CN115028425A - 一种生态护坡材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生态环境治理技术领域，提供了一种生态护坡材料及其制备方法和应用。本发明提供的生态护坡材料，制备原料包括干料，所述干料包括以下质量分数的组分：活化粉煤灰27～48％；改性煤矸石30～40％；脱硫石膏6.8～10％；水泥15～22％；减水剂0.1～0.5％；速凝剂0.1～0.5％。本发明提供的生态护坡材料强度高，耐久性好，可节省70％以上的水泥用量，是一种绿色环保建筑材料。实施例测试结果表明，本发明提供的生态护坡材料抗压强度高达49.3～52.4MPa，冻融100次质量损失率<5％。

Description

一种生态护坡材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生态环境治理技术领域，尤其涉及一种生态护坡材料及其制备方法和应用。
背景技术
煤基固废是煤炭开采、洗选加工、发电利用等过程中排放的煤矸石、粉煤灰、炉渣、灰渣和脱硫石膏等煤基固体废弃物，全国每年的产量约为60亿吨。水泥工业的碳排放量占我国总碳排放量的14％，开发水泥替代原料是减少CO2排放的有效途径。一般煤矸石是堆积排放，煤矸石山的堆积坡面角度有时在60度以上，遇暴雨时很容易引起滑坡和泥石流。
传统的煤矸石山的护坡材料主要是用混凝土制品的各种类型的方孔砖或水泥制品，主要原料为水泥和砂石制备的各型砖和砌块，需消耗大量的水泥和天然砂石。中国专利CN106082867A公布了一种护坡用植生型水泥土，主要成分为：土24～35份、水泥5～10份、腐殖质4～8份、秸秆0.5～2份、砂4～8 份和水15～25份。护坡用植生型水泥土用于植物植生护坡，强度小于1MPa，该材料强度低，不适合做煤矸石山的护坡材料。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种生态护坡材料及其制备方法和应用，本发明提供的生态护坡材料强度高，耐久性好，是一种绿色环保的建筑材料。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种生态护坡材料，制备原料包括干料，所述干料包括以下质量分数的组分：
Figure BDA0003682657940000011
Figure BDA0003682657940000021
所述活化粉煤灰的制备方法包括：将粉煤灰进行机械和化学复合活化，得到活化粉煤灰；
所述改性煤矸石的制备方法包括：将煤矸石骨料和苯乙烯聚合物的醇溶液混合后干燥，得到改性煤矸石。
优选的，所述机械和化学复合活化包括：将粉煤灰和化学活化剂混合后进行球磨；所述球磨的转速为100～120r/min，所述球磨以球磨至粒径为-50μm 的粉煤灰占粉煤灰总质量的90％以上为准；所述化学活化剂包括碳酸盐、生石灰和硫酸盐中的一种或几种；所述粉煤灰与化学活化剂的质量比为100： 1～2。
优选的，所述煤矸石骨料的级配为：粒径0～-1.18mm的煤矸石的质量分数为15～35％，粒径+1.18～-2.36mm的煤矸石的质量分数为6～9％，粒径+2.36～-4.75mm的煤矸石的质量分数为10～11％，粒径+4.75～-9.0mm的煤矸石的质量分数为12～15％，粒径+9.0～-19.0mm的煤矸石的质量分数为17～26％，粒径+19.0～-31.5mm的煤矸石的质量分数为14～26％。
优选的，所述煤矸石骨料与苯乙烯聚合物的醇溶液的质量比为10:1～2，所述混合的时间为4～6min；所述苯乙烯聚合物的醇溶液中苯乙烯聚合物的质量分数为4～10％；所述苯乙烯聚合物的醇溶液的溶剂为乙醇。
优选的，所述生态护坡材料的制备原料还包括水，所述水的质量与所述干料的总质量之比为0.25～0.35:1。
优选的，所述粉煤灰的粒径为120μm以下；
所述脱硫石膏的烧失量为10～23％，含水率为5～12％，表观密度为 1100～1238kg/m3；所述水泥包括PO.425水泥及高于PO.425标号的水泥中的一种或几种。
优选的，所述减水剂为萘系减水剂或木质素系减水剂；所述速凝剂为硫酸盐和醇胺组成的复合速凝剂。
