CN113845321B - 一种地质聚合物材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地质聚合物材料及其制备方法，属于固废资源化利用技术领域。本发明提供了一种地质聚合物材料，包括气化粗渣、碱性激发剂和水；所述碱性激发剂包括钠水玻璃；所述钠水玻璃的模数为1.0～2.4；所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为0.8～1.2，氧化硅和氧化铝的物质的量之比为5.5～8.0。实施例的结果显示，本发明提供的地质聚合物材料1天抗压强度为12.5～28.5MPa，7天抗压强度为18.6～40.5MPa，28天抗压强度为25～51MPa，且地质聚合物材料的抗压强度符合相应的回归方程，能够通过调整材料参数获得所需的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，尤其涉及一种地质聚合物材料及 其制备方法。
背景技术
在电力、钢铁、炼铝、煤炭、有色金属矿开采等行业产生过剩的同时， 产生了大量的固体废弃物，而这些固体废弃物，如钢渣、锰渣、磷渣、铜渣、 铅锌渣、赤泥、煤矸石、电厂燃煤炉渣、硅质尾矿砂、贵贴纸尾矿砂、铝质 尾矿砂或硫质尾矿砂等，又亟待大宗利用，综合治理，降低环境污染。
我国常规能源(包括煤、油、气和水能)，探明总量中，煤炭占87.4％， 石油占2.8％，天然气占0.3％，水能占9.5％。煤炭在我国能源中占据绝对优 势，煤炭清洁利用可以改善能源结构及应对环境污染，因此煤化工技术得到 了极大的重视和发展，然而该技术迅速发展也导致了煤气化渣大量的堆积。 因此，研究煤气化渣的减量化、资源化利用技术是实现煤气化企业降低煤气 化渣处理成本，经济效益和环保效益兼得的关键所在。
地质聚合物是近年来国际上研究非常活跃的无机非金属材料之一。它是 以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，在化学激发的条件下，经适当的工艺 处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。现 有技术(《NaOH碱激发矿渣地质聚合物的研究》王峰，张耀军，西安建筑 科技大学)记载了使用纯NaOH对高炉矿渣进行激发，得到地质聚合物；中 国地质大学(北京)的马鸿文教授领导的课题组利用富钾板岩提钾后的废渣 35wt.％、细粉煤灰60wt.％和NaOH 5wt.％得到了高强度地质聚合物。但由于 不同地区和不同种类的地质原料的组成不同，在制备地质聚合物时所需要的 碱激发剂的种类和用量也不同，导致制备的地质聚合物的力学性能不可控， 且地质聚合物的力学性能不高。因此，需要提供一种力学性能优异且可控的 地质聚合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地质聚合物材料及其制备方法，本发明提供 的地质聚合物材料的力学性能优异且可控。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种地质聚合物材料，包括气化粗渣、碱性激发剂和水；
所述碱性激发剂包括钠水玻璃；
所述钠水玻璃的模数为1.0～2.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为0.8～1.2，氧化 硅和氧化铝的物质的量之比为5.5～8.0。
优选地，所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣或水煤浆炉-气化粗渣。
优选地，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：30～60wt.％，Al2O3： 15～40wt.％，CaO：5～15wt.％，Fe2O3：2～10wt.％，MgO：1～3wt.％，C：1～8wt.％， 其他氧化物：1～5wt.％。
优选地，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为SiO2：30～60wt.％，Al2O3： 15～40wt.％，CaO：5～15wt.％，Fe2O3：2～10wt.％，MgO：1～3wt.％，C：10～20wt.％， 其他氧化物：1～5wt.％。
优选地，所述碱性激发剂还包括氢氧化钠。
优选地，所述钠水玻璃的固含量为15～50wt.％。
优选地，所述地质聚合物材料的水灰比为0.3～0.55。
本发明提供了上述技术方案所述地质聚合物材料的制备方法，包括以下 步骤：
(1)将碱性激发剂和水混合后陈化，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与气化粗渣混合，得到 浆料；
(3)将所述步骤(2)得到浆料进行养护，得到地质聚合物材料。
优选地，所述步骤(1)中陈化的时间为20～30h。
优选地，所述步骤(3)中养护的温度为40～80℃，养护的时间为4～24h。
本发明提供了一种地质聚合物材料，包括气化粗渣、碱性激发剂和水； 所述碱性激发剂包括钠水玻璃；所述钠水玻璃的模数为1.0～2.4；所述地质聚 合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为0.8～1.2，氧化硅和氧化铝的物 质的量之比为5.5～8.0。本发明采用气化粗渣为原材料，通过碱激发的方式激 发其活性，实现地质聚合物材料的制备；通过调控钠水玻璃的模数、地质聚 合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比以及氧化硅和氧化铝的物质的 量之比，使制备的地质聚合物材料的力学性能优异且可控，符合相应的回归 方程，能够通过调整材料参数获得所需的力学性能；利用气化粗渣为主要原 料制备地质聚合物材料，成本低、性能稳定且环保节能，具有广泛深刻的意 义。实施例的结果显示，本发明提供的地质聚合物材料1天抗压强度为 12.5～28.5MPa，3天抗压强度为15.6～30.2MPa，7天抗压强度为18.6～40.5MPa， 28天抗压强度为25～51MPa，且地质聚合物材料的抗压强度符合相应的回归 方程，能够通过调整材料参数获得所需的力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1～22制备的地质聚合物材料在28d的抗压强度拟 合曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种地质聚合物材料，包括气化粗渣、碱性激发剂和水；
所述碱性激发剂包括钠水玻璃；
所述钠水玻璃的模数为1.0～2.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为0.8～1.2，氧化 硅和氧化铝的物质的量之比为5.5～8.0。
本发明提供的地质聚合物材料包括气化粗渣。在本发明中，所述地质聚 合物材料中气化粗渣的含量优选为50～70wt.％，更优选为55～65wt.％。本发 明将气化粗渣的用量限定在上述范围内，可以进一步改善气化粗渣的性能， 提高地质聚合物材料的力学性能。
