CN114988769A - 一种垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料及其制备方法，所述聚合物封堵充填材料由固体混合物和液体碱激发剂混合而成，其中液体碱激发剂质量分数为34.05％‑37.63％；所述固体混合物包括以下重量分数计的组分：粒化高炉矿渣40‑70份、城市生活垃圾焚烧底灰30‑60份、有机改性剂0.16‑0.63份；所述液体碱激发剂由水、氢氧化钠和水玻璃配制而成；所述液体碱激发剂包括以下重量分数计的组分：水玻璃40.09‑53.16份、氢氧化钠1.56‑2.87份和水0.89‑14.28份。本发明制备的聚合物封堵充填材料抗压强度高且凝结时间短的具有良好密实性且成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿注浆封堵和充填材料领域，具体涉及一种垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料及其制备方法。
背景技术
水泥基材料目前广泛用于矿井作业，承担着封堵、充填的作用。在井下瓦斯封孔作业中，封堵材料的性质将直接影响瓦斯抽采效果。水泥基材料对不同煤矿钻井附近的地质条件适应性强、使用方便，但水泥基封孔材料的凝结时间过长，无法及时有效地封住钻孔导致瓦斯抽采效率不高；在井下堵漏风作业中采用水泥基材料也存在类似问题，水泥基材料由于其较长的凝结时间和凝结后收缩干裂的特点严重影响堵漏风作业的效果；而在井下充填开采作业中，采用传统水泥基材料存在着早期强度低的问题，无法及时承担防止上覆岩层离层垮落以及地面沉陷的功能。故需要一种新材料来代替水泥进行井下的封堵充填作业。
地质聚合物作为一种性质与水泥相似的胶凝材料成为代替水泥的一种新选择。地质聚合物是由硅氧四面体和铝氧四面体以共享氧桥聚合成的三维网络胶凝体，密实的氧化物网络结构使其密实性较好。当其拥有接近2：1的硅铝比时，其四面体结构排布将更合理，拥有更好的力学性能，且地质聚合物的材料来源非常广泛，除了粒化高炉矿渣、高岭土等传统材料来源，各种固废也可以作为地质聚合物的原料。近年来，采用地质聚合物的复合水泥已逐渐代替传统波特兰水泥逐渐应用于建筑等领域。其中有使用建筑垃圾如红砖土、渣土等作为地质聚合物前体；也有使用粉煤灰、矿渣、垃圾焚烧飞灰和底灰等作为前体，但是普通的地质聚合物材料由于脆性过大，在受力时，容易产生二次裂隙，影响封孔效果；而当其作为井下充填体时也很难承受住地面压力。目前的研究主要采用与水泥复配的方式解决这个问题，而采用其他手段解决此问题的方式较少。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料及其制备方法，其抗压强度高且凝结时间短的具有良好密实性且成本低廉。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料，所述聚合物封堵充填材料由固体混合物和液体碱激发剂混合而成，其中液体碱激发剂质量分数为34.05％-37.63％；所述固体混合物包括以下重量分数计的组分：粒化高炉矿渣40-70份、城市生活垃圾焚烧底灰30-60份、有机改性剂0.16-0.63份；所述液体碱激发剂由水、氢氧化钠和水玻璃配制而成；所述液体碱激发剂包括以下重量分数计的组分：水玻璃40.09-53.16份、氢氧化钠1.56-2.87份和水0.89-14.28份。
进一步，所述粒化高炉矿渣为S95级粒化高炉矿渣。
进一步，所述有机改性剂为海藻酸钠。
进一步，所述液体激发剂中SiO2与Na2O组分的摩尔比为1.6-2.0:1，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为31.74％-42.42％。
一种垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料的制备方法，包括如下步骤：
将城市生活垃圾底灰送入粉碎机中粉碎；
将粉碎后的城市生活垃圾焚烧底灰与粒化高炉矿渣、有机改性剂充分搅拌均匀，得到固体混合物A；
将水加入氢氧化钠中搅拌均匀配制成氢氧化钠溶液，再将液体水玻璃与氢氧化钠溶液充分混合，制得液体激发剂B；
将液体激发剂B与固体混合物A混合后，并置于搅拌机中充分搅拌，得到混合浆料；
将混合浆料置于常温的潮湿环境中养护，形成聚合物封堵充填材料。
进一步，城市生活垃圾底灰送入粉碎机中粉碎并置于200目筛中过筛，直至筛上物不超过5％。
进一步，常温的潮湿环境为温度在20±2℃，相对湿度大于95％的环境。
进一步，将液体激发剂B与固体混合物A混合后在搅拌机中先低速搅拌30s，然后在高速搅拌60s，得到混合浆料。