本发明还提供了上述技术方案所述生态护坡材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将活化粉煤灰、脱硫石膏、水泥和水的质量的一半进行第一混合，得到胶凝材料；
(2)将改性煤矸石、减水剂、速凝剂、剩余水和所述胶凝材料进行第二混合，得到初级生态护坡材料；
(3)将所述初级生态护坡材料依次进行成型和养护，得到所述生态护坡材料。
优选的，所述养护的温度为20±1℃，相对湿度为90％～95％。
本发明还提供了上述技术方案所述的生态护坡材料在煤矸石山治理中的应用。
本发明提供了一种生态护坡材料，制备原料包括干料，所述干料包括以下质量分数的组分：活化粉煤灰27～48％；改性煤矸石30～40％；脱硫石膏 6.8～10％；水泥15～22％；减水剂0.1～0.5％；速凝剂0.1～0.5％。所述活化粉煤灰的制备方法包括：将粉煤灰进行机械和化学复合活化，得到活化粉煤灰；所述改性煤矸石的制备方法包括：将煤矸石骨料和苯乙烯聚合物的醇溶液混合后干燥，得到改性煤矸石。在本发明中，粉煤灰的机械活化能够增加粉煤灰颗粒的比表面积和表面活化能，促使粉煤灰颗粒原生晶格发生畸形、破坏，切断网络中Si-O键和Al-O键，生成活性高的原子基团和带电荷的断面，提高结构不规则和缺陷程度，增大反应活性，同时机械活化后还能解离粉煤灰中微米和纳米级的莫来石，大大增加了护坡胶凝材料微纳米级的活性，从而显著提高胶凝材料的反应性能。粉煤灰的化学活化能够使粉煤灰玻璃体解聚，腐蚀粉煤灰颗粒表面，促使Si-O和Al-O键断裂以及颗粒表面的蜂窝化，从而提高粉煤灰与Ca(OH)2的水化进程，增加粉煤灰的反应性；本发明采用苯乙烯聚合物的醇溶液对煤矸石进行改性，改性煤矸石的表面具有一层聚合物密封膜，封闭了煤矸石表面的微孔，随着护坡材料养护时间的增长，骨料颗粒之间的空隙进一步减少，煤矸石骨料表面的密封膜与护坡胶凝体系之间互相交织构成了连续的三维空间网格结构，抑制了煤矸石骨料颗粒之间的相对滑动，从而能够显著改善护坡材料的结构形态，提高材料的抗折、抗压强度等力学性能。本发明提供的生态护坡材料强度高，耐久性好，可节省70％以上的水泥用量，是一种绿色环保建筑材料。实施例测试结果表明，本发明提供的生态护坡材料抗压强度高达49.3～52.4MPa，冻融100次质量损失率<5％。
附图说明
图1为本发明提供的生态护坡材料制备的工艺流程图；
图2为本发明提供的活化粉煤灰制备的工艺流程图；
图3为本发明提供的改性煤矸石制备的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种生态护坡材料，制备原料包括干料，所述干料包括以下质量分数的组分：
Figure BDA0003682657940000041
所述活化粉煤灰的制备方法包括：将粉煤灰进行机械和化学复合活化，得到活化粉煤灰；
所述改性煤矸石的制备方法包括：将煤矸石骨料和苯乙烯聚合物的醇溶液混合后干燥，得到改性煤矸石。
若无特别说明，本发明所采用的原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
以质量分数计，本发明提供的生态护坡材料包括活化粉煤灰27～48％，优选为30～45％。在本发明中，所述活化粉煤灰的制备方法包括：将粉煤灰进行机械和化学复合活化，得到活化粉煤灰；所述机械和化学复合活化优选包括：将粉煤灰和化学活化剂混合后进行球磨；所述球磨的转速优选为100～120 r/min，更优选为100r/min、110r/min或120r/min，本发明对所述球磨的设备无特殊要求，在本发明的实施例中，所述球磨的设备为CXMQ240x90球磨机。所述球磨优选以球磨至粒径为-50μm的粉煤灰占粉煤灰总质量的90％以上为准；所述化学活化剂优选包括碳酸盐、生石灰或硫酸盐；所述碳酸盐优选包括碳酸钠，所述硫酸盐优选包括硫酸钠；所述粉煤灰与化学活化剂的质量比优选为100：1～2，更优选为100：1.2～1.8；所述粉煤灰的粒径优选为120μm 以下，更优选为100μm以下；在本发明的具体实施中，所述粉煤灰优选为燃煤电厂排放的普通粉煤灰，其颗粒形状为珠状颗粒、无定形渣状颗粒等，其珠状颗粒进一步分为漂珠、子母珠、密实微珠和富铁微珠，渣状颗粒细分为海绵状玻璃体和碳粒，具体成分见表1；所述粉煤灰的烧失量优选为4～12％，更优选为4～10％，含水率优选为2～3％，更优选为2～2.5％，表观密度优选为 2100～2250kg/m3，更优选为2100～2200kg/m3。
