CN115849747B - 一种煤矸石-炉渣基地聚物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了种煤矸石‑炉渣基地聚物及其制备方法，包括下列重量份的原料：固体废弃物100～120份；激发剂60～70份；额外填料5～18份；水100～120份；所述固体废弃物包括煤矸石与炉渣，激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂为NaAlO2、Na3PO4、NaOH的混合物，所述额外填料为Al2O3。本发明的优点，价格低廉，来源广泛；提高固废的综合利用量，降低固废堆积造成的环境危害；地聚物耐高温性能得到极大改善，可作为耐火耐高温材料。
Description
技术领域
本发明涉及化工生产技术领域，尤其涉及一种煤矸石-炉渣基地聚物及其制备方法。
背景技术
地质聚合物是拥有三维结构的铝硅酸盐非晶材料。它通过碱激发活性铝硅酸矿物而制备，其反应过程包括铝硅酸盐矿物的溶解，地质聚合物凝胶的形成和地质聚合物的固结。该材料是近年来新发展起来的、有可能在许多场合代替水泥，并有着比水泥更优异性能的新型材料。地质聚合物被认为是由地球化学作用或人工模仿地质合成作用而制造出的、以无机聚合物为基体的、坚硬的人造岩石。这种人造岩石具有天然岩石样的硬度、耐久性和热稳定性。
煤矸石是指煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废弃物。煤矸石由粘土岩、砂岩、碳酸盐岩和铝质岩组成。它主要是一种无机混合物，它主要由铝硅酸盐组成，含有不同量的Fe2O3和CaO、MgO、K2O等无机物质。煤矸石是一种黑色固体。燃烧后通常结构松散，呈淡黄色。由于各个岩石种类不同，其矿物组成具有一定的复杂性，煤矸石主要由粘土矿物高岭石、伊利石、蒙脱石、勃母石、石英、方解石、硫酸铁及碳质组成。据统计，我国目前煤矸石累计堆存量已达70亿吨以上，占地面积高达70平方千米，并且数量还在以每年3.0-3.5亿吨增加。截止2020年底，煤矸石利用率虽然已经超过百分之七十，但是用作制备新型胶凝材料的占比却非常低，仍有较大的提升空间。如果我国能够把堆积的煤矸石进行合理充分地利用，不仅可以解决所带来的环境污染问题，还可以创造巨大经济价值。
发明内容
本发明提供一种煤矸石-炉渣基地聚物及其制备方法。这种胶凝材料具有绿色环保的特点，且具有良好的抗压和耐火耐高温效果，可以作为建材和保温墙体使用，具备较好的应用前景。
本发明的方案是：
一种煤矸石-炉渣基地聚物，包括下列重量份的原料：
所述固体废弃物包括煤矸石与炉渣，激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂为NaAlO2、Na3PO4、NaOH的混合物，所述额外填料为Al2O3。
作为优选的技术方案，所述固体废弃物中煤矸石与炉渣的质量比为1～4:1。
作为优选的技术方案，所述水与固体废弃物的质量比为0.70～1.20。
作为优选的技术方案，所述碱性激发剂中所述NaAlO2、Na3PO4、NaOH的质量比为1：1：1。
作为优选的技术方案，所述额外填料和固体废弃物的质量比为0.05～0.10。
本发明还公开了一种煤矸石-炉渣基地聚物制备方法，包括下列步骤：
S1、将煤矸石破碎、分级、过筛，炉渣过筛待用；
S2、分别将炉渣在烘箱中烘干，煤矸石在马弗炉中煅烧，得到地质聚合物固体原料；
S3、称量碱激发剂与去离子水后将二者混合进行加热，待溶解完毕后拿出，冷却至室温待用；
S4、将步骤S2中所得到的地质聚合物固体原料加入至步骤S3中所得到的碱激发剂混合，通过玻璃棒混匀搅拌，搅拌后注入模具中，放置于振动台振动以排除气泡，之后将模具密封，放入烘箱养护成型。
作为优选的技术方案，所述步骤S1中将煤矸石过筛200目，炉渣过筛200目待用。
作为优选的技术方案，所述步骤S2中将炉渣在60～90℃烘箱下烘干9～12h，煤矸石在马弗炉中以700～900℃煅烧6～8h。
作为优选的技术方案，所述步骤S3中水浴加热20～40min。
作为优选的技术方案，所述步骤S4中通过玻璃棒混匀搅拌3～5min，振动台振动3～5min，60℃下养护6h成型。
由于采用了上述技术方案一种煤矸石-炉渣基地聚物及其制备方法，包括下列重量份的原料：固体废弃物100～120份；激发剂60～70份；额外填料5～18份；水100～120份；所述固体废弃物包括煤矸石与炉渣，激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂为NaAlO2、Na3PO4、NaOH的混合物，所述额外填料为Al2O3；。
本发明的优点：
1)经济效益明显，本发明原材料为工业固体废弃物，价格低廉，来源广泛；
2)环保效益好，本发明可消纳大宗固废的储存量，提高固废的综合利用量，降低固废堆积造成的环境危害；
3)实用性强，本发明以煤矸石和炉渣为主要原料制备煤矸石-炉渣地聚物，可实现煤矸石和炉渣的高附加值应用，所得煤矸石-炉渣地聚物具有良好的力学性能，可以达到普通硅酸盐水泥所需的抗压强度和抗折强度，有望代替普通混凝土广泛应用于普通建筑工程领域，并且通过加入额外填料后，地聚物耐高温性能得到极大改善，可作为耐火耐高温材料。
具体实施方式
为了弥补以上不足，本发明提供了一种煤矸石-炉渣基地聚物及其制备方法以解决上述背景技术中的问题。
一种煤矸石-炉渣基地聚物，包括下列重量份的原料：
所述固体废弃物包括煤矸石与炉渣，激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂为NaAlO2、Na3PO4、NaOH的混合物，所述额外填料为Al2O3。
所述固体废弃物中煤矸石与炉渣的质量比为1～4:1。
所述水与固体废弃物的质量比为0.70～1.20。
所述碱性激发剂中所述NaAlO2、Na3PO4、NaOH的质量比为1：1：1。
所述额外填料和固体废弃物的质量比为0.05～0.10。
本发明还公开了一种煤矸石-炉渣基地聚物制备方法，包括下列步骤：
S1、将煤矸石破碎、分级、过筛，炉渣过筛待用；
S2、分别将炉渣在烘箱中烘干，煤矸石在马弗炉中煅烧，得到地质聚合物固体原料；
S3、称量碱激发剂与去离子水后将二者混合进行加热，待溶解完毕后拿出，冷却至室温待用；
S4、将步骤S2中所得到的地质聚合物固体原料加入至步骤S3中所得到的碱激发剂混合，通过玻璃棒混匀搅拌，搅拌后注入模具中，放置于振动台振动以排除气泡，之后将模具密封，放入烘箱养护成型。
所述步骤S1中将煤矸石过筛200目，炉渣过筛200目待用。
所述步骤S2中将炉渣在60～90℃烘箱下烘干9～12h，煤矸石在马弗炉中以700～900℃煅烧6～8h。
所述步骤S3中水浴加热20～40min。
所述步骤S4中通过玻璃棒混匀搅拌3～5min，振动台振动3～5min，60℃下养护6h成型。
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为11.5MPa、10.7MPa、10.8MPa，取平均值11.0MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为20.0MPa、22.8MPa、23.5MPa，取平均值22.1MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为2.1MPa、2.2MPa、1.4MPa，取平均值1.9MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.2MPa、4.7MPa、4.3MPa，取平均值4.9MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例2：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为Na3PO4，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份Na3PO4，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为12.4MPa、13.3MPa、15.1MPa，取平均值13.6MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