CN116283351B - 一种碱-赤泥激发泡沫混凝土、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱‑赤泥激发泡沫混凝土、其制备方法及应用，属于建筑材料技术领域。本发明的碱‑赤泥激发泡沫混凝土由如下原料按质量份数制备而成：矿渣粉100～600份，赤泥100～200份，粉煤灰50～100份，水泥50～100份，化学激发剂4～8份，发泡剂1～3份，纳米稳泡剂0.05～0.15份，赤泥渗滤液0～60份，去离子水300～900份，自来水50～500份。本发明制备的碱‑赤泥激发泡沫混凝土，具有强度高、吸水率低、流动度高、稳定性高及收缩小等优点，而且还解决了赤泥占用土地，污染环境的问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种碱-赤泥激发泡沫混凝土、其制备方法及应用。
背景技术
泡沫混凝土具有轻质保温、绿色安全及防火系数高等特点，在建筑节能减排等方面应用范围越来越广。然而，泡沫混凝土存在强度低、吸水率高、稳定性差(易塌模)及收缩大等缺点，从而限制了其推广和应用。因此，提高泡沫混凝土的强度，减小其吸水率，提高其稳定性，减小其收缩，对于推动泡沫混凝土的应用具有重要意义。
拜耳法赤泥(简称赤泥)是湿法制取氧化铝产生的一种强碱性工业固废，pH通常在11-13，其主要成份是氧化铝、氧化铁、氧化钙等，且含有少量As、Cd、Cr、Pb、Hg等重金属。赤泥存在碱性高、含水率高、活性低且重金属浸出等问题，导致其利用率仅有15％左右。截至2021年，我国赤泥累计堆存量超过20亿吨，并以1亿吨/年的速度持续增长。大量赤泥堆存不仅占用土地，还造成植被破坏及土壤与水体严重污染。
发明内容
本发明的目的在于利用赤泥的高碱性制备一种碱-赤泥激发泡沫混凝土，该泡沫混凝土具有强度高、吸水率低、流动度高、稳定性高及收缩小等优点，而且还解决了赤泥占用土地，污染环境的问题。
本发明的技术方案如下：
一种碱-赤泥激发泡沫混凝土的制备方法，步骤如下：
将赤泥渗滤液与去离子水混合，配制成pH为9～10的碱性溶液；将发泡剂与纳米稳泡剂混合，加入碱性溶液，制备发泡液；将赤泥、矿渣粉、粉煤灰和水泥混合，搅拌均匀，加入化学激发剂与自来水的混合液，搅拌均匀，形成胶凝浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至胶凝浆体中，搅拌均匀，制得碱-赤泥激发泡沫混凝土。
上述制备方法中，各原料选自如下份量数：
矿渣粉100～600份，赤泥100～200份，粉煤灰50～100份，水泥50～100份，化学激发剂4～8份，发泡剂1～3份，纳米稳泡剂0.05～0.15份，赤泥渗滤液0～60份，去离子水300～900份，自来水50～500份。
上述制备方法中，矿渣粉可优选自GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土的粒化高炉矿渣粉》中规定的S95级。
上述制备方法中，粉煤灰可优选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰。
上述制备方法中，赤泥选自拜耳法赤泥，其pH值为11～13。
上述制备方法中，化学激发剂选自硅酸钠、氢氧化钙以及氢氧化钠的一种或几种。
上述制备方法中，发泡剂选自羧基为亲水基团、羟基为疏水基团的合成表面活性剂，松香皂以及磺酸基表面活性剂的一种或几种组成。在本发明中，发泡剂也可选自其它市售通用的发泡剂。
上述制备方法中，纳米稳泡剂选自纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化锌及纳米氧化钛的一种或几种。
上述制备方法中，赤泥渗滤液为赤泥堆存过程中由于压实、发酵等作用，在降水或地下水作用下产生的废液，其pH为12～13。
本发明提供了由上述方法制备的碱-赤泥激发泡沫混凝土。
本发明提供上述碱-赤泥激发泡沫混凝土在隧道灌浆回填、基坑回填中的应用。
本发明还提供了赤泥和/或赤泥渗滤液在提高泡沫混凝土的强度性能、吸水性能、流动性能、稳定性能及收缩性能中的应用。
本发明的有益效果为：
