CN116217104A - 一种多源固废协同全固废高强胶凝材料及其制备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种多源固废协同全固废高强胶凝材料及其制备,所述胶凝材料包括粉煤灰、高炉矿渣、钢渣和硅渣中的至少两种以及激活剂;所述胶凝材料按重量份计包括所述粉煤灰0至100份,所述高炉矿渣0至100份,所述钢渣0至40份,所述硅渣0至40份和所述激活剂40至50份;本申请可获得具备显著强度优势的碱激发无机胶凝材料,28天养护后强度可达115.8MPa。本申请提出多源固废协同制备碱激发无机胶凝材料,无需高温煅烧与复杂工艺流程,获得高强胶凝材料同步消纳多种固体废弃物,实现多种固体废弃物同步处置,推动多源固体废弃物的协同综合利用与高值资源化,丰富碱激发材料原料种类与配比。
Description
技术领域
本文涉及但不限于固体废弃物综合利用技术领域,尤其涉及但不限于一种以多源固体废弃物材料为原料的高强度碱激发无机胶凝材料及其制备。
背景技术
碱激发无机胶凝材料,其基本结构是基于硅氧四面体与铝氧四面体共享氧原子生成的非晶相三维网状结构体。由于其特殊的水合硅铝酸钠结构,其成型主要依赖于离子键作用,相较于传统波特兰水泥的水合硅酸钙结构成型依赖的范德华力作用,碱激发无机胶凝材料在结构强度、化学稳定性、耐高温和耐久性方面均具有显著的优势,已经得到了全球范围研究者们的普遍关注。
该材料从二十世纪八十年代由德国学者提出后,其制备原料主要依赖粉煤灰和偏高岭土,其中偏高岭土(Al2O3·2SiO2)需要将高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)煅烧至600℃至900℃进行脱水形成。过程能耗高同时需要消耗不可再生矿物材料。而相比之下单一粉煤灰制备的碱激发材料结构强度较偏高岭土基材料低,结构强度优势不足。因而拓宽碱激发材料的制备原料,对于提升材料的结构强度,降低材料制备成本具有重要意义。
固体废弃物材料来源众多,而不同行业产生的固废材料构成组分差异明显,然而大部分固废材料中都含有大量的硅、铝、氧元素,这些元素可以为碱激发材料提供骨架结构,具备制备为碱激发材料的潜力。
不同行业的区域分布、相关固废产量、固废组分差异会造成碱激发材料最终性能差异大、品控稳定性差。本申请通过多源固废组分解析与协同利用,可以对原料组分进行深入调控,提升材料最终成型强度的同时,保障材料原料的稳定性,从而减少对于固废分布、产量与组分构成的敏感性,提升最终产品的品控稳定性,对于相关产品的大规模量化生产具有重要意义。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请针对上述问题,提供一种多源固体废弃物材料衍生复合无机胶凝材料及其制备方法。利用粉煤灰、高炉矿渣、钢渣、硅灰,在激活剂的作用下,调控原料种类与配比,制备具有更高机械强度复合无机胶凝材料。
本申请的目的还在于提供一种多源固体废弃物同步消纳的资源化利用方法,该方法工艺流程精简,原料成本与制备成本低廉,成型材料具备应用价值,实现多种固体废弃物的同步高效消纳利用。
本申请提供了一种胶凝材料,所述胶凝材料包括粉煤灰、高炉矿渣、钢渣和硅渣中的至少两种以及激活剂;
所述胶凝材料按重量份计包括所述粉煤灰0至100份,所述高炉矿渣0至100份,所述钢渣0至40份,所述硅渣0至40份和所述激活剂40至50份。
在本申请提供的一种实施方式中,所述胶凝材料按重量份计包括所述粉煤灰0至100份,所述高炉矿渣0至100份,所述钢渣0至40份,所述硅渣0至40份和所述激活剂40至50份,且胶凝材料的组成不包括仅由高炉矿渣、硅渣、钢渣重量比为1:1:1的方案。
在本申请提供的一种实施方式中,所述胶凝材料按重量份计包括粉煤灰50至100份,高炉矿渣50至100份,钢渣10至40份,硅渣10至40份,激活剂40至50份,去离子水5至10份。
在本申请提供的一种实施方式中,所述粉煤灰、所述高炉矿渣、所述钢渣和所述硅渣中的任意一种或更多种的粒径不大于75μm。