为30.6MPa、34.7MPa、36.1MPa，取平均值33.8MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为2.5MPa、2.8MPa、3.1MPa，取平均值2.8MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为5.0MPa、5.2MPa、6.0MPa，取平均值5.4MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例3：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaOH，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为9.4MPa、10.2MPa、12.5MPa，取平均值10.7MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为21.6MPa、24.7MPa、30.5MPa，取平均值25.6MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为2.7MPa、3.0MPa、3.0MPa，取平均值2.9MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为5.2MPa、5.6MPa、6.3MPa，取平均值5.7MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例4：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2和NaOH(NaAlO2添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为9.8MPa、10.2MPa、11.8MPa，取平均值10.6MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为22.0MPa、25.8MPa、27.5MPa，取平均值25.1MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为3.5MPa、3.6MPa、3.7MPa，取平均值3.6MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.9MPa、6.3MPa、6.8MPa，取平均值6.0MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例5：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为Na3PO4和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份Na3PO4和NaOH(Na3PO4添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为14.0MPa、15.6MPa、17.8MPa，取平均值15.8MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为27.4MPa、30.5MPa、36.9MPa，取平均值31.6MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为2.4MPa、2.9MPa、3.7MPa，取平均值3.0MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.7MPa、6.0MPa、6.7MPa，取平均值5.8MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例6：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2和Na3PO4，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2和Na3PO4(NaAlO2添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为12.8MPa、13.9MPa、16.8MPa，取平均值14.5MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为29.9MPa、30.1MPa、29.7MPa，取平均值29.9MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为3.2MPa、2.6MPa、3.8MPa，取平均值3.2MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为5.2MPa、6.0MPa、7.4MPa，取平均值6.2MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例7：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2、Na3PO4和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2、Na3PO4和NaOH(NaAlO2添量为22份，Na3PO4添量为22份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为17.4MPa、18.0MPa、19.2MPa，取平均值18.2MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为44.7MPa、48.4MPa、43.7MPa，取平均值45.6MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为3.7MPa、4.2MPa、3.5MPa，取平均值3.8MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为8.0MPa、8.4MPa、8.8MPa，取平均值8.4MPa作为28d平均抗折强度结果。
800℃煅烧2h质量损失为8.3％、8.5％、9.0％，取平均值8.6％作为800℃质量损失结果，1000℃煅烧2h质量损失为22.4％、23.4％、24.4％，取平均值24.4％作为1000℃质量损失结果。
实施例8：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2、Na3PO4和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为48份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2、Na3PO4和NaOH(NaAlO2添量为22份，Na3PO4添量为22份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为13.9MPa、17.8MPa、17.5MPa，取平均值16.4MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为40.0MPa、42.4MPa、42.7MPa，取平均值41.7MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为3.4MPa、3.4MPa、4.0MPa，取平均值3.6MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为8.6MPa、7.9MPa、7.8MPa，取平均值8.1MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例9：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2、Na3PO4和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为