本发明采用赤泥渗滤液调节泡沫稳定性，并采用化学激发剂结合赤泥激发矿渣粉、粉煤灰、水泥来制备碱-赤泥激发胶凝材料，改善基体性能，并引入泡沫制备一种碱-赤泥激发泡沫混凝土。本发明提供的碱-赤泥激发泡沫混凝土，在强度、吸水率、稳定性(塌模)及收缩性能等方面得到全面优化。其中，纳米氧化铝、纳米氧化硅及纳米氧化锌等纳米颗粒具有稳定气泡的作用，并采用赤泥渗滤液进一步增强泡沫稳定性，能够显著提高泡沫的稳定性；化学激发剂及赤泥则能够调节基体的屈服应力，能够显著改善泡沫混凝土的孔结构及物理力学性能，且赤泥还能够提高泡沫混凝土密实性。本发明利用赤泥对泡沫稳定性的提升作用及其对胶凝材料基体的增强效果，提高泡沫混凝土的性能，不仅能实现赤泥等固废材料的资源化利用，而且能显著提高泡沫混凝土性能。
具体实施方式
本发明所采用的其它材料，如无特殊声明，均可通过市售渠道获得。本发明所使用的其它术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
碱-赤泥激发泡沫混凝土的配方：
矿渣粉500份，水泥50份，赤泥100份，粉煤灰50份，化学激发剂6份，发泡剂2份，纳米稳泡剂0.1份，赤泥渗滤液0.6份，去离子水599.4份，自来水300份。
其中，矿渣粉选自GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土的粒化高炉矿渣粉》中规定的S95级；赤泥选自山西河津铝厂(中铝山酚公司)拜耳法赤泥，其pH值为11～13；粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；化学激发剂选自2份硅酸钠、4份氢氧化钙的组合；发泡剂选自羧基为亲水基团，羟基为疏水基团的合成表面活性剂，松香皂及磺酸基表面活性剂的组合，产自镇江宜发新材料科技有限公司；纳米稳泡剂选自纳米氧化铝；赤泥渗滤液选自山西河津铝厂(中铝山酚公司)的赤泥在压实、发酵等作用结合降水或地下水作用下产生的废液，其pH为12-13。
制备碱-赤泥激发泡沫混凝土：
将赤泥渗滤液与去离子水混合，配制成pH为9的碱性溶液；将发泡剂与纳米稳泡剂混合，加入碱性溶液，制备发泡液；将赤泥、矿渣粉、粉煤灰和水泥混合，搅拌均匀，加入化学激发剂与自来水的混合液，搅拌均匀，形成胶凝浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至胶凝浆体中，搅拌均匀，制得碱-赤泥激发泡沫混凝土。
实施例2
碱-赤泥激发泡沫混凝土的配方：
矿渣粉500份，水泥50份，赤泥200份，粉煤灰50份，化学激发剂6份，发泡剂2份，纳米稳泡剂0.1份，赤泥渗滤液0.6份，去离子水599.4份，自来水300份。
其中，矿渣粉选自GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土的粒化高炉矿渣粉》中规定的S95级；赤泥选自山西河津铝厂(中铝山酚公司)拜耳法赤泥，其pH值为11～13；粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；化学激发剂选自2份硅酸钠、4份氢氧化钙的组合；发泡剂选自羧基为亲水基团，羟基为疏水基团的合成表面活性剂，松香皂及磺酸基表面活性剂的组合，产自镇江宜发新材料科技有限公司；纳米稳泡剂选自纳米氧化铝；赤泥渗滤液选自山西河津铝厂(中铝山酚公司)的赤泥在压实、发酵等作用结合降水或地下水作用下产生的废液，其pH为12-13。
制备碱-赤泥激发泡沫混凝土：
将赤泥渗滤液与去离子水混合，配制成pH为9的碱性溶液；将发泡剂与纳米稳泡剂混合，加入碱性溶液，制备发泡液；将赤泥、矿渣粉、粉煤灰和水泥混合，搅拌均匀，加入化学激发剂与自来水的混合液，搅拌均匀，形成胶凝浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至胶凝浆体中，搅拌均匀，制得碱-赤泥激发泡沫混凝土。
对比例1
泡沫混凝土的配方：
矿渣粉500份，水泥50份，粉煤灰50份，化学激发剂6份，发泡剂2份，纳米稳泡剂0.1份，去离子水600份，自来水300份。
其中，矿渣粉选自GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土的粒化高炉矿渣粉》中规定的S95级；粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；化学激发剂选自2份硅酸钠、4份氢氧化钙的组合；发泡剂选自羧基为亲水基团，羟基为疏水基团的合成表面活性剂，松香皂及磺酸基表面活性剂的组合，产自镇江宜发新材料科技有限公司；纳米稳泡剂选自纳米氧化铝。