在本申请提供的一种实施方式中,所述粉煤灰中的二氧化硅含量≥43wt.%,三氧化二铝含量≥40wt.%,三氧化二铁含量≥5.9wt.%,氧化钙含量≥2.8wt.%,氧化镁含量≥0.4wt.%;余量可以为五氧化二磷、氧化钾等物质。
在本申请提供的一种实施方式中,所述粉煤灰来自火电厂燃煤过程烟道气体中收集的细灰,经70℃干燥后过筛收集。
在本申请提供的一种实施方式中,所述钢渣中的二氧化硅含量≥11.6wt.%,三氧化二铝含量≥4.1wt.%,三氧化二铁含量≥20.0wt.%,氧化钙含量≥48.4wt.%,氧化镁含量≥3.6wt.%;余量可以为氧化钠、二氧化钛、五氧化二磷、氧化钾等物质。
所述的钢渣来自炼钢过程中产生的废渣,经70℃干燥后研磨过筛收集。
在本申请提供的一种实施方式中,所述硅渣中的二氧化硅含量≥97.5wt.%;余量可以为三氧化二铝、氧化钙、三氧化二铁、氧化镁等物质。
所述的硅渣来自硅矿石提炼过程中产生的废渣,经70℃干燥后过筛收集。
在本申请提供的一种实施方式中,所述高炉矿渣中的二氧化硅含量≥21.6wt.%,三氧化二铝含量≥11.4wt.%,三氧化二铁含量≥0.6wt.%,氧化钙含量≥55.6wt.%,氧化镁含量≥5.8wt.%余量为三氧化二铁、二氧化钛、氧化钾等物质。
所述的高炉矿渣来自炼钢过程中产生的副产品,经70℃干燥后研磨过筛收集。
在本申请提供的一种实施方式中,所述激活剂包括水合硅酸盐溶液和强碱。
在本申请提供的一种实施方式中,所述水合硅酸盐溶液的模数为3.3至3.8。
在本申请提供的一种实施方式中,所述强碱选自氢氧化钠,在本申请提供的一种实施方式中,所述激活剂中的Na2O/SiO2的摩尔浓度比例为0.667。
又一方面,本申请提供了一种上述的胶凝材料的制备方法,所述方法包括:
将所述粉煤灰、所述高炉矿渣、所述钢渣和所述硅渣中两种、三种或四种混合均匀,制得复合固体原料;
将所述复合固体原料、所述激活剂和水混合均匀,即得所述胶凝材料浆体。
在本申请提供的一种实施方式中,所述粉煤灰、所述高炉矿渣、所述钢渣和所述硅渣中两种、三种或四种混合的混合速率为100r/min至200r/min,混合时间为5min至7min。
在本申请提供的一种实施方式中,所述激活剂选自碱激活剂,所述水合硅酸盐溶液和强碱混合均匀制得澄清透明的激活剂。
在本申请提供的一种实施方式中,所述激活剂在使用前进行超声震荡处理;在本申请提供的一种实施方式中,所述超声的功率为400W至500W;在本申请提供的一种实施方式中,所述超声的频率为40kHz;可选地,所述超声的时间为3min至5min。
又一方面,本申请提供了一种胶凝材料浆体,包括混合均匀的上述胶凝材料和水,
在本申请提供的一种实施方式中,所述胶凝材料浆体的制备可以是将所述复合固体原料、所述激活剂和水混合均匀。
在本申请提供的一种实施方式中,所述胶凝材料和水混合的混合速率为1500r/min至2000r/min,混合时间为5min至6min。
在本申请提供的一种实施方式中,所述粉煤灰、所述高炉矿渣、所述钢渣和所述硅渣的重量和与所述水的重量比为7:1至5:1。
在本申请提供的一种实施方式中,所述胶凝材料浆体注入模具养护过程中,需要密封养护,例如使用聚乙烯膜密封养护。
相比于传统碱激发无机胶凝材料制备技术,本申请主要有益效果如下:
(1)本申请所使用四种固体废弃物,为现阶段能源与冶炼工业中常见废弃物与副产物,来源广泛、廉价易得,通过合理配置可以改善单一原料制备产品的强度性能与早强性能,同步解决多种固体废弃物堆积造成的潜在环境危害,提供了一种多源固废同步消纳资源化的途径。
(2)通过本申请的制备方法,获得的碱激发复合无机胶凝材料的通过优化原料种类与配比方式,养护7天的早期最大无侧限机械抗压强度可达107.5MPa,较单一无机胶凝材料强度提升32.92%,养护28天后其最大无侧限机械抗压强度可达115.8MPa,较单一无机胶凝材料强度提升20.88%。
(3)本申请的碱激发复合无机胶凝材料原料来源广泛、工艺流程简单,无需高温高压过程,制备难度低、易于操作,具备推广可行性。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案,并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是本申请涉及的四种固体废弃物原料的光学照片与扫描电镜(×5000)图像。