24份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2、Na3PO4和NaOH(NaAlO2添量为22份，Na3PO4添量为22份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为10.8MPa、11.9MPa、12.7MPa，取平均值11.8MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为33.6MPa、32.0MPa、33.1MPa，取平均值32.9MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为2.1MPa、2.5MPa、3.2MPa，取平均值2.6MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为6.0MPa、6.0MPa、6.9MPa，取平均值6.3MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例10：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为48份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为9.4MPa、9.9MPa、10.4MPa，取平均值9.9MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为20.0MPa、22.8MPa、16.0MPa，取平均值19.6MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.9MPa、2.9MPa、3.0MPa，取平均值2.6MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.2MPa、5.6MPa、6.1MPa，取平均值5.3MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例11：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为24份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为6.1MPa、6.3MPa、6.5MPa，取平均值6.3MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为14.9MPa、15.6MPa、15.7MPa，取平均值15.4MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa，取平均值1.5MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为3.4MPa、3.7MPa、4.0MPa，取平均值3.7MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例12：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为Na3PO4，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为48份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份Na3PO4，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为10.7MPa、11.0MPa、12.5MPa，取平均值11.4MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为30.0MPa、28.8MPa、31.2MPa，取平均值30.0MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.9MPa、2.9MPa、2.7MPa，取平均值2.5MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为5.4MPa、4.7MPa、4.9MPa，取平均值5.0MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例13：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为Na3PO4，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为24份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份Na3PO4，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为7.9MPa、8.9MPa、10.8MPa，取平均值9.2MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为20.0MPa、22.8MPa、21.1MPa，取平均值21.3MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.3MPa、1.3MPa、1.6MPa，取平均值1.4MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为3.0MPa、3.4MPa、4.4MPa，取平均值3.6MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例14：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为48份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaOH，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为10.0MPa、11.0MPa、6.6MPa，取平均值9.3MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为20.1MPa、22.8MPa、24.3MPa，取平均值22.4MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.7MPa、1.7MPa、2.0MPa，取平均值1.8MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.2MPa、4.7MPa、4.3MPa，取平均值4.4MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例15：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为24份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaOH，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为6.0MPa、6.2MPa、6.7MPa，取平均值6.3MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为14.6MPa、15.0MPa、16.3MPa，取平均值15.3MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.4MPa、1.3MPa、1.8MPa，取平均值1.5MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.2MPa、3.1MPa、2.3MPa，取平均值3.2MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例16：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为48份