以质量分数计，本发明提供的生态护坡材料包括改性煤矸石30～40％，优选为32～38％。在本发明中，所述改性煤矸石的制备方法包括：将煤矸石骨料和苯乙烯聚合物的醇溶液混合后干燥，得到改性煤矸石。本发明对所述混合的方式无特殊限定，只要能够混合均匀即可。在本发明的实施例中，优选将煤矸石骨料加入滚筒搅拌机中，然后边搅拌边喷洒苯乙烯聚合物的醇溶液。在本发明中，所述混合的时间优选为4～6min，更优选为5min。本发明对所述干燥的方式无特殊要求，自然风干即可。在本发明中，所述煤矸石骨料与苯乙烯聚合物的醇溶液的质量比优选为10:1～2，更优选为10:1.2～1.8；所述苯乙烯聚合物的醇溶液中苯乙烯聚合物的质量分数优选为4～10％，更优选为 5～8％；所述苯乙烯聚合物的醇溶液的溶剂优选为乙醇。
在本发明中，所述煤矸石骨料级配优选为：粒径0～-1.18mm的煤矸石的质量分数为15～35％，粒径+1.18～-2.36mm的煤矸石的质量分数为6～9％，粒径+2.36～-4.75mm的煤矸石的质量分数为10～11％，粒径+4.75～-9.0mm的煤矸石的质量分数为12～15％，粒径+9.0～-19.0mm的煤矸石的质量分数为17～26％，粒径+19.0～-31.5mm的煤矸石的质量分数为14～26％；所述级配更优选为：粒径0～-1.18mm的煤矸石的质量分数为17～32％，粒径+1.18～-2.36mm的煤矸石的质量分数为7～8％，粒径+2.36～-4.75mm的煤矸石的质量分数为10.1～10.9％，粒径+4.75～-9.0mm的煤矸石的质量分数为13～14％，粒径+9.0～-19.0mm的煤矸石的质量分数为20～24％，粒径+19.0～-31.5mm的煤矸石的质量分数为 15～22％。本发明提供的煤矸石骨料级配符合最大密度堆积公式。在本发明中，所述煤矸石骨料优选由煤矸石经选择性破碎得到；所述选择性破碎优选按照中国专利CN 113245200 A公布的方法进行，将煤矸石进行四次破碎，五次筛分，使煤矸石中的软岩、碳质岩和煤炭反复破碎，将煤矸石中的煤和石分开。在本发明的具体实施例中，所述煤矸石优选为煤炭开采和洗选加工排放的固废废弃物，主要物相成分为石英、长石、高岭石、蒙脱石、绿泥石、云母、黄铁矿、菱铁矿等，主要成分见表2。
以质量分数计，本发明提供的生态护坡材料包括脱硫石膏6.8～10％，优选为7～9％。在本发明中，所述脱硫石膏烧失量优选为10～23％，更优选为10～20％；含水率优选为5～12％，更优选为5～10％；表观密度为 1100～1238kg/m3，更优选为1100～1200kg/m3。所述脱硫石膏的主要物相成分为CaSO4·2H2O，还含有少量CaSO4·0.5H2O和CaCO3。在本发明的具体实施例中，所述脱硫石膏优选为燃煤电厂提供的脱硫石膏，具体化学成分见表3。在本发明中，脱硫石膏是一种胶凝材料，其合理的配比能提高护坡材料的性能。
以质量分数计，本发明提供的生态护坡材料包括水泥15～22％，优选为 15～20％。在本发明中，所述水泥优选包括PO.425水泥及高于PO.425标号的水泥中的一种或几种，所述高于PO.425标号的水泥优选为PO.525水泥。
以质量分数计，本发明提供的生态护坡材料包括减水剂0.1～0.5％，优选为0.20～0.40％。在本发明中，所述减水剂优选为萘系减水剂或木质素系减水剂，更优选为FDN、UNF、NF、AF、木钙粉、MY、CH中任意一种或几种。在本发明中，所述减水剂用于改善拌合物的流动性及和易性，可显著地减少拌合用水，使得拌合物的泌水、离析现象得以改善，同时提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使护坡材料的耐久性得到提高。
以质量分数计，本发明提供的生态护坡材料包括速凝剂0.1～0.5％，优选为0.20～0.40％。在本发明中，所述速凝剂优选为硫酸盐和醇胺组成的复合速凝剂，更优选为硫酸铝与三乙醇胺复合速凝剂和海波与三乙醇胺复合速凝剂中的至少一种。本发明中所述速凝剂能够加速护坡材料的水化过程，提高护坡材料的早期强度。