图2是本申请涉及的碱激发复合无机胶凝材料的制备流程示意图。
图3是本申请实施例1至6碱激发复合无机胶凝材料的扫描电镜(×5000)图像。
图4是本申请涉及的基于粉煤灰、硅渣、钢渣原料制备的碱激发无机胶凝材料抗压强度变化情况。
图5是本申请涉及的基于高炉矿渣、硅渣、钢渣、粉煤灰原料制备的碱激发无机胶凝材料抗压强度变化情况。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1:
(1)固体废弃物原料选取:粉煤灰来自河北某火电厂燃煤过程烟道气体中收集的细灰,将其在70℃下干燥后过筛,获取粒径≤75μm的粉煤灰颗粒,其二氧化硅含量为43wt.%,三氧化二铝含量为40wt.%,三氧化二铁含量为5.9wt.%,氧化钙含量为2.8wt.%,氧化镁含量为0.4wt.%。钢渣来自河北某炼钢厂高炉炼钢过程,将其在70℃下干燥后,研磨过筛,获取粒径≤75μm的钢渣颗粒,其二氧化硅含量为11.6wt.%,三氧化二铝含量为4.1wt.%,三氧化二铁含量为20.0wt.%,氧化钙含量为48.4wt.%,氧化镁含量为3.6wt.%。
(2)复合固体原料制备:选择粉煤灰、钢渣两种材料粉体在反应器中进行组合,其中粉煤灰与钢渣的重量比例为7:3,通过搅拌机搅拌5min,搅拌速度为500r/min,获得复合固体原料。
(3)超声强化复合碱激活剂制备:称取适量模数为3.80的水合硅酸钠溶液,将氢氧化钠加入溶液中,Na2O/SiO2调整为0.667充分搅拌至完全溶解,然后通过超声震荡机进行震荡,超声功率为500W,超声频率为40kHz,超声时间为3min,直至溶液澄清透明。
(4)碱激发无机胶凝材料浆体制备:将复合固体原料与超声强化复合碱激活剂进行混合,两者重量比为2:1,加入适量去离子水,所述去离子水与复合固体原料的重量比为1:6。通过搅拌机搅拌5min,搅拌速度为2000r/min。获得碱激发无机胶凝材料浆体。
(5)材料成型与养护:将碱激发无机胶凝材料浆体注入模具中,震荡至无气泡冒出,通过聚乙烯膜将材料与模具共同密封后,置于恒温养护箱中在70℃下养护12h,然后取出后在室温条件下进行养护。
所得的粉煤灰-钢渣碱激发复合无机胶凝材料试块经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为34.2MPa、24.9MPa、27.0MPa。
实施例2:
(1)固体废弃物原料选取:粉煤灰选择同实施例1中步骤(1),硅渣来自河南某硅矿石加工工厂硅提炼工艺产生副产物,将其在70℃下干燥后过筛,获取粒径≤75μm的硅渣颗粒,其二氧化硅含量为97.5wt.%。
(2)复合固体原料制备:选择粉煤灰、硅渣两种材料粉体在反应器中进行组合,其中粉煤灰与硅渣的重量比例为6:4,通过搅拌机搅拌5min,搅拌速度为200r/min,获得复合固体原料。
(3)超声强化复合碱激活剂制备:所述同实施例1中步骤(3)。
(4)碱激发无机胶凝材料浆体制备:所述同实施例1中步骤(4)。
(5)材料成型与养护:所述同实施例1中步骤(5)。
所得的粉煤灰-硅渣碱激发复合无机胶凝材料试块经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为26.8MPa、31.3MPa、33.8MPa。
实施例3:
(1)固体废弃物原料选取:粉煤灰、钢渣选取所述同实施例1中步骤(1),硅渣选取所述同实施例2中的步骤(1);
(2)复合固体原料制备:选择粉煤灰、硅渣、钢渣三种材料粉体在反应器中进行组合,其中粉煤灰、硅渣、钢渣的重量比例为6:3:1,通过搅拌机搅拌5min,搅拌速度为200r/min,获得复合固体原料。
(3)超声强化复合碱激活剂制备:所述同实施例1中步骤(3)。
(4)碱激发无机胶凝材料浆体制备:所述同实施例1中步骤(4)。
(5)材料成型与养护:所述同实施例1中步骤(5)。
所得的粉煤灰-硅渣-钢渣碱激发复合无机胶凝材料试块经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为14.4MPa、16.6MPa、22.5MPa。
