业废弃物，原料性状稳定，不易吸湿，运输方便，可以直接在现场加工，也可以制备防渗纤维袋，袋装密封柔软，便于长期储存和远距离搬运，尤其适宜恶劣施工条件下的建筑施工作业。
本发明的另一目的在于提供一种防渗纤维袋制备方法，所述防渗纤维袋，由外层织物和内部填料组成，外层织物由废旧纺织品纤维再纺织而成，内部填料为矿物复合防渗材料。
由于所用外层织物由废旧纺织品回收再纺织制备，具有环保和减少资源浪费的效果，另外，袋装结构更适宜储存，搬运和使用。还可以根据实际需要将袋装制成其他结构，包括但不限于圆形、方形、长方形、环形等，只要在中空内部填充填料，加水定型即可满足多种应用场景。
为实现上述目的，本发明提供了一种防渗纤维袋制备方法，具体包括以下步骤：
纺织品处理：将废旧纺织品开松得到废纺纤维，将废纺纤维重新纺织，制成底层和四周缝合严实，内部中空，上层半开口的袋状一体式结构；
添加混合料：将均匀混合的矿物复合防渗材料全部倒入半开口的袋体中，将袋体填满；
封闭处理：将上层半开口部位进行封闭处理，使防渗纤维袋变成四周完全封闭，内部充满粉料的状态；优选的，用聚乙烯醇水凝胶涂抹袋体开口部位，进行上层半开口处的胶合封装；
加水成型：在需要使用时，将水均匀喷洒至防渗纤维袋表面，静置24小时，使其稳定成型后即可；
其中，常温静置24小时以上，可以使粉状填料与水充分反应，使其凝固产生力学强度，避免呈粉质不定型状态。
在一优选的实施方式中，废旧纺织品纤维原料选自公定回潮率≤5％的一种或多种纺织材料，优选的，废旧纺织品纤维原料选自涤纶、腈纶、棉纶、丙纶中的一种或多种。
在一优选的实施方式中，防渗纤维袋的单层厚度为15-20mm，每平方米上填料的重量为10-12kg。
在一优选的实施方式中，所述添加混合料步骤中，可采用振动台，在震动环境下缓慢加入防渗材料，直至其全部填充至防渗纤维袋内，使防渗材料填充更加均匀。
在一优选的实施方式中，所述加水成型步骤中，水和填料的质量比为1：(1-2.5)。
与现有技术相比，根据本发明的了一种矿物复合防渗材料及其使用方法具有如下优点：
(1)本发明矿物复合防渗材料的整体制备过程中不采用水泥为原料，具有环保作用；采用锯泥、赤泥、钢渣、锂辉石尾矿为主要原料，可以实现工业固废的资源利用率，减少对环境的污染和破坏，而且产量巨大，成本低廉，可有效降低生产成本，又具有节能环保的效果，降本增效。
(2)本申请制备的矿物复合防渗材料，制备简单，使用便捷，产品性能优异稳定，可完全代替传统水泥原料。其综合力学性能和抗渗性甚至更优于水泥原料，可大规模广泛应用于铁路及公路沿线护坡和路肩铺设、各类沟渠快速修建、防渗悬沟施工、抢险救灾道路和城建设施维修等场景。
(3)本申请方案中，在碱激发作用下，材料表面的Ca2+和Mg2+开始吸附碱介质中的OH-，使表面结构得到破坏，内部Si-O-Si、Al-O-Al、Al-O-Si共价键受OH-破坏而断裂，重新形成[SiO4]和[AlO4]四面体，具有三维网状结构，因而能达到强度更高、固化更快的优点。
(4)本申请制备的防渗纤维袋以废纺纤维作为赋形装置，不仅可以制成袋装结构，还可以根据需要制成其他结构，包括但不限于圆形、方形、长方形、环形等，只要在中空内部填充填料，加水定型即可满足多种应用场景。且便于储存运输，无需现场搅拌，对施工场地没有要求，适宜大规模施工建造，使用方便快捷，后期维护简单。
(5)本申请制备的矿物复合防渗材料的3天抗折强度为5.1-7.5MPa，28天抗折强度为11.2-15.6MPa，3天抗压强度为为30.5-38.2MPa，28天抗压强度为为51.1-59.3MPa，抗渗压力为1.6-2.7MPa，冻融循环100次质量损失率为0.16-0.42％。具有广泛的应用范围，并且原料易得，且成本低廉，可以提高固废资源利用率。
具体实施方式
若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
在本发明中，重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。
本发明实施例中，
实施例1-10选用的矿物原料的来源及成分为：
花岗岩锯泥(山东省济南市)SiO2 75.9％；Al2O3 11.21％；K2O 4.78％；Na2O3.7％；Fe2O3 1.02％；MgO 0.19％；CaO 0.14％。
大理石锯泥(山东省潍坊市)CaO 48.23％；MgO 4.85％；SiO2 0.62％；Al2O30.27％；LOI 45.12％。
钢渣(陕西榆林市)CaO 51.21％；S iO2 31.24％；MgO 7.31％；Fe2O3 4.45％；Al2O31.78％；T iO2 0.09％。
锂辉石尾矿(四川省南充市)SiO2 69.55％；Al2O3 16.35％；Na2O 3.71％；K2O2.67％；L i2O 1.3％；Fe2O3 0.7％。