在本发明中，所述气化粗渣的比表面积优选为>450m2/kg，更优选 为>500m2/kg；所述气化粗渣的粒径优选为1μm≤D50≤100μm，更优选为5μm ≤D50≤80μm；所述气化粗渣的颗粒细度为0.080mm筛余量优选为5～25％， 更优选10～20％。本发明将气化粗渣的粒径限定在上述范围内，可以进一步 提高碱性激发剂对气化粗渣的激发效果，进而提高地质聚合物材料的力学性 能。
在本发明中，所述气化粗渣优选为干粉炉-气化粗渣或水煤浆炉-气化粗 渣。在本发明中，所述干粉炉-气化粗渣的组成优选为SiO2：30～60wt.％， Al2O3：15～40wt.％，CaO：5～15wt.％，Fe2O3：2～10wt.％，MgO：1～3wt.％， C：1～8wt.％，其他氧化物：1～5wt.％，更优选为SiO2：35～55wt.％，Al2O3： 20～35wt.％，CaO：10～15wt.％，Fe2O3：4～7wt.％，MgO：2wt.％，C：3～5wt.％， 其他氧化物：1～3wt.％；所述干粉炉-气化粗渣的烧失量优选为≤20％，更优 选为≤10％。在本发明中，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成优选为SiO2： 30～60wt.％，Al2O3：15～40wt.％，CaO：5～15wt.％，Fe2O3：2～10wt.％，MgO： 1～3wt.％，C：10～20wt.％，其他氧化物：1～5wt.％，更优选为SiO2：35～55wt.％， Al2O3：20～35wt.％，CaO：10～15wt.％，Fe2O3：4～7wt.％，MgO：2wt.％，C： 13～15wt.％，其他氧化物：1～3wt.％；所述水煤浆炉-气化粗渣的烧失量优选 为≤10％，更优选为≤7％。
本发明提供的地质聚合物材料包括碱性激发剂。在本发明中，所述地质 聚合物材料中碱性激发剂的含量优选为30～50wt.％，更优选为35～45wt.％。 在本发明中，所述碱性激发剂包括钠水玻璃，所述钠水玻璃的模数为1.0～2.4， 优选为1.5～2.0；所述钠水玻璃的固含量优选为15～50wt.％，更优选为 20～45wt.％，进一步优选为30～40wt.％。
在本发明中，所述碱性激发剂优选还包括氢氧化钠。本发明对所述氢氧 化钠的具体用量没有特殊的限定，能够使地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝 的物质的量之比满足要求即可。
本发明对所述钠水玻璃和氢氧化钠的具体来源没有特殊的限定，采用本 领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明通过调控钠水玻璃的模数可以控 制地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比以及氧化硅和氧化铝 的物质的量之比。
本发明提供的地质聚合物材料包括水。本发明对所述水的具体用量没有 特殊的限定，能够使地质聚合物材料的水灰比符合要求即可。
在本发明中，所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为 0.8～1.2；所述氧化硅和氧化铝的物质的量之比为5.5～8.0。在本发明中，当 气化粗渣为干粉炉-气化粗渣时，所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的 物质的量之比优选为0.8～1.2，更优选为1；所述氧化硅和氧化铝的物质的量 之比优选为5.5～8.0，更优选为6.0～7.5，最优选为6.5～7.0。在本发明中，当 气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣时，所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝 的物质的量之比优选为0.8～1.2，更优选为1；所述氧化硅和氧化铝的物质的 量之比优选为5.5～7.0，更优选为6.0～6.5。本发明通过调控地质聚合物材料 中氧化钠和氧化铝的物质的量之比以及氧化硅和氧化铝的物质的量之比，使 制备的地质聚合物材料的力学性能优异且可控，符合相应的回归方程，能够 通过调整材料参数获得所需的力学性能。
在本发明中，所述地质聚合物材料的水灰比优选为0.3～0.55，更优选为 0.4～0.5。在本发明中，所述水灰比为地质聚合物材料中所有的水与气化粗渣 的质量比。本发明通过控制水灰比，可以使地质聚合物材料具有较好的流变 性能、凝聚结构和密实度，进而提高地质聚合物材料的强度和耐久性能。
本发明提供的碱激发材料通过控制碱激发材料中的氧化钠和氧化铝的 物质的量之比、氧化硅和氧化铝的物质的量之比以及水胶比满足上述条件， 能够使制备的碱激发材料的力学性能优异且可控，符合相应的回归方程，能 够通过调整材料参数获得所需的力学性能。
在本发明中，所述地质聚合物材料优选还包括外加剂，所述外加剂优选 为促凝剂、pH调节剂、减水剂和早强剂中的一种或几种；所述地质聚合物 材料中外加剂的含量优选为1～5wt.％，更优选为2～4wt.％；所述外加剂的纯 度优选为≥90％，更优选为≥95％。本发明通过加入外加剂，可以进一步调 整地质聚合物材料的力学性能。
本发明提供了上述技术方案所述地质聚合物材料的制备方法，包括以下 步骤：
(1)将碱性激发剂和水混合后陈化，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与气化粗渣混合，得到 浆料；
(3)将所述步骤(2)得到浆料进行养护，得到地质聚合物材料。
本发明将碱性激发剂和水混合后陈化，得到碱性激发剂混合物。本发明 对所述混合的具体工艺没有特殊的限定，能够使各组分混合均匀即可。
在本发明中，所述陈化的时间优选为20～30h，更优选为24～28h。本发 明对所述陈化的温度没有特殊的限定，室温即可。本发明通过陈化工艺，可 以保证碱性激发剂内部形成稳定的硅酸盐低聚体，从而达到最佳的激发效果。
得到碱性激发剂后，本发明将所述碱性激发剂混合物与气化粗渣混合， 得到浆料。本发明对所述混合的具体工艺没有特殊的限定，能够使浆料与硅 锰合金渣混合均匀即可。
本发明对所述气化粗渣的具体来源没有特殊的限定，采用上述技术方案 所述气化粗渣即可。
在本发明中，当所述气化粗渣的粒径和颗粒细度不符合要求时，本发明 优选将所述气化粗渣进行粉磨。在本发明中，所述气化粗渣在使用前优选进 行干燥。
在本发明中，当地质聚合物材料中包含外加剂时，优选将所述外加剂、 碱性激发剂和气化粗渣混合，得到浆料。
得到浆料后，本发明将所述浆料进行养护，得到地质聚合物材料。
本发明优选将所述浆料浇注到模具中，密封后进行养护。本发明通过密 封养护的方式可以防止水分蒸发造成材料的水灰比发生改变。
在本发明中，所述养护优选在养护箱中进行。在本发明中，所述养护的 温度优选为40～80℃，更优选为50～70℃；所述养护的时间优选为4～24h， 更优选为12～20h。