实施例4:
(1)固体废弃物原料选取:钢渣选取所述同实施例1中步骤(1),高炉矿渣来自河北某炼钢厂高炉炼钢过程,将其在70℃下干燥后,研磨过筛,获取粒径≤75μm的矿渣颗粒,其二氧化硅含量为21.6wt.%,三氧化二铝含量为11.4wt.%,三氧化二铁含量为0.6wt.%,氧化钙含量为55.6wt.%,氧化镁含量为5.8%。
(2)复合固体原料制备:选择高炉矿渣、钢渣两种材料粉体在反应器中进行组合,其中高炉矿渣、钢渣的重量比例为9:1,通过搅拌机搅拌5min,搅拌速度为200r/min,获得复合固体原料。
(3)超声强化复合碱激活剂制备:所述同实施例1中步骤(3)。
(4)碱激发无机胶凝材料浆体制备:所述同实施例1中步骤(4)。
(5)材料成型与养护:所述同实施例1中步骤(5)。
所得的高炉矿渣-钢渣碱激发复合无机胶凝材料试块经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为107.5MPa、111.1MPa、115.8MPa。
实施例5:
(1)固体废弃物原料选取:高炉矿渣选取所述同实施例4中步骤(1),粉煤灰选取所述同实施例1中步骤(1)。
(2)复合固体原料制备:选择高炉矿渣、粉煤灰两种材料粉体在反应器中进行组合,其中高炉矿渣、粉煤灰的重量比例为8:2,通过搅拌机搅拌5min,搅拌速度为200r/min,获得复合固体原料。
(3)超声强化复合碱激活剂制备:所述同实施例1中步骤(3)。
(4)碱激发无机胶凝材料浆体制备:所述同实施例1中步骤(4)。
(5)材料成型与养护:所述同实施例1中步骤(5)。
所得的高炉矿渣-粉煤灰碱激发复合无机胶凝材料试块经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为96.0MPa、100.4MPa、115.7MPa。
实施例6:
(1)固体废弃物原料选取:高炉矿渣选取所述同实施例4中步骤(1),钢渣的选取所述同实施例1中步骤(1),硅渣的选取所述同实施例2中的步骤(1)。
(2)复合固体原料制备:选择高炉矿渣、钢渣、硅渣三种材料粉体在反应器中进行组合,其中高炉矿渣、钢渣、硅渣的重量比例为7:2:1,通过搅拌机搅拌5min,搅拌速度为200r/min,获得复合固体原料。
(3)超声强化复合碱激活剂制备:所述同实施例1中步骤(3)。
(4)碱激发无机胶凝材料浆体制备:所述同实施例1中步骤(4)。
(5)材料成型与养护:所述同实施例1中步骤(5)。
所得的高炉矿渣-钢渣-硅渣碱激发复合无机胶凝材料试块经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为82.2MPa、90.8MPa、99.1MPa。
对比例1:
与实施例1不同之处在不加入钢渣,固体原料全部为粉煤灰。其他原料和工艺与实施例1完全相同。
所得单一粉煤灰碱激发复合无机胶凝材料经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为21.8MPa、19.7MPa、19.9MPa。
对比例2:
与实施例1不同之处在不加入粉煤灰,固体原料全部为钢渣。其他原料和工艺与实施例1完全相同。
所得单一钢渣碱激发复合无机胶凝材料经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为7.6MPa、7.4MPa、8.4MPa。
对比例3:
与实施例3不同之处在粉煤灰、硅渣、钢渣重量比例不同,三者重量比为6:1:8。其他原料和工艺与实施例3完全相同。
所得粉煤灰-硅渣-钢渣碱激发复合无机胶凝材料经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为10.1MPa、9.6MPa、9.8MPa。
对比例4:
与实施例4不同之处在不加入钢渣,固体原料全部为高炉矿渣。其他原料和工艺与实施例4完全相同。
所得单一钢渣碱激发复合无机胶凝材料经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为80.9MPa、93.3MPa、95.7MPa。