赤泥(山东滨州市)SiO2 27.69％；Fe2O3 27.22％；Al2O3 19.72％；Na2O 10.34；；TiO2 2.44％；CaO 2.11％；K2O 0.32％。
本发明实施例中，所用锯泥为花岗岩锯泥和大理石锯泥；所用碱激发剂为固体泡花碱硅酸钠；所用减水剂为木质素磺酸盐和粉末聚羧酸酯两种混合制成，其中，木质素磺酸盐和粉末聚羧酸酯按重量比为1：1。
本发明实施例中，所用外层织物由回潮率≤5％的一种或多种废纺纤维再纺织而成。废纺纤维再纺织时，对纺织工艺和织法无限定要求，可以按现有技术中记载的任何工艺纺织。防渗纤维袋为一体式结构，底层、上层和四周均为相同成分的废纺纤维一次纺织成型。防渗纤维袋的单层厚度为15mm，织物表面孔径小于30μm，可确保防渗材料粉体在防渗袋中不会漏出，每平方米上防渗材料的重量为10kg。防渗袋上层开口部位在填满矿物复合防渗材料后，用聚乙烯醇水凝胶涂抹，进行胶合封装，确保防渗纤维袋四周完全封闭。
实施例1
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥30份、赤泥30份、钢渣20份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂3份，减水剂1.5份。将所有原料直接混匀，粉碎后过筛，粒径小于30μm。
加水成型时，水与填料比例为1：1。
实施例2
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥30份、赤泥30份、钢渣20份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
其它制备步骤与实施例1相同。
加水成型时，水与填料比例为1：1。
实施例3
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥30份、赤泥30份、钢渣20份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂5份，减水剂1.5份。
其它制备步骤与实施例1相同。
加水成型时，水与填料比例为1：1。
实施例4
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥30份、赤泥30份、钢渣20份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂4份，减水剂2份。
其它制备步骤与实施例1相同。
加水成型时，水与填料比例为1：1。
实施例5
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥30份、赤泥20份、钢渣30份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
其它制备步骤与实施例1相同。
加水成型时，水与填料比例为1：1。
实施例6
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥30份、赤泥20份、钢渣20份，锂辉石尾矿30份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
其它制备步骤与实施例1相同。
加水成型时，水与填料比例为1：1。
实施例7
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥40份、赤泥20份、钢渣20份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。将所有原料直接混匀，粉碎后过筛，粒径小于30μm。
纺织品处理：将废旧纺织品开松得到废纺纤维，将废纺纤维重新纺织，制成底层和四周缝合严实，内部中空，上层半开口的袋状一体式结构；
所用废旧纺织品原料为涤纶。
添加混合料：将均匀混合的矿物复合防渗材料全部倒入半开口的袋体中，将袋体填满；
封闭处理：将上层半开口部位进行封闭处理，使防渗纤维袋变成四周完全封闭，内部充满粉料的状态；
加水成型：在需要使用时，将水均匀喷洒至防渗纤维袋表面，静置24小时，使其稳定成型后即可。
加水成型时，水与填料比例为1：1。
实施例8
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥30份、赤泥20份、钢渣30份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
所用废旧纺织品原料为涤纶、腈纶、棉纶、丙纶按质量比为1:2:1:3。
其它制备步骤与实施例7相同。
加水成型时，水与填料比例为1：1.5。
实施例9