本发明对所述养护箱的具体型号没有特殊的限定，采用本领域熟知的市 售产品即可。
本发明提供的制备方法简单，且制备过程中无固废和废水产生，利用气 化粗渣为主要原料，成本低且环保节能，具有广泛深刻的意义。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为0.5，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为5.82。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将62.9g钠水玻璃、42.66g氢氧化钠和125.8g水混合后室温陈化 24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例2
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为0.7，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.42；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.0。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将88.6g钠水玻璃、38.24g氢氧化钠和119.84g水混合后室温陈化 24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例3
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为1，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.46；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.32。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将126.8g钠水玻璃、31.6g氢氧化钠和51.2g水混合后室温陈化24h， 得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例4
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为1.1，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.44；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.42。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将139.48g钠水玻璃、29.39g氢氧化钠和100.18g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例5
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为1.2，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.43；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.52。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将151g钠水玻璃、27.18g氢氧化钠和77.92g水混合后室温陈化 24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例6
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为1.3，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.45；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.62。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将163.58g钠水玻璃、29.39g氢氧化钠和91.08g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例7
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为1.5，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.44；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.82。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将188.7g钠水玻璃、20.55g氢氧化钠和57.4g水混合后室温陈化 24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例8
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为1.6，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.45；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.92。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将201.28g钠水玻璃、22.76g氢氧化钠和70.58g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例9
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为1.7，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.46；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为7.02。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将213.86g钠水玻璃、24.97g氢氧化钠和67.75g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例10