进一步，所述的搅拌机为行星式水泥胶砂搅拌机，其搅拌桨低速自转速度为140±5r/min，低速公转速度为62±5r/min；高速自转速度为285±10r/min，高速公转速度为125±10r/min。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料及其制备方法，具有制作简单、环境友好、便于井下施工的特点。与传统水泥基材料相比，本发明所制备的地质聚合物封堵充填材料具有更高的抗压强度，适用于高地应力的井下环境；并且凝结时间短，可以更快得封住钻孔，有利于井下瓦斯抽采。相比于传统水泥基材料，本发明制备的地质聚合物封堵充填材料采用固废和工业副产品作为前驱体，具有价格低廉的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图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，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例和对比例7天抗压强度的对比图；
图2为实施例和对比例凝结时间的对比图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料，所述聚合物封堵充填材料由固体混合物和液体碱激发剂混合而成，其中液体碱激发剂质量分数为34.05％-37.63％；所述固体混合物包括以下重量分数计的组分：粒化高炉矿渣40-70份、城市生活垃圾焚烧底灰30-60份、有机改性剂0.16-0.63份；所述液体碱激发剂由水、氢氧化钠和水玻璃配制而成；所述液体碱激发剂包括以下重量分数计的组分：水玻璃40.09-53.16份、氢氧化钠1.56-2.87份和水0.89-14.28份。
城市生活垃圾焚烧底灰(MSWI)作为一种固废，由于城市化进程的加快与人口数量的增长，其年产出量也在不断增长，并且已成为固废资源化的一个主要对象。MSWI的传统处理方法为就地掩埋，但这样耗费城市土地资源，同时有可能对土地环境造成危害。分析MSWI的组成，发现其含有大量得到二氧化硅和氧化铝，可以作为地质聚合物的前驱体。但MSWI的组成受限于城市垃圾构成及焚烧条件等因素，各地的城市生活垃圾中各组分含量不定、胶凝活性也不一样，单独作为地质聚合物的前驱体对最终成品材料性能有影响，所以本发明仅考虑作为底灰的部分替代，需要引入其他材料共同构成底灰。
粒化高炉矿渣(GBFS)作为高炉炼铁的副产品，每年产量约在生铁产量的25％-30％，是一种常见且价格低廉的材料。其主要成分为氧化钙、二氧化硅和氧化铝。二氧化硅和氧化铝含量较多使得GBFS可作为地质聚合物前驱体；且GBFS含有大量的氧化钙，对地质聚合物中Al-O-Si胶凝体系有着增强作用；并且本发明所采用的为S95级粒化高炉矿渣，颗粒目数在600目左右，具有很高的胶凝活性，可以增强最终地质聚合物材料的性能。
海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，在本发明中作为有机改性剂添加于底灰中。其主要作用是为地质聚合物胶凝网络结构中的碱金属离子引入有机高分子配体形成有机高分子金属配合物，提高最终产品的力学性能。
水玻璃在本发明中作为地质聚合物材料的激发剂，其无毒、无刺激性，且较为易得，适用于井下作业。氢氧化钠的作用是减小水玻璃的模数，以便更好地激发底灰活性。
实施例1：
按以下重量分数称取原料：矿渣70份、城市生活垃圾焚烧底灰30份、有机改性剂0.16份、水玻璃40份、氢氧化钠2.3份、水14.28份；
上述原料按以下步骤进行：
1)将城市生活垃圾底灰送入圆盘式粉碎机中粉碎并置于200目筛中过筛，直至筛上物不超过5％。
2)将经粉碎后的城市生活垃圾焚烧底灰与矿渣、有机改性剂充分搅拌直至得到均一的固体混合物A。
3)将水加入氢氧化钠中搅拌均匀配制氢氧化钠溶液，再将液体水玻璃与氢氧化钠溶液充分混合，制得均一的液体碱激发剂B。所述液体激发剂中SiO2与Na2O组分的摩尔比为1.6，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为31.74％。
4)将液体碱激发剂B和固体混合物A混合，其中液体碱激发剂质量分数为36.15％；并置于搅拌机中充分搅拌，先进行30s的低速搅拌，在进行60s的高速搅拌，得到混合浆料。
5)将地质聚合物封堵充填材料混合浆料置于20±2℃，相对湿度大于95％的环境中养护形成地质聚合物封堵充填材料。
实施例1的地质聚合物封堵充填材料的初凝时间为36分钟，终凝时间为42分钟，7天抗压强度为42.12MPa。
实施例2：
按以下重量分数称取原料：矿渣70份、城市生活垃圾焚烧底灰30份、有机改性剂0.31份、水玻璃40份、氢氧化钠2.3份、水14.28份；
上述原料按以下步骤进行：
1)将城市生活垃圾底灰送入圆盘式粉碎机中粉碎并置于200目筛中过筛，直至筛上物不超过5％。
2)将经粉碎后的城市生活垃圾焚烧底灰与矿渣、有机改性剂充分搅拌直至得到均一的固体混合物A。
3)将水加入氢氧化钠中搅拌均匀配制氢氧化钠溶液，再将液体水玻璃与氢氧化钠溶液充分混合，制得均一的液体碱激发剂B。所述液体激发剂中SiO2与Na2O组分的摩尔比为1.6，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为31.74％。
4)将液体碱激发剂B和固体混合物A混合，其中液体碱激发剂质量分数为36.12％；并置于搅拌机中充分搅拌，先进行30s的低速搅拌，在进行60s的高速搅拌，得到混合浆料。
5)将地质聚合物封堵充填材料混合浆料置于20±2℃，相对湿度大于95％的环境中养护形成地质聚合物封堵充填材料。