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2和NaOH(NaAlO2添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为10.0MPa、12.8MPa、7.5MPa，取平均值10.1MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为22.0MPa、22.8MPa、24.8MPa，取平均值23.2MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为4.2MPa、3.3MPa、2.7MPa，取平均值3.4MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为5.2MPa、5.7MPa、5.9MPa，取平均值5.6MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例17：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为24份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2和NaOH(NaAlO2添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为7.3MPa、7.5MPa、7.7MPa，取平均值7.5MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为16.2MPa、16.0MPa、17.0MPa，取平均值16.4MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.6MPa、1.7MPa、2.4MPa，取平均值1.9MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.2MPa、3.7MPa、4.1MPa，取平均值4.0MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例18：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaOH和Na3PO4，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为48份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaOH和Na3PO4(NaOH添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为10.0MPa、12.8MPa、14.4MPa，取平均值12.4MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为30.0MPa、24.1MPa、30.8MPa，取平均值28.3MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为2.2MPa、2.7MPa、3.2MPa，取平均值2.7MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为5.2MPa、5.7MPa、5.6MPa，取平均值5.5MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例19：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaOH和Na3PO4，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为24份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaOH和Na3PO4(NaOH添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为10.0MPa、7.6MPa、10.6MPa，取平均值9.4MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为19.8MPa、23.8MPa、18.2MPa，取平均值20.6MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.2MPa、1.7MPa、1.6MPa，取平均值1.5MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.3MPa、4.8MPa、4.7MPa，取平均值4.6MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例20：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2和Na3PO4，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为48份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2和Na3PO4(NaAlO2添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为11.6MPa、11.8MPa、13.5MPa，取平均值12.3MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为26.0MPa、28.8MPa、26.5MPa，取平均值27.1MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为2.2MPa、2.7MPa、3.8MPa，取平均值2.9MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为5.2MPa、5.7MPa、5.0MPa，取平均值5.3MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例21：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂和水，其中碱激发剂为NaAlO2和Na3PO4，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为24份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称66份NaAlO2和Na3PO4(NaAlO2添量为33份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为8.0MPa、9.4MPa、9.3MPa，取平均值8.9MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为20.2MPa、17.7MPa、20.6MPa，取平均值19.5MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为1.4MPa、1.7MPa、2.0MPa，取平均值1.7MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为4.2MPa、4.7MPa、3.4MPa，取平均值4.1MPa作为28d平均抗折强度结果。