在本发明中，所述生态护坡材料的制备原料还包括水，所述水的质量与所述干料的总质量之比优选为0.25～0.35:1，更优选为0.26～0.31:1。
本发明还提供了上述技术方案所述生态护坡材料的制备方法，优选包括以下步骤：
(1)将活化粉煤灰、脱硫石膏、水泥和水的质量的一半进行第一混合，得到胶凝材料；
(2)将改性煤矸石、减水剂、速凝剂、剩余水和所述胶凝材料进行第二混合，得到初级生态护坡材料；
(3)将所述初级生态护坡材料依次进行成型和养护，得到所述生态护坡材料。
本发明将活化粉煤灰、脱硫石膏、水泥和水的质量的一半进行第一混合，得到胶凝材料。本发明对所述第一混合的方式无特殊限定，只要能够混合均匀即可。在本发明的实施例中，所述第一混合优选在胶砂搅拌机中以搅拌的形式进行混合；所述第一混合优选为常温。
得到初级生态护坡材料后，本发明将改性煤矸石、减水剂、速凝剂、剩余水和所述胶凝材料进行第二混合，得到初级生态护坡材料。本发明对所述第二混合的方式无特殊限定，只要能够混合均匀即可。所述第二混合的温度优选为常温。
得到初级生态护坡材料后，本发明将所述初级生态护坡材料依次进行成型和养护，得到所述生态护坡材料。在本发明中，所述成型的温度优选为常温；所述成型优选在标准成型模具中进行。在本发明中，所述养护的温度优选为20±1℃，更优选为20℃，养护的相对湿度优选为90％～95％，养护时间优选为28天。
本发明还提供了上述技术方案所述的生态护坡材料或所述制备方法制备的生态护坡材料在煤矸石山治理中的应用。本发明对所述生态护坡材料的具体用法没有特殊限定，采用常规的水泥护坡材料的用法即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种生态护坡材料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
图1为本发明实施例中制备生态护坡材料的工艺流程图，本发明将活化粉煤灰、脱硫石膏、水泥和水混合，再添加改性煤矸石、减水剂和速凝剂，依次进行成型和养护后，得到生态护坡材料。图2为本发明实施例中制备活化粉煤灰的工艺流程图，本发明将粉煤灰进行机械和化学复合活化后得到活化粉煤灰。图3为本发明实施例中制备改性煤矸石的工艺流程图，本发明将煤矸石经选择性破碎后进行级配，得到骨料煤矸石，再用苯乙烯聚合物的乙醇溶液对骨料煤矸石表面进行包覆，得到改性煤矸石。
本发明实施例中使用的粉煤灰化学成分见表1、煤矸石化学成分见表2、脱硫石膏化学成分见表3，其中粉煤灰的粒径为120μm以下，粉煤灰的烧失量为4～12％，含水率为2～3％，表观密度为2100～2250kg/m3；脱硫石膏的烧失量为10～23％，含水率为5～12％，表观密度为1100～1238kg/m3。
表1粉煤灰的化学成分
化学成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> 烧失量
质量含量/％ 45.85 27.75 3.61 1.64 1.63 0.14 1.06 18.32
表2煤矸石的化学成分
化学成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub>
质量含量/％ 55.00～70.00 12.00～38.00 2.28～14.63 0.42～2.32 0.44～2.41 0.6～3.2 0.9～4.0
表3脱硫石膏的化学成分
成份 CaSO<sub>4</sub>·2H<sub>2</sub>O CaSO<sub>4</sub>·0.5H<sub>2</sub>O CaCO<sub>3</sub> 含水量 其它
质量含量％ 77.24 5.84 3.51 10.32 3.09
实施例1
(1)将1000g粉煤灰和化学活化剂装入CXMQ240x90球磨机内，球磨机转速为100r/min，进行机械和化学复合活化，球磨时间为25min，得到活化粉煤灰，所述活化粉煤灰中的平均粒径为-50μm的粉煤灰的质量分数为90％；
(2)按照中国专利CN 113245200 A中实施例1的方法，将煤矸石进行四次破碎，五次筛分，除去煤矸石中高炭质组分，并对选择性破碎后的煤矸石进行级配，得到0～31.5mm全粒级的煤矸石骨料；
(3)将1000g煤矸石骨料放入滚筒搅拌机内，边搅拌边用120g苯乙烯聚合物的乙醇溶液均匀喷洒煤矸石骨料表面5min，其中苯乙烯聚合物的乙醇溶液中苯乙烯聚合物的质量分数为5％，混合均匀后风干表面水分，得到改性煤矸石；