实施例2的地质聚合物封堵充填材料的初凝时间为45分钟，终凝时间为50分钟，7天抗压强度为39.71MPa。
实施例3：
按以下重量分数称取原料：矿渣70份、城市生活垃圾焚烧底灰30份、有机改性剂0.47份、水玻璃40份、氢氧化钠2.3份、水14.28份；
上述原料按以下步骤进行：
1)将城市生活垃圾底灰送入圆盘式粉碎机中粉碎并置于200目筛中过筛，直至筛上物不超过5％。
2)将经粉碎后的城市生活垃圾焚烧底灰与矿渣、有机改性剂充分搅拌直至得到均一的固体混合物A。
3)将水加入氢氧化钠中搅拌均匀配制氢氧化钠溶液，再将液体水玻璃与氢氧化钠溶液充分混合，制得均一的液体碱激发剂B。所述液体激发剂中SiO2与Na2O组分的摩尔比为1.6，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为31.74％。
4)将液体碱激发剂B和固体混合物A混合，其中液体碱激发剂质量分数为36.08％；并置于搅拌机中充分搅拌，先进行30s的低速搅拌，在进行60s的高速搅拌，得到混合浆料。
5)将地质聚合物封堵充填材料混合浆料置于20±2℃，相对湿度大于95％的环境中养护形成地质聚合物封堵充填材料。
实施例3的地质聚合物封堵充填材料的初凝时间为40分钟，终凝时间为55分钟，7天抗压强度为42.48MPa。
实施例4：
按以下重量分数称取原料：矿渣70份、城市生活垃圾焚烧底灰30份、有机改性剂0.63份、水玻璃40份、氢氧化钠2.3份、水14.28份；
上述原料按以下步骤进行：
1)将城市生活垃圾底灰送入圆盘式粉碎机中粉碎并置于200目筛中过筛，直至筛上物不超过5％。
2)将经粉碎后的城市生活垃圾焚烧底灰与矿渣、有机改性剂充分搅拌直至得到均一的固体混合物A。
3)将水入氢氧化钠中搅拌均匀配制氢氧化钠溶液，再将液体水玻璃与氢氧化钠溶液充分混合，制得均一的液体碱激发剂B。所述液体激发剂中SiO2与Na2O组分的摩尔比为1.6，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为31.74％。
4)将液体碱激发剂B和固体混合物A混合，其中液体碱激发剂质量分数为36.04％；并置于搅拌机中充分搅拌，先进行30s的低速搅拌，在进行60s的高速搅拌，得到混合浆料。
5)将地质聚合物封堵充填材料混合浆料置于20±2℃，相对湿度大于95％的环境中养护形成地质聚合物封堵充填材料。
实施例4的地质聚合物封堵充填材料的初凝时间为40分钟，终凝时间为55分钟，7天抗压强度为41.20MPa。
实施例5：
按以下重量分数称取原料：矿渣60份、城市生活垃圾焚烧底灰40份、有机改性剂0.16份、水玻璃56.16份、氢氧化钠1.90份、水0.89份。原料处理步骤与实施例1相同，其中液体碱激发剂质量分数为35.84％。制得的碱激发液中SiO2与Na2O组分的摩尔比为2.0，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为39.95％。
实施例5的地质聚合物封堵充填材料的初凝时间为45分钟，终凝时间为90分钟，7天抗压强度为28.00MPa。
实施例6：
按以下重量分数称取原料：矿渣40份、城市生活垃圾焚烧底灰60份、有机改性剂0.16份、水玻璃40.09份、氢氧化钠2.34份、水9.28份。原料处理步骤与实施例1相同，其中液体碱激发剂质量分数为37.63％。制得的碱激发液中SiO2与Na2O组分的摩尔比为1.6，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为42.42％。
实施例6的地质聚合物封堵充填材料的初凝时间为15分钟，终凝时间为40分钟，7天抗压强度为34.47MPa。
实施例7：
按以下重量分数称取原料：矿渣50份、城市生活垃圾焚烧底灰50份、有机改性剂0.16份、水玻璃49.00份、氢氧化钠2.87份、水8.56份。原料处理步骤与实施例1相同，其中液体碱激发剂质量分数为34.05％。制得的碱激发液中SiO2与Na2O组分的摩尔比为1.6，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为42.42％。
实施例7的地质聚合物封堵充填材料的初凝时间为40分钟，终凝时间为65分钟，7天抗压强度为39.37MPa。
对比例1：
对比例1不使用有机改性剂，与使用有机改性剂的地质聚合物封堵充填材料进行比较。对比例1称取矿渣70份、城市生活垃圾焚烧底灰30份、水玻璃40份、氢氧化钠2.3份、水14.28份；按以下步骤进行：
1)将城市生活垃圾底灰送入圆盘式粉碎机中粉碎并置于200目筛中过筛，直至筛上物不超过5％。
2)将经粉碎后的城市生活垃圾焚烧底灰与矿渣充分搅拌直至得到均一的固体混合物A。
3)将水加入氢氧化钠中搅拌均匀配制氢氧化钠溶液，再将液体水玻璃与氢氧化钠溶液充分混合，制得均一的碱激发剂B。
4)将液体碱激发剂B和固体混合物A混合，其中液体碱激发剂质量分数为36.19％；并置于搅拌机中充分搅拌，先进行30s的低速搅拌，在进行60s的高速搅拌，得到混合浆料。
5)将地质聚合物封堵充填材料混合浆料置于20±2℃，相对湿度大于95％的环境中养护形成地质聚合物封堵充填材料。