对比例5:
与实施例6不同之处在高炉矿渣、硅渣、钢渣重量比例不同,三者重量比为1:1:1。其他原料和工艺与实施例4完全相同。
所得高炉矿渣-钢渣-硅渣碱激发复合无机胶凝材料经过7d、14d和28d养护后,测试其无侧限机械抗压强度为49.2MPa、55.5MPa、61.1MPa。
通过对比实施例1与对比例1可知,粉煤灰-钢渣复合原料较单一粉煤灰原料制备的碱激发无机胶凝材料强度更高,在7d、14d和28d养护后,其无侧限机械抗压强度分别提升了50.34%、42.95%、41.88%,早期强度提升更为明显。
通过对比实施例1、3、5、6与对比例2可知,单一原料制备的碱激发无机胶凝材料强度相较复合材料的强度较低,不同原料在复合后制备产品最终强度提升并非是由于某单一原料本身作用,主要依赖于不同材料的复合后的组分变化。
通过对比实施例3与对比例3可知,同样原料情况下不同配比会造成碱激发材料强度发生较大变化,其最终强度可以通过调整原料比例与种类进行优化。
通过对比实施例4与对比例4可知,高炉矿渣-钢渣复合原料较单一高炉矿渣原料制备的碱激发无机胶凝材料强度更高,在7d、14d和28d养护后,其无侧限机械抗压强度分别提升了32.92%、19.08%、20.88%,同样出现了早期强度提升更为明显的现象,与实施例和对比例1的对比结果一致。
通过对比实施例5与对比例4可知,高炉矿渣-粉煤灰复合原料较单一高炉矿渣原料制备的碱激发无机胶凝材料强度更高,在7d、14d和28d养护后,其无侧限机械抗压强度分别提升了18.71%、7.58%、20.85%,同样出现了早期强度提升明显。
通过对比实施例6与对比例5可知,高炉矿渣、硅渣、钢渣重量配比发生变化后,最终材料强度下降明显,结合对比例4结果,三元复合原料较单一高炉矿渣原料制备的碱激发无机胶凝材料强度差距较大,在7d、14d和28d养护后,其无侧限机械抗压强度分别变化了-39.18%、-40.53%、-36.13%。
相较实施例1、2、3、6与对比例1至5,实施例4与实施例5在28天养护后无侧限机械抗压强度分别达115.8MPa和115.7MPa,在结构强度上具备显著优势,复合不同原料后的强度仍超过49.0MPa,满足建材、填埋、核废料固化、重金属固化等多领域强度要求。
通过附图3,对比实施例1至3与4至6,可知生成的复合材料可以有效填充单一胶凝材料成型后产生的孔隙和裂纹,从而有效提升材料结构完整性,保障材料结构强度,与测定的抗压强度结果相吻合。
由实施例1至6和对比例1至5对比结果可以看出,复合原料制备的碱激发无机胶凝材料的强度较单一原料的强度会有明显提升,特别是在早期强度方面。但是随着不同原料种类和配比的差异,也会出现强度性能的显著下降,在满足固废消纳需求和强度需求的情况下,可以进行不同原料配比的优化和订制,实现制备成本优化和固废处置目的。
Claims (10)
1.一种胶凝材料,其特征在于,所述胶凝材料包括粉煤灰、高炉矿渣、钢渣和硅渣中的至少两种以及激活剂;
所述胶凝材料按重量份计包括所述粉煤灰0至100份,所述高炉矿渣0至100份,所述钢渣0至40份,所述硅渣0至40份和所述激活剂40至50份;
可选地,所述胶凝材料按重量份计包括所述粉煤灰50至100份,所述高炉矿渣50至100份,所述钢渣10至40份,所述硅渣10至40份和所述激活剂40至50份。
2.根据权利要求1所述的胶凝材料,其特征在于,所述粉煤灰、所述高炉矿渣、所述钢渣和所述硅渣中的任意一种或更多种的粒径不大于75μm。
3.根据权利要求1所述的胶凝材料,其特征在于,所述粉煤灰中的二氧化硅含量≥43wt.%,三氧化二铝含量≥40wt.%,三氧化二铁含量≥5.9wt.%,氧化钙含量≥2.8wt.%,氧化镁含量≥0.4wt.%;
所述钢渣中的二氧化硅含量≥11.6wt.%,三氧化二铝含量≥4.1wt.%,三氧化二铁含量≥20.0wt.%,氧化钙含量≥48.4wt.%,氧化镁含量≥3.6wt.%;
所述硅渣中的二氧化硅含量≥97.5wt.%;
所述高炉矿渣中的二氧化硅含量≥21.6wt.%,三氧化二铝含量≥11.4wt.%,三氧化二铁含量≥0.6wt.%,氧化钙含量≥55.6wt.%,氧化镁含量≥5.8wt.%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的胶凝材料,其特征在于,所述激活剂包括水合硅酸盐溶液和强碱;