(4)常温下将活化粉煤灰、脱硫石膏、PO.425水泥和水的质量的一半在胶砂搅拌机中进行第一混合，混合均匀后，得到胶凝材料；其中水的质量与表8中干料的总质量之比为0.3：1；
(5)常温下将改性煤矸石、减水剂、速凝剂、剩余水和所述胶凝材料进行第二混合，混合均匀后，得到初级生态护坡材料，其中减水剂为MY，速凝剂为硫酸铝与三乙醇胺组成的复合速凝剂；
(6)将初级生态护坡材料常温下在标准成型模具中进行成型，成型后对所得成型材料进行养护，养护温度为20±1℃，相对湿度为90％，养护28天，得到生态护坡材料。
化学活化剂的种类和质量见表4。
煤矸石骨料级配为级配1，具体见表6。
活化粉煤灰、脱硫石膏、PO.425水泥、改性煤矸石、减水剂和速凝剂的质量分数见表8。
实施例2
参照实施例1的步骤制备生态护坡材料，不同之处为：
化学活化剂的种类和质量见表4；
煤矸石骨料级配为级配2，具体见表6；
活化粉煤灰、脱硫石膏、PO.425水泥、改性煤矸石、减水剂和速凝剂的质量分数见表8。
水的质量与表8中干料的总质量之比为0.35：1。
减水剂为CH。
实施例3
参照实施例1的步骤制备生态护坡材料，不同之处为：
化学活化剂的种类和质量见表4；
煤矸石骨料级配为级配3，具体见表6；
活化粉煤灰、脱硫石膏、PO.425水泥、改性煤矸石、减水剂和速凝剂的质量分数见表8。
水的质量与表8中干料的总质量之比为0.25：1。
减水剂为UNF，速凝剂为海波与三乙醇胺组成的复合速凝剂。
对比例1
参照实施例1的步骤制备生态护坡材料，不同之处为：
省略步骤1，粉煤灰不进行机械和化学活化，直接使用粉煤灰；
省略步骤3，煤矸石骨料不进行改性，直接使用煤矸石骨料；
粉煤灰、脱硫石膏、PO.425水泥、煤矸石骨料、减水剂和速凝剂的质量分数见表8。
对比例2
参照实施例1的步骤制备生态护坡材料，不同之处为：
步骤1中，不添加化学活化剂，粉煤灰只进行机械活化，得到机械活化粉煤灰；
煤矸石骨料级配为级配2，具体见表6；
省略步骤3，煤矸石骨料不进行改性，直接使用煤矸石骨料；
机械粉煤灰、脱硫石膏、PO.425水泥、煤矸石骨料、减水剂和速凝剂的质量分数见表8。
对比例3
参照实施例1的步骤制备生态护坡材料，不同之处为：
化学活化剂的种类和质量见表4；
煤矸石骨料级配为级配3，具体见表6；
省略步骤3，煤矸石骨料不进行改性，直接使用煤矸石骨料；
活化粉煤灰、脱硫石膏、PO.425水泥、煤矸石骨料、减水剂和速凝剂的质量分数见表8。
性能测试：
1、活化粉煤灰性能测试
在本发明中，所述粉煤灰及所述活化粉煤灰的强度指数按GB/T1596-2017 附录C《粉煤灰强度活性指数试验法》进行试验和测定，测试结果见表4。将标准配比的原料通过搅拌而形成的浆体注入长、宽、高为40mm×40mm×160 mm的长方体钢模中成型，24h后脱模，在温度为(20±1)℃、相对湿度大于 95％的标准养护箱中养护至28d，依据GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测试试样的抗压强度，并根据活性指数公式计算出活性指数。强度活性指数按式(1)计算，结果保留算至1％。
Figure BDA0003682657940000111
式(1)中：H28——强度活性指数，％；
R——试验粉煤灰或活化后粉煤灰胶砂28d强度，单位为兆帕(MPa)；
R0——对比胶砂28d强度，单位为兆帕(MPa)。
测试结果见表4:
表4粉煤灰的活化形式及其性能结果
序号 活化形式 28d抗压强度(MPa) 强度活性指数(％)
对比例1 原状粉煤灰 40.4 75.6
对比例2 机械活化(平均粒径-50μm) 44.6 83.3
对比例3 机械+化学活化(加2％wtNa<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) 49.8 93.1
实施例1 机械+化学活化(加1.5wt％Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) 48.9 91.4
