CN114890700A - 一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐氯盐侵蚀的地聚合物胶凝材料。该地聚合物胶凝材料以炉渣和电石渣为基础胶凝材，以水玻璃和氢氧化钠为激发剂，掺加纤维材料、水溶性聚合物、CaCl2等外加剂，经过固体材料粉磨、激发剂溶液制备、原材料混合和搅拌、浇筑成型、养护等工艺制备而成。该耐氯盐地聚合物胶凝材料，不仅实现了炉渣、电石渣等工业废渣的资源化利用，而且为解决沿海地区和内陆盐湖地区公路工程建设中氯盐对普通水泥混凝土结构侵蚀问题提供了新途径，可用于路基结构、路面结构、道路附属结构中。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体的涉及一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料。
背景技术
我国分布有总面积约36×104km2的盐渍土，其中氯盐渍土作为主要盐渍土类型，在西部内陆地区和东部滨海地区均有大范围分布。目前，许多重大基础设施和重点工程在氯盐渍土地区聚集。由于氯盐的侵蚀作用，导致目前常用的硅酸盐水泥类胶凝材料在氯盐渍土地区的应用效果不佳，耐久性也很差，往往不能满足工程要求。
炉渣是从工业和民用锅炉及其他燃煤设备排出的煤燃烧后剩余的废渣。电石渣是电石水解获取乙炔气过程中产生的废渣，而乙炔气是基本有机合成工业的重要原料之一。我国每年产生炉渣3亿吨以上，电石渣也有近亿吨。利用这些工业废渣制备新型耐氯盐胶凝材料，不仅能够解决传统水泥基材料氯盐渍土地区遭受严重腐蚀破坏的问题，而且为炉渣和电石渣的资源化利用提供了新途径，具有显著的经济效益和环境效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，该胶凝材料在氯盐环境中能够很好的发展和保持强度，具有很好的耐氯盐侵蚀性能。本发明提供的耐氯盐地聚合物胶凝材料实现了炉渣、电石渣的资源化利用，既经济又环保。
本发明提供一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，按重量份计，包含：
80-100份(优选重量为100份)的组分(ⅰ)，其为炉渣；
10-30份(优选重量为20份)的组分(ⅱ)，其为电石渣；
10-20份(优选重量为20份)的组分(ⅲ)，其为碱性激发剂；
0.1-1份(优选重量为0.4份)的组分(ⅳ)，其为纤维；
1-10份(优选重量为4份)的组分(ⅴ)，其为水溶性聚合物；
0.5-5份(优选重量为3份)的组分(ⅵ)，其为氯化钙；
50-180份(优选重量为135份)的组分(ⅶ)，其为水。
在一个优选的实施方案中，组分ⅰ中的所述炉渣选自工业和民用锅炉及其他燃煤设备排出的煤燃烧后剩余的废渣，如：燃煤发电锅炉炉渣、燃煤供热锅炉炉渣、燃煤蒸汽锅炉炉渣，优选燃煤发电锅炉炉渣。
在一个优选的实施方案中，组分ⅲ中的所述碱性激发剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、钠水玻璃、钾水玻璃中的一种以及它们中多种的组合物，优选钠水玻璃和氢氧化钠的组合物。
在一个优选的实施方案中，组分ⅲ中的所述钠水玻璃、钾水玻璃模数为1.5至3.5，优选为1.5。
在一个优选的实施方案中，组分ⅳ中的所述纤维选自聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种以及它们中多种的组合物，优选聚丙烯纤维。
在一个优选的实施方案中，组分ⅵ中所述的水溶性聚合物选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、甲基纤维素中的一种以及它们中多种的组合物，优选聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的组合物。
本发明提供一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，其制备方法包含以下步骤：
1)将组分(ⅰ)、组分(ⅱ)和组分(ⅵ)磨细至比表面积不小于 500m2/kg(优选为600m2/kg)，并混合均匀制备成混合物；
2)将组分(ⅳ)与步骤1)得到的混合物混合均匀；
3)将组分(ⅲ)中的不同组分混合均匀，制备成碱性激发剂，若组分(ⅲ)为单一组分，则直接进行下一步；
4)将组分(ⅲ)、组分(ⅴ)和组分(ⅶ)混合均匀，制备成水溶液；