可选地,所述水合硅酸盐溶液的模数为3.3至3.8;
可选地,所述强碱选自氢氧化钠,可选地,所述激活剂中的Na2O/SiO2的摩尔浓度比例为0.667。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的胶凝材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
将所述粉煤灰、所述高炉矿渣、所述钢渣和所述硅渣中两种、三种或四种混合均匀,制得复合固体原料;
将所述复合固体原料和所述激活剂混合均匀,即得所述胶凝材料。
6.根据权利要求5所述的胶凝材料的制备方法,其特征在于,所述粉煤灰、所述高炉矿渣、所述钢渣和所述硅渣中两种、三种或四种混合的混合速率为100r/min至200r/min,混合时间为5min至7min。
7.根据权利要求5或6所述的胶凝材料的制备方法,其特征在于,所述激活剂选自碱激活剂,
所述水合硅酸盐溶液和强碱混合均匀制得澄清透明的激活剂。
8.根据权利要求7所述的胶凝材料的制备方法,其特征在于,所述激活剂在使用前进行超声震荡处理;可选地,所述超声的功率为400W至500W;可选地,所述超声的频率为40kHz;可选地,所述超声的时间为3min至5min。
9.一种胶凝材料浆体,其特征在于,包括混合均匀的权利要求1至4中任一项所述的胶凝材料和水。
10.根据权利要求9所述的胶凝材料浆体,其特征在于,所述胶凝材料和水混合的混合速率为1500r/min至2000r/min,混合时间为5min至6min;
可选地,所述粉煤灰、所述高炉矿渣、所述钢渣和所述硅渣中两种、三种或四种的重量和与所述水的重量比为7:1至5:1。
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Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20100090054A (ko) * | 2009-02-05 | 2010-08-13 | 전남대학교산학협력단 | 무시멘트 알카리 활성 모르터 제조 방법 |
CN102795798A (zh) * | 2012-07-18 | 2012-11-28 | 西安建筑科技大学 | 使用氯化钠提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法 |
CN106587680A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-04-26 | 广东省水利水电科学研究院 | 一种降低无机聚合物胶凝材料体积收缩的方法 |
CN108275899A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-07-13 | 济南大学 | 一种碱激发水泥及其制备方法 |
AU2020101143A4 (en) * | 2020-06-25 | 2020-07-30 | Qian'an Weisheng Solid Waste Environmental Protection Industry Co., Ltd | A Method For Preparing The Fast-Hardening Early-Strength High-Performance All-Solid Waste Concrete |
CN112159130A (zh) * | 2020-09-04 | 2021-01-01 | 湖南省第六工程有限公司 | 用于临时性喷锚支护工程的地聚物胶凝材料及其制备方法 |
CN112851156A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-28 | 南京师范大学 | 一种c25级碱激发硅铝质全固废混凝土及其制备方法 |