对比例1地质聚合物封堵充填材料的初凝时间为26分钟，终凝时间为36分钟，7天抗压强度为37.48MPa。
对比例2：
对比例2采用已在煤矿投入使用的水泥基材料粉末为原料，与本发明的地质聚合物封堵充填材料做比较。对比例2按以下重量分数称取原料：水泥基材料粉末100份、水40份；按以下步骤进行：
1)将水加入水泥基材料粉末中并置于搅拌机中充分搅拌，先进行30s的低速搅拌，在进行60s的高速搅拌，得到混合浆料。
2)将水泥基材料混合浆料置于20±2℃，相对湿度大于95％的环境中养护形成水泥基材料。
该水泥基材料的初凝时间为145分钟，终凝时间为160分钟，7天抗压强度为7.31MPa。
如图1和图2所示，实施例1与对比例1相比，在添加了一定量的有机改性剂海藻酸钠后，海藻酸钠需要与地质聚合物中的碱金属离子发生聚合反应，因此改性地质聚合物的凝结时间稍有延长，但依然能控制在1个小时以内，满足井下施工需要，但抗压强度最高提升了13.34％，说明了海藻酸钠对于地质聚合物具有补强作用，更有利于承接瓦斯抽采过程中煤层一定量的变动与承担地面压力。
如图1和图2所示，所有实施例与对比例2相比，矿用高强度垃圾底灰基地质聚合物封堵充填材料对比水泥基材料，初凝和终凝时间分别缩短了最高75％和73％。抗压强度也提升了400％左右。解决了传统水泥基材料抗压强度低，且凝结时间过长的问题。适应井下高地应力环境和瓦斯抽采作业的时间要求，且由于其具有较高的流动度，可进行中长距离泵送，可方便快捷地在煤矿井下现场使用，完全满足矿井瓦斯抽采和深孔爆破的使用要求，也可以承担起作为采空区充填体的功能；同时，由于其采用的前驱体为固废和工业副产品，较水泥基材料也具有价格优势。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料，其特征在于，所述聚合物封堵充填材料由固体混合物和液体碱激发剂混合而成，所述液体碱激发剂的质量分数为34.05％-37.63％；所述固体混合物包括以下重量分数计的组分：粒化高炉矿渣40-70份、城市生活垃圾焚烧底灰30-60份、有机改性剂0.16-0.63份；所述液体碱激发剂由水、氢氧化钠和水玻璃配制而成；所述液体碱激发剂包括以下重量分数计的组分：水玻璃40.09-53.16份、氢氧化钠1.56-2.87份和水0.89-14.28份。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料，其特征在于，所述粒化高炉矿渣为S95级粒化高炉矿渣。
3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料，其特征在于，所述有机改性剂为海藻酸钠。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料，其特征在于，所述液体激发剂中SiO2与Na2O组分的摩尔比为1.6-2.0:1，SiO2和Na2O占液体激发剂的质量分数为31.74％-42.42％。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将城市生活垃圾底灰送入粉碎机中粉碎；
将粉碎后的城市生活垃圾焚烧底灰与粒化高炉矿渣、有机改性剂充分搅拌均匀，得到固体混合物A；
将水加入氢氧化钠中搅拌均匀配制氢氧化钠溶液，再将液体水玻璃与氢氧化钠溶液充分混合，制得液体激发剂B；
将液体激发剂B与固体混合物A混合后，并置于搅拌机中充分搅拌，得到混合浆料；
将混合浆料置于常温的潮湿环境中养护，形成聚合物封堵充填材料。
6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料的制备方法，其特征在于，城市生活垃圾底灰送入粉碎机中粉碎并置于200目筛中过筛，直至筛上物不超过5％。
7.根据权利要求5所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料的制备方法，其特征在于，常温的潮湿环境为温度在20±2℃，相对湿度大于95％的环境。
8.根据权利要求5所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料的制备方法，其特征在于，将液体激发剂B与固体混合物A混合后在搅拌机中先低速搅拌30s，然后在高速搅拌60s，得到混合浆料。
9.根据权利要求8所述的垃圾焚烧底灰基高强度地质聚合物封堵充填材料的制备方法，其特征在于，所述的搅拌机为行星式水泥胶砂搅拌机，其搅拌桨低速自转速度为140±5r/min，低速公转速度为62±5r/min；高速自转速度为285±10r/min，高速公转速度为125±10r/min。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115353365A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-11-18 | 南方科技大学 | 一种水泥吸声材料及其制备方法和应用 |
| CN115650677A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-01-31 | 武汉大学 | 一种用于注浆加固的地聚合物胶凝材料及其制备方法 |