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：花岗岩锯泥30份、赤泥20份、钢渣30份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
所用废旧纺织品原料为按质量比，棉纶:丙纶为2:1。
其它制备步骤与实施例7相同。
加水成型时，水与填料比例为1：2。
实施例10
本实施例所述的一种矿物复合防渗材料，包括以下质量份的组分：大理石锯泥30份、赤泥20份、钢渣30份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
所用废旧纺织品原料为涤纶、腈纶、棉纶、丙纶按质量比为1:2:1:3。
其它制备步骤与实施例7相同。
加水成型时，水与填料比例为1：1.5。
对比例1
本对比例所述的材料，包括以下质量份的组分：硅酸盐水泥100份，减水剂1.5份。
其它制备步骤与实施例1相同。
加水成型时，水与填料比例为1：1.5。
对比例2
本实施例所述的矿物复合材料，包括以下质量份的组分：硅酸盐水泥30份、赤泥20份、钢渣30份，锂辉石尾矿20份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
其它制备步骤与实施例1相同。
加水胶凝时，水与填料比例为1：1.5。
性能测试
对实施例1-10和对比例1得到的矿物复合防渗材料进行性能测试，其中：
按照GB/T 17671-1999测试材料的抗折及抗压强度
按照GB/T 50082-2009测试材料的抗渗性。
按照JTG E30－2005测试材料的抗冻性
测试结果如表1所示。
表1实施例1-10和对比例1得到的矿物复合防渗材料性能测试结果
Figure BDA0003279485500000111
根据上述的测试结果可以看出，本发明采用花岗岩锯泥或大理石锯泥、赤泥、钢渣、锂辉石尾矿，能够有效起到增强力学性能，降低成本保护环境的作用。上述测试结果表明，本发明提供的一种矿物复合防渗材料的3天抗折强度为5.1-7.5MPa，28天抗折强度为11.2-15.6MPa，3天抗压强度为为30.5-38.2MPa，28天抗压强度为为51.1-59.3MPa，抗渗压力为1.6-2.7MPa，冻融循环100次质量损失率为0.16-0.42％。
而对比例1全部采用硅酸盐水泥，但其力学性能显著低于本申请实施例，其抗渗压力也远低于本申请方案实施例8中2.7MPa的效果；对比例2用常规的硅酸盐水泥替代花岗岩锯泥或大理石锯泥，制造成本上升，但力学性能、抗渗压力和抗冻性能反而不如本申请实施例效果。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种防渗纤维袋制备方法，其特征在于，所述防渗纤维袋由外层织物和内部填料组成，外层织物由废旧纺织品纤维再纺织而成，内部填料为矿物复合防渗材料；
所述矿物复合防渗材料由锯泥、赤泥、钢渣、锂辉石尾矿、碱激发剂和减水剂组成，经过充分混匀，粉碎过筛，粒径小于30μm制备得到，其中，按质量份数计，锯泥20-40份、赤泥20-30份、钢渣20-30份，锂辉石尾矿20-30份，碱激发剂3-5份，减水剂1.5-2份；
具体包括以下步骤：
纺织品处理：将废旧纺织品开松得到废纺纤维，将废纺纤维重新纺织，制成底层和四周缝合严实，内部中空，上层半开口的袋状一体式结构；
添加混合料：将均匀混合的矿物复合防渗材料全部倒入半开口的袋体中，将袋体填满；
封闭处理：将上层半开口部位进行封闭处理，使防渗纤维袋变成四周完全封闭，内部充满粉料的状态；
加水成型：在需要使用时，将水均匀喷洒至防渗纤维袋表面，静置24小时，使其稳定成型后即可。
2.如权利要求1所述的防渗纤维袋制备方法，其特征在于，所述矿物复合防渗材料按质量份数计，锯泥20-25份、赤泥20-25份、钢渣25-30份，锂辉石尾矿20-25份，碱激发剂4份，减水剂1.5份。
3.如权利要求1所述的防渗纤维袋制备方法，其特征在于，所述锯泥为花岗岩锯泥或大理石锯泥。
4.如权利要求1所述的防渗纤维袋制备方法，其特征在于，所述碱激发剂为固体泡花碱硅酸钠或硫酸钠中的一种；所述减水剂为木质素磺酸盐、密胺系减水剂和粉末状聚羧酸酯中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的防渗纤维袋制备方法，其特征在于，所述废旧纺织品纤维选自公定回潮率≤5%的一种或多种纺织材料。
6.如权利要求1所述的防渗纤维袋制备方法，其特征在于，所述防渗纤维袋的单层厚度为15-20mm，每平方米上填料的重量为10-12kg。
7.如权利要求1所述的防渗纤维袋制备方法，其特征在于，所述加水成型时，水和填料的质量比为1：（1-2.5）。
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