5)将步骤2)中得到的混合物与步骤4)得到的水溶液混合均匀，制成地聚合物胶凝材料。
本发明的优点是：
(1)本发明提供了一种耐氯盐地聚合物胶凝材料，能够大幅度提升胶凝材料在氯盐环境下的强度和耐久性。
(2)本发明提供的地聚合物胶凝材料，大量利用炉渣、电石渣等工业废渣，实现了炉渣、电石渣的资源化利用，既经济又环保。
具体实施方式
本发明的发明构思包括多个具体的实施方案，不同的实施方案各有技术上或应用上的侧重，不同的实施方案可以组合搭配，以满足不同的应用场景，解决不同的应用需求。因此，下述对具体实施方案的描述不应理解为对本发明意欲保护的技术方案的限定。
下面以具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
采用本发明提供的技术方案制备耐氯盐地聚合物胶凝材料，由组分(ⅰ)、(ⅱ)、(ⅲ)、(ⅳ)、(ⅴ)、(ⅵ)和(ⅶ)组成。按重量份计，各组分组成和重量为：组分(ⅰ)为燃煤发电锅炉炉渣，100份；组分(ⅱ)为电石渣，20份；组分(ⅲ)为钠水玻璃和氢氧化钠的组合物，分别为15份和5份，钠水玻璃模数为1.5；组分(ⅳ)为聚丙烯纤维， 0.4份；组分(ⅴ)为聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的组合物，分别为4份和6份；组分(ⅵ)为氯化钙，3份；组分(ⅶ)为水，180份。
地聚合物的制备方法按以下步骤进行：
1)将组分(ⅰ)、组分(ⅱ)和组分(ⅵ)磨细至比表面积500m2/ kg，并混合均匀制备成混合物；
2)将组分(ⅳ)与步骤1)得到的混合物混合均匀；
3)将组分(ⅲ)中的钠水玻璃和氢氧化钠混合均匀，制备成碱性激发剂；
4)将组分(ⅲ)、组分(ⅴ)和组分(ⅶ)混合均匀，制备成水溶液；
5)将步骤2)中得到的混合物与步骤4)得到的水溶液混合均匀，制成地聚合物胶凝材料。
采用该地聚物胶凝材料稳定氯盐渍软土，制成搅拌桩进行软土地基处理，其7d强度达到1.5MPa，满足《地基处理手册》(第三版)中的要求；到360d后，地基土强度仍达到1.3MPa，仍然满足上述手册中的要求。
实施例2
采用本发明提供的技术方案制备耐氯盐地聚合物胶凝材料，由组分(ⅰ)、(ⅱ)、(ⅲ)、(ⅳ)、(ⅴ)、(ⅵ)和(ⅶ)组成。按重量份计，各组分组成和重量为：组分(ⅰ)为燃煤供热锅炉炉渣，80份；组分(ⅱ)为电石渣，30份；组分(ⅲ)为钾水玻璃，10份，钾水玻璃模数为3.5；组分(ⅳ)为玄武岩纤维和碳纤维的组合物，分别为0.3份和0.7份；组分(ⅴ)为聚丙烯酰胺，4份；组分(ⅵ)为氯化钙，5份；组分(ⅶ)为水，135份。
地聚合物的制备方法按以下步骤进行：
1)将组分(ⅰ)、组分(ⅱ)和组分(ⅵ)磨细至比表面积600m2/ kg，并混合均匀制备成混合物；
2)将组分(ⅳ)与步骤1)得到的混合物混合均匀；
3)将组分(ⅲ)、组分(ⅴ)和组分(ⅶ)混合均匀，制备成水溶液；
4)将步骤2)中得到的混合物与步骤3)得到的水溶液混合均匀，制成地聚合物胶凝材料。
采用该地聚合物胶凝材料稳定含氯盐的砂砾石用于填筑道路基层，其 7d强度达到6.5MPa，满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)的要求；到720d后，地基土强度仍达到5.7MPa，仍然满足上述规范中的要求。
实施例3
采用本发明提供的技术方案制备耐氯盐地聚合物胶凝材料，由组分(ⅰ)、(ⅱ)、(ⅲ)、(ⅳ)、(ⅴ)、(ⅵ)和(ⅶ)组成。按重量份计，各组分组成和重量为：组分(ⅰ)为燃煤发电锅炉炉渣，85份；组分(ⅱ)为电石渣，10份；组分(ⅲ)为钾水玻璃和氢氧化钾的组合物，分别为10份和6份，钾水玻璃模数为2.0；组分(ⅳ)为玻璃纤维，0.1份；组分(ⅴ)为聚丙烯酰胺和聚乙烯醇的组合物，分别为0.5份和 0.5份；组分(ⅵ)为氯化钙，0.5份；组分(ⅶ)为水，85份。
地聚合物的制备方法按以下步骤进行：
1)将组分(ⅰ)、组分(ⅱ)和组分(ⅵ)磨细至比表面积650m2/ kg，并混合均匀制备成混合物；
2)将组分(ⅳ)与步骤1)得到的混合物混合均匀；
3)将组分(ⅲ)中的钾水玻璃和氢氧化钾混合均匀，制备成碱性激发剂；
4)将组分(ⅲ)、组分(ⅴ)和组分(ⅶ)混合均匀，制备成水溶液；
5)将步骤2)中得到的混合物与步骤4)得到的水溶液混合均匀，制成地聚合物胶凝材料。