| CN116332540A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-06-27 | 湖北武麻高速公路有限公司 | 绿色环保型碱激发胶凝材料及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013172497A1 (ko) * | 2012-05-17 | 2013-11-21 | 한국건설기술연구원 | 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물, 이를 이용한 침목 및 그 제조방법 |
| CN108623199A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-10-09 | 天津市建筑材料科学研究院有限公司 | 一种制备地质聚合物胶凝材料和地质聚合物砂浆的方法 |
| CN109400016A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-03-01 | 盐城工学院 | 基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法 |
| CN111393080A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-07-10 | 山东省交通科学研究院 | 一种高性能胶凝材料及其制备方法 |
| CN113831037A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-24 | 深圳大学 | 一种胶凝材料及其制备方法 |
| CN114315188A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-12 | 安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院(芜湖) | 一种用于垃圾焚烧底灰处理的碱激发胶凝材料制备工艺 |
-
2022
- 2022-05-26 CN CN202210580668.2A patent/CN114988769A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013172497A1 (ko) * | 2012-05-17 | 2013-11-21 | 한국건설기술연구원 | 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물, 이를 이용한 침목 및 그 제조방법 |
| CN108623199A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-10-09 | 天津市建筑材料科学研究院有限公司 | 一种制备地质聚合物胶凝材料和地质聚合物砂浆的方法 |
| CN109400016A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-03-01 | 盐城工学院 | 基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法 |
| CN111393080A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-07-10 | 山东省交通科学研究院 | 一种高性能胶凝材料及其制备方法 |
| CN113831037A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-24 | 深圳大学 | 一种胶凝材料及其制备方法 |
| CN114315188A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-12 | 安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院(芜湖) | 一种用于垃圾焚烧底灰处理的碱激发胶凝材料制备工艺 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115353365A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-11-18 | 南方科技大学 | 一种水泥吸声材料及其制备方法和应用 |
| CN115650677A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-01-31 | 武汉大学 | 一种用于注浆加固的地聚合物胶凝材料及其制备方法 |
| CN116332540A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-06-27 | 湖北武麻高速公路有限公司 | 绿色环保型碱激发胶凝材料及其制备方法 |
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