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为2，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.46；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为7.30。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将251.6g钠水玻璃、9.49g氢氧化钠和20g水混合后室温陈化24h， 得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例11
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂为钠水玻璃；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：53wt.％，Al2O3：17wt.％，CaO：11wt.％，Fe2O3：10wt.％，C：4wt.％，MgO： 2wt.％，其他氧化物：3wt.％；
所述钠水玻璃的模数为2.4，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.52；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为7.74。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将305.6g钠水玻璃和40g水混合后室温陈化24h，得到碱性激发 剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g干粉炉-气化粗 渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例12
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为0.5，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为5.16。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将44g钠水玻璃、29.83g氢氧化钠和136g水混合后室温陈化24h， 得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例13
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为0.7，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为5.34。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将61.6g钠水玻璃、26.75g氢氧化钠和126.5g水混合后室温陈化 24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例14
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为0.5，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为1.0；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为5.56。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将87.97g钠水玻璃、22.12g氢氧化钠和122.18g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例15
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为1.1，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为5.64。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将96.86g钠水玻璃、20.56g氢氧化钠和107.35g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例16
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为1.2，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为5.72。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将105.65g钠水玻璃、19.02g氢氧化钠和102.56g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例17
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为1.3，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为5.80。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将114.36g钠水玻璃、17.49g氢氧化钠和97.83g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例18
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为1.5，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为5.94。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将132.04g钠水玻璃、14.38g氢氧化钠和88.22g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例19
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为1.6，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.04。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将140.74g钠水玻璃、12.85g氢氧化钠和83.45g水混合后室温陈 化24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例20
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为1.7，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.12。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将149.56g钠水玻璃、11.26g氢氧化钠和78.7g水混合后室温陈化 24h，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例21