实施例2 机械+化学活化(加2wt％Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>) 47.5 88.7
实施例3 机械+化学活化(加2wt％CaO) 48.6 90.8
参照 PO.425水泥 53.5 100
根据表4可以看出：活化粉煤灰的28d抗压强度和强度活性指数明显高于未活化的粉煤灰和仅经过机械活化的粉煤灰，说明机械和化学复合活化的粉煤灰其强度活性指数增加，从而有利于提高生态护坡材料的强度。强度活性指数从75.6％提高到93.1％，强度从40.4提高到49.8MPa。
2、改性煤矸石性能测试
本发明中，煤矸石骨料的级配按最大堆密度曲线n幂公式(2)计算各粒级煤矸石颗粒级配：
Figure BDA0003682657940000121
式(2)中：Bk—物料各级粒径的通过量(％)；
Ak—物料各级粒径(％)；
D—煤矸石骨料混合料的最大粒径(mm)；
n—实验指数；通常选取0.3-0.7之间。
本发明选取煤矸石的各粒级的粒径为0～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～ 4.75mm、4.75～9.0mm、9.0～19.0mm、19.0～31.5mm。选取31.5mm以下的煤矸石颗粒进行颗粒级配，选取D为31.5mm，n为0.3和0.7作为各粒级含量的上限和下限。根据最大堆密度曲线n幂公式(2)计算出的煤矸石各粒级粒度组成，具体见表5。
表5最大堆密度煤矸石各粒级含量范围
粒级/mm 0～-1.18 +1.18～-2.36 +2.36～-4.75 +4.75～-9.0 +9.0～-19.0 +19.0～-31.5
质量份数 15～35 6～9 10～11 12～15 17～26 14～26
在本发明中，所述煤矸石骨料及所述改性煤矸石的强度活性指数的表征方法为：用煤矸石混凝土强度指数与标准砂混凝土强度比值来表示，测试方法如下：
(1)按GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，测定水泥胶砂的强度指数为R0。
(2)将检测的煤矸石代替标准砂，其它条件不变，按上述方法和步骤进行试验，测定煤矸石胶砂强度Rcg。
(3)按下公式强度活性指数按式(3)式计算，结果保留算至1％。
Figure BDA0003682657940000131
式(3)中：Hcg——强度活性指数，％；
Rcg——试验煤矸石或改性后煤矸石胶砂28d强度，单位为兆帕(MPa)；
R0——对比水泥胶砂28d强度，单位为兆帕(MPa)。
三种煤矸石级配方式见表6，不同实施例使用的改性煤矸石和不同对比例煤矸石骨料的性能测试结果见表6。
表6煤矸石骨料级配明细
粒级级配/mm 0～-1.18 +1.18～-2.36 +2.36～-4.75 +4.75～-9.0 +9.0～-19.0 +19.0～-31.5
级配1，wt％ 35 9 10 12 20 14
级配2，wt％ 23 7 10 14 24 22
级配3，wt％ 17 6 10 15 26 26
表7煤矸石骨料及改性煤矸石的选用情况及其相应的性能结果
序号 样品 28d抗压强度(MPa) 强度活性指数(％)
对比例1 煤矸石骨料(级配1) 25.3 47.3
对比例2 煤矸石骨料(级配2) 23.2 43.4
对比例3 煤矸石骨料(级配3) 27.5 51.4
实施例1 改性煤矸石(级配1) 35.6 66.5
实施例2 改性煤矸石(级配2) 37.2 69.5
实施例3 改性煤矸石(级配3) 38.8 72.5
参照 标准砂 53.5 100
根据表7中的数据可以看出：改性煤矸石的28d抗压强度和强度活性指数明显高于原煤矸石骨料，由此可知，用苯乙烯聚合物的乙醇溶液对煤矸石骨料的改性，有利于提高煤矸石骨料的强度活性指数，从而有利于提高生态护坡材料的抗压强度。强度活性指数从43.4％～51.4％提高到66.5％～72.5％，成型养后的抗压强度从23.2～27.5％提高到66.5～72.5MPa。
3、生态护坡材料性能测试
在养护28天时对生态护坡材料进行抗压强度测试和冻融100次强度损失率测试，测试结果见表8，测试方法执行GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。