实施例22：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂、额外填料和水，其中碱激发剂为NaAlO2、Na3PO4和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称6份额外填料Al2O3，称66份NaAlO2、Na3PO4和NaOH(NaAlO2添量为22份，Na3PO4添量为22份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)以及Al2O3混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为17.4MPa、18.4MPa、17.9MPa，取平均值17.9MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为44.7MPa、46.4MPa、43.3MPa，取平均值44.8MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为3.4MPa、4.0MPa、3.4MPa，取平均值3.6MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为8.2MPa、8.4MPa、8.6MPa，取平均值8.4MPa作为28d平均抗折强度结果。
800℃煅烧2h质量损失为4.3％、4.5％、4.1％，取平均值4.3％作为800℃质量损失结果，1000℃煅烧2h质量损失为12.4％、11.4％、9.8％，取平均值11.2％作为1000℃质量损失结果。
实施例23：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂、额外填料和水，其中碱激发剂为NaAlO2、Na3PO4和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称12份额外填料Al2O3，称66份NaAlO2、Na3PO4和NaOH(NaAlO2添量为22份，Na3PO4添量为22份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)以及Al2O3混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为19.1MPa、19.0MPa、19.2MPa，取平均值19.1MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为45.7MPa、45.4MPa、48.7MPa，取平均值46.6MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为3.7MPa、4.2MPa、3.8MPa，取平均值3.9MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为8.5MPa、9.4MPa、8.8MPa，取平均值8.9MPa作为28d平均抗折强度结果。
800℃煅烧2h质量损失为3.3％、3.5％、3.7％，取平均值3.5％作为800℃质量损失结果，1000℃煅烧2h质量损失为9.4％、9.4％、10.3％，取平均值9.7％作为1000℃质量损失结果。
实施例24：
地聚合物材料包括：煤矸石、炉渣、碱激发剂、额外填料和水，其中碱激发剂为NaAlO2、Na3PO4和NaOH，水固比为0.97。
将炉渣在90℃下烘干12h，将煤矸石在煅烧炉中以800℃煅烧6h，将烘干后的固体废物原料冷却、破碎、磨粉至200目；称煤矸石和炉渣共120份(炉渣添量为60份)两种工业固体废弃物作为地聚合物的混合物，称18份额外填料Al2O3，称66份NaAlO2、Na3PO4和NaOH(NaAlO2添量为22份，Na3PO4添量为22份)，加入117份水溶解(水固比为0.97)。
将配制好的碱激发剂与已经干燥粉磨的煤矸石及炉渣(200目)以及Al2O3混合，混匀搅拌5min，搅拌后注模，放置于振动台振动3min以排除气泡，之后将模具密封，在60℃下养护6h成型，然后在室温下继续养护3d和28d。
用微机控制抗压抗折一体机对煤矸石-炉渣基地质聚合物进行抗压强度和抗折强度测试，3d抗压强度测试结果为11.4MPa、12.0MPa、14.4MPa，取平均值12.6MPa作为3d平均抗压强度结果，28d抗压强度测试结果为40.7MPa、38.4MPa、38.5MPa，取平均值39.2MPa作为28d平均抗压强度结果，3d抗折强度测试结果为2.7MPa、3.2MPa、3.4MPa，取平均值3.1MPa作为3d平均抗折强度结果，28d抗折强度测试结果为8.0MPa、6.4MPa、7.2MPa，取平均值7.2MPa作为28d平均抗折强度结果。
800℃煅烧2h质量损失为3.3％、3.0％、3.3％，取平均值3.2％作为800℃质量损失结果，1000℃煅烧2h质量损失为9.7％、8.4％、10.4％，取平均值9.5％作为1000℃质量损失结果。
对实施例1-24所制得的地聚合物的抗压和抗折进行测试，对实施例7和22-24所制得的地聚合物的耐高温性能进行测试，所得性能数据如下表所示：
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综上所述，本发明公开了一种煤矸石-炉渣基地聚物及其制备方法，原料包括固体废弃物100～120份、激发剂60～70份、额外填料5～18份和水100～120份；所述固体废弃物为工业固废，包括煤矸石和炉渣；所述激发剂为NaAlO2、Na3PO4、NaOH；本发明原材料为工业固体废弃物，价格低廉，来源广泛。通过改变碱性激发剂的种类，可提升所得地聚物材料的力学性能；通过额外填料的加入，明显改善了地聚物耐高温性能；此外，本发明可实现煤矸石、炉渣两种工业固废在地聚物材料中的高掺量应用，具有重要的经济和环境效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种煤矸石-炉渣基地聚物，其特征在于，包括下列重量份的原料：
固体废弃物100～120份；
激发剂60～70份；
额外填料5～18份；
水100～120份；
所述固体废弃物包括煤矸石与炉渣，激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂为NaAlO2、Na3PO4、NaOH的混合物，所述额外填料为Al2O3；
所述固体废弃物中煤矸石与炉渣的质量比为1～4:1；
所述水与固体废弃物的质量比为0.70～1.20；
所述碱性激发剂中所述NaAlO2、Na3PO4、NaOH的质量比为1：1：1；
所述额外填料和固体废弃物的质量比为0.05～0.10。
2.一种如权利要求1中所述煤矸石-炉渣基地聚物的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括下列步骤：
S1、将煤矸石破碎、分级、过筛，炉渣过筛待用；
S2、分别将炉渣在烘箱中烘干，煤矸石在马弗炉中煅烧，得到地质聚合物固体原料；
S3、称量碱激发剂与去离子水后将二者混合进行加热，待溶解完毕后拿出，冷却至室温
待用；
S4、将步骤S2中所得到的地质聚合物固体原料加入至步骤S3中所得到的碱激发剂混合，通过玻璃棒混匀搅拌，搅拌后注入模具中，放置于振动台振动以排除气泡，之后将模具密封，放入烘箱养护成型。
3.如权利要求2所述的煤矸石-炉渣基地聚物的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中将煤矸石过筛200目，炉渣过筛200目待用。
4.如权利要求2所述的煤矸石-炉渣基地聚物的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中将炉渣在60～90℃烘箱下烘干9～12h，煤矸石在马弗炉中以700～900℃煅烧6～8h。
5.如权利要求2所述的煤矸石-炉渣基地聚物的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中水浴加热20～40min。
6.如权利要求2所述的煤矸石-炉渣基地聚物的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中通过玻璃棒混匀搅拌3～5min，振动台振动3～5min，60℃下养护6h成型。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| John L. Provis[英]等主编.碱激发材料.中国建材工业出版社,2019,(第1版),第279页. * |
| 刘荣贵等.五金交电化工建材商品实用手册-建筑材料篇.中国物资出版社,1997,(第1版),第187页. * |
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