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂由钠水玻璃和氢氧化钠组成；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为2，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.34。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将176g钠水玻璃、6.65g氢氧化钠和64.32g水混合后室温陈化24h， 得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例22
一种地质聚合物材料，由气化粗渣、碱性激发剂和水组成；
所述碱性激发剂为钠水玻璃；
所述气化粗渣的比表面积为>450m2/kg，粒径为1μm≤D50≤100μm，颗 粒细度为0.080mm筛余量为5～25％；
所述气化粗渣为水煤浆炉-气化粗渣，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为 SiO2：43％，Al2O3：15％，Fe2O3：11％，CaO：3％，C：19％，MgO：1％， 其他氧化物：8％；
所述钠水玻璃的模数为2.4，固含量为45.64wt.％，密度为1.54g/mL；
所述氢氧化钠的纯度≥99％；
所述地质聚合物材料的水灰比为0.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为1，氧化硅和 氧化铝的物质的量之比为6.68。
所述地质聚合物材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将213.86g钠水玻璃和43.75g水混合后室温陈化24h，得到碱性激 发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与400g水煤浆炉-气化 粗渣混合搅拌2min，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的浆料浇注到钢制模具中，密封，在70℃的 养护箱内养护24h，得到地质聚合物材料。
实施例1～22制备的地质聚合物材料的力学性能如表1所示；
表1 实施例1～22制备的地质聚合物材料的力学性能
由表1可看出，采用干粉炉-汽化粗渣作为原料制备的地质聚合物材料 在28d的抗压强度能够达到25.5～36.5MPa，可达到普通混凝土C30强度等 级，能够应用到建筑材料中，而采用水煤浆炉-气化粗渣作为原料制备的地 质聚合物材料在28d的抗压强度能够达到41.2～50.5MPa，能够达到普通混凝 土C40强度等级，可以作为优质的建筑材料。
实施例1～22制备的地质聚合物材料在28d的抗压强度拟合曲线如图1 所示。由图1的拟合曲线可以计算得出，当地质聚合物材料中氧化钠和氧化 铝的物质的量之比为1时，所述碱激发材料在28d的强度随着氧化硅和氧化 铝的物质的量之比的变化规律符合的回归方程为：
干粉炉-气化粗渣：y＝-11.94x2+34.55x+10.50R2＝0.97；
水煤浆炉气化粗渣：y＝-8.4139x2+25.132x+29.943R2＝0.9018；
其中x为氧化硅和氧化铝的物质的量之比，R2为回归方程的曲线拟合系 数。
由图1可以看出，采用干粉炉-汽化粗渣作为原料制备的地质聚合物材 料的力学性能比采用水煤浆炉-气化粗渣作为原料制备的地质聚合物材料的 力学性能稍差，说明气化粗渣中碳的含量过高会导致地质聚合物材料力学性 能降低；同时两种地质聚合物材料的抗压强度都呈现出先升高后降低的趋势， 说明通过调整材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比以及氧化硅和氧化铝 的物质的量之比，可以使地质聚合物材料的力学性能可控，符合相应的回归 方程，能够通过调整材料参数获得所需的力学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种地质聚合物材料，包括气化粗渣、碱性激发剂和水；
所述碱性激发剂包括钠水玻璃；
所述钠水玻璃的模数为1.0～2.4；
所述地质聚合物材料中氧化钠和氧化铝的物质的量之比为0.8～1.2，氧化硅和氧化铝的物质的量之比为5.5～8.0。
2.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述气化粗渣为干粉炉-气化粗渣或水煤浆炉-气化粗渣。
3.根据权利要求2所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述干粉炉-气化粗渣的组成为SiO2：30～60wt.％，Al2O3：15～40wt.％，CaO：5～15wt.％，Fe2O3：2～10wt.％，MgO：1～3wt.％，C：1～8wt.％，其他氧化物：1～5wt.％。
4.根据权利要求2所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述水煤浆炉-气化粗渣的组成为SiO2：30～60wt.％，Al2O3：15～40wt.％，CaO：5～15wt.％，Fe2O3：2～10wt.％，MgO：1～3wt.％，C：10～20wt.％，其他氧化物：1～5wt.％。
5.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述碱性激发剂还包括氢氧化钠。
6.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述钠水玻璃的固含量为15～50wt.％。
7.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述地质聚合物材料的水灰比为0.3～0.55。
8.权利要求1～7任意一项所述地质聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碱性激发剂和水混合后陈化，得到碱性激发剂混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的碱性激发剂混合物与气化粗渣混合，得到浆料；
(3)将所述步骤(2)得到浆料进行养护，得到地质聚合物材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中陈化的时间为20～30h。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中养护的温度为40～80℃，养护的时间为4～24h。
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