CN113045228A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-29 | 东北大学 | 一种钢渣基碱激发胶凝材料、制备方法及其应用 |
CN113233803A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-10 | 沈阳工业大学 | 掺钢渣与高炉矿渣的碱激发胶凝材料 |
CN114455899A (zh) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | 广东清大同科环保技术有限公司 | 一种粉煤灰胶凝材料 |
CN115321858A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-11-11 | 中晶环境科技股份有限公司 | 胶凝材料及其制备方法和组合物的用途 |
-
2023
- 2023-01-12 CN CN202310039446.4A patent/CN116217104A/zh active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20100090054A (ko) * | 2009-02-05 | 2010-08-13 | 전남대학교산학협력단 | 무시멘트 알카리 활성 모르터 제조 방법 |
CN102795798A (zh) * | 2012-07-18 | 2012-11-28 | 西安建筑科技大学 | 使用氯化钠提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法 |
CN106587680A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-04-26 | 广东省水利水电科学研究院 | 一种降低无机聚合物胶凝材料体积收缩的方法 |
CN108275899A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-07-13 | 济南大学 | 一种碱激发水泥及其制备方法 |
AU2020101143A4 (en) * | 2020-06-25 | 2020-07-30 | Qian'an Weisheng Solid Waste Environmental Protection Industry Co., Ltd | A Method For Preparing The Fast-Hardening Early-Strength High-Performance All-Solid Waste Concrete |
CN112159130A (zh) * | 2020-09-04 | 2021-01-01 | 湖南省第六工程有限公司 | 用于临时性喷锚支护工程的地聚物胶凝材料及其制备方法 |
CN114455899A (zh) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | 广东清大同科环保技术有限公司 | 一种粉煤灰胶凝材料 |
CN112851156A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-28 | 南京师范大学 | 一种c25级碱激发硅铝质全固废混凝土及其制备方法 |
CN113045228A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-29 | 东北大学 | 一种钢渣基碱激发胶凝材料、制备方法及其应用 |
CN113233803A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-10 | 沈阳工业大学 | 掺钢渣与高炉矿渣的碱激发胶凝材料 |
CN115321858A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-11-11 | 中晶环境科技股份有限公司 | 胶凝材料及其制备方法和组合物的用途 |
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