表8生态护坡材料制备原料配比及生态护坡材料的性能指标
Figure BDA0003682657940000141
备注：对比例1中使用的粉煤灰和煤矸石骨料，对比例2中使用的机械活化粉煤灰和煤矸石骨料，对比例3中使用的煤矸石骨料。
根据表8中的数据可以看出：实施例1～3与对比例1～3相比，粉煤灰与煤矸石分别进行了活化和改性，大大提高了生态护坡材料的抗压强度，降低了冻融100次材料的质量损失率。本发明中实施例1～3提供的生态护坡材料抗压强度高达49.3～52.4MPa，冻融100次质量损失率<5％，用作护坡材料可节省70％以上的水泥用量，是一种绿色环保建筑材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。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)

1.一种生态护坡材料，其特征在于，制备原料包括干料，所述干料包括以下质量分数的组分：
Figure FDA0003682657930000011
所述活化粉煤灰的制备方法包括：将粉煤灰进行机械和化学复合活化，得到活化粉煤灰；
所述改性煤矸石的制备方法包括：将煤矸石骨料和苯乙烯聚合物的醇溶液混合后干燥，得到改性煤矸石。
2.根据权利要求1所述的生态护坡材料，其特征在于，所述机械和化学复合活化包括：将粉煤灰和化学活化剂混合后进行球磨；所述球磨的转速为100～120r/min，所述球磨以球磨至粒径为-50μm的粉煤灰占粉煤灰总质量的90％以上为准；所述化学活化剂包括碳酸盐、生石灰和硫酸盐中的一种或几种；所述粉煤灰与化学活化剂的质量比为100：1～2。
3.根据权利要求1所述的生态护坡材料，其特征在于，所述煤矸石骨料的级配为：粒径0～-1.18mm的煤矸石的质量分数为15～35％，粒径+1.18～-2.36mm的煤矸石的质量分数为6～9％，粒径+2.36～-4.75mm的煤矸石的质量分数为10～11％，粒径+4.75～-9.0mm的煤矸石的质量分数为12～15％，粒径+9.0～-19.0mm的煤矸石的质量分数为17～26％，粒径+19.0～-31.5mm的煤矸石的质量分数为14～26％。
4.根据权利要求1所述的生态护坡材料，其特征在于，所述煤矸石骨料与苯乙烯聚合物的醇溶液的质量比为10:1～2，所述混合的时间为4～6min；所述苯乙烯聚合物的醇溶液中苯乙烯聚合物的质量分数为4～10％；所述苯乙烯聚合物的醇溶液的溶剂为乙醇。
5.根据权利要求1所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述生态护坡材料的制备原料还包括水，所述水的质量与所述干料的总质量之比为0.25～0.35:1。
6.根据权利要求1或2所述的生态护坡材料，其特征在于，所述粉煤灰的粒径为120μm以下；
所述脱硫石膏的烧失量为10～23％，含水率为5～12％，表观密度为1100～1238kg/m3；
所述水泥包括PO.425水泥及高于PO.425标号的水泥中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的生态护坡材料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂或木质素系减水剂；所述速凝剂为硫酸盐和醇胺组成的复合速凝剂。
8.权利要求1～7任一项所述生态护坡材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将活化粉煤灰、脱硫石膏、水泥和水的质量的一半进行第一混合，得到胶凝材料；
(2)将改性煤矸石、减水剂、速凝剂、剩余水和所述胶凝材料进行第二混合，得到初级生态护坡材料；
(3)将所述初级生态护坡材料依次进行成型和养护，得到所述生态护坡材料。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述养护的温度为20±1℃，相对湿度为90％～95％。
10.权利要求1～7任意一项所述的生态护坡材料或权利要求8～9任意一项所述制备方法制备的生态护坡材料在煤矸石山治理中的应用。
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