采用该地聚合物胶凝材料稳定氯盐渍土用于道路路基填筑，其7d强度达到2.5MPa，满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)的要求；到360d后，地基土强度仍达到2.17MPa，仍然满足上述规范中的要求。
实施例4
采用本发明提供的技术方案制备耐氯盐地聚合物胶凝材料，由组分(ⅰ)、(ⅱ)、(ⅲ)、(ⅳ)、(ⅴ)、(ⅵ)和(ⅶ)组成。按重量份计，各组分组成和重量为：组分(ⅰ)为燃煤蒸汽锅炉炉渣，88份；组分(ⅱ)为电石渣，10份；组分(ⅲ)为氢氧化钠，12份；组分(ⅳ)为芳纶纤维和聚丙烯纤维的组合物，分别为0.2份和0.3份；组分(ⅴ)为羧甲基纤维素和甲基纤维素的组合物，分别为1份和2份；组分(ⅵ)为氯化钙，1.5份；组分(ⅶ)为水，50份。
地聚合物的制备方法按以下步骤进行：
1)将组分(ⅰ)、组分(ⅱ)和组分(ⅵ)磨细至比表面积550m2/ kg，并混合均匀制备成混合物；
2)将组分(ⅳ)与步骤1)得到的混合物混合均匀；
3)将组分(ⅲ)、组分(ⅴ)和组分(ⅶ)混合均匀，制备成水溶液；
4)将步骤2)中得到的混合物与步骤3)得到的水溶液混合均匀，制成地聚合物胶凝材料。
采用该地聚合物胶凝材料稳定氯盐渍土用于桥台背回填，其7d强度达到1.9MPa，满足《公路路基施工技术规范》(JTG/T3610-2019)的要求；到360d后，地基土强度仍达到1.6MPa，满足上述规范要求。
Claims (8)
1.一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
组分(ⅰ)为炉渣：80-100份；
组分(ⅱ)为电石渣：10-30份；
组分(ⅲ)为碱性激发剂：10-20份；
组分(ⅳ)为纤维：0.1-1份；
组分(ⅴ)为水溶性聚合物：1-10份；
组分(ⅵ)为氯化钙：0.5-5份；
组分(ⅶ)为水：50-180份。
2.根据权利要求1所述的一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，其特征在于，组分(ⅰ)中所述的炉渣为工业和民用燃煤锅炉及其他燃煤设备排出的煤燃烧后剩余的废渣。
3.根据权利要求1所述的一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，其特征在于，组分(ⅲ)中所述的碱性激发剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、钠水玻璃、钾水玻璃中的一种或多种的组合物。
4.根据权利要求1所述的一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，其特征在于，组分(ⅲ)中所述的钠水玻璃、钾水玻璃模数为1.5至3.5。
5.根据权利要求1所述的一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，其特征在于，组分(ⅳ)中所述的纤维选自聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或多种的组合物。
6.根据权利要求1所述的一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，其特征在于，组分(ⅵ)中所述的水溶性聚合物选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、甲基纤维素中的一种或多种的组合物。
7.根据权利要求1所述的一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，其制备方法包括以下步骤：
1)将组分(ⅰ)、组分(ⅱ)和组分(ⅵ)磨细至比表面积不小于500m2/kg，并混合均匀制备成混合物；
2)将组分(ⅳ)与步骤1)得到的混合物混合均匀；
3)将组分(ⅲ)中的不同组分混合均匀，制备成碱性激发剂，若组分(ⅲ)为单一组分，则直接进行下一步；
4)将组分(ⅲ)、组分(ⅴ)和组分(ⅶ)混合均匀，制备成水溶液；
5)将步骤2)中得到的混合物与步骤4)得到的水溶液混合均匀，制成地聚合物胶凝材料。
8.根据权利要求1所述的一种利用炉渣和电石渣制备的耐氯盐地聚合物胶凝材料，可用于氯盐渍土地区的建筑地基处理、道路路基和基层铺筑、道路附属结构修筑、桥台背回填、道路边坡加固工程中。
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