制备泡沫混凝土：
将发泡剂与纳米稳泡剂混合，加入去离子水，制备发泡液；将矿渣粉，水泥及粉煤灰混合，搅拌均匀，加入化学激发剂与自来水的混合液，搅拌均匀，形成胶凝浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至胶凝浆体中搅拌均匀，制得泡沫混凝土。
对比例2
泡沫混凝土的配方：
矿渣粉500份，水泥50份，粉煤灰50份，化学激发剂6份，发泡剂2份，纳米稳泡剂0.1份，赤泥渗滤液60份，去离子水540份，自来水300份。
其中，矿渣粉选自GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土的粒化高炉矿渣粉》中规定的S95级；粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；化学激发剂选自2份硅酸钠、4份氢氧化钙的组合；发泡剂选自羧基为亲水基团，羟基为疏水基团的合成表面活性剂，松香皂及磺酸基表面活性剂的组合，产自镇江宜发新材料科技有限公司；纳米稳泡剂选自纳米氧化铝；赤泥渗滤液选自山西河津铝厂(中铝山酚公司)的赤泥在压实、发酵等作用结合降水或地下水作用下产生的废液，其pH为12-13。
制备泡沫混凝土：
将赤泥渗滤液与去离子水混合，配制成pH为11的碱性溶液；将发泡剂与纳米稳泡剂混合，加入碱性溶液，制备发泡液；将矿渣粉，水泥及粉煤灰混合搅拌均匀，加入化学激发剂与自来水的混合液，搅拌均匀，形成胶凝浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至胶凝浆体中搅拌均匀，制得泡沫混凝土。
对比例3
泡沫混凝土的配方：
矿渣粉500份，水泥50份，粉煤灰50份，化学激发剂6份，发泡剂2份，纳米稳泡剂0.1份，赤泥渗滤液0.6份，去离子水599.4份，自来水300份。
其中，矿渣粉选自GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土的粒化高炉矿渣粉》中规定的S95级；粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；化学激发剂选自2份硅酸钠、4份氢氧化钙的组合；发泡剂选自羧基为亲水基团，羟基为疏水基团的合成表面活性剂，松香皂及磺酸基表面活性剂的组合，产自镇江宜发新材料科技有限公司；纳米稳泡剂选自纳米氧化铝；赤泥渗滤液选自山西河津铝厂(中铝山酚公司)赤泥在压实、发酵等作用结合降水或地下水作用下产生的废液，其pH为12-13。
制备泡沫混凝土：
将赤泥渗滤液与去离子水混合，配制成pH为9的碱性溶液；将发泡剂与纳米稳泡剂混合，加入碱性溶液，制备发泡液；将矿渣粉，水泥及粉煤灰混合搅拌均匀，加入化学激发剂与自来水的混合液，搅拌均匀，形成胶凝浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至胶凝浆体中搅拌均匀，制得泡沫混凝土。
(一)性能测试
测定上述各实施案例中泡沫的稳定性及泡沫混凝土的性能，检测项目包括泡沫排水率、泡沫混凝土的绝干密度、泡沫混凝土沉降值、泡沫混凝土抗压强度、泡沫混凝土吸水率及泡沫混凝土干燥收缩。其中，泡沫1h排水率可表征泡沫稳定性，其测试方式参考文献[Cement and Concrete Research,2018(170):153-166]；新拌泡沫混凝土的流动度测试方法参考JGJ/T341-2014《泡沫混凝土应用技术规程》；绝干密度、28d抗压强度及吸水率测试方法参见JG/T266-2011《泡沫混凝土》；干燥收缩测试方法参见规范GB/T 11969-2008《蒸压加气混凝土性能测试方法》；沉降值可反映泡沫混凝土的稳定性，其测试方式参见参考文献[Cement and Concrete Research,2020(138):106233]。
测试结果如表1所示：
表1
由表1可知：
用于制备对比例3、实施例1和2所述泡沫混凝土的泡沫，其1h排水率相比于对比例1和2明显降低，表明在赤泥渗滤液与去离子水调节泡沫pH为9时，泡沫稳定性显著提高。
实施例1和2制备的泡沫混凝土，其稳定性、强度、收缩及吸水率等性能均表现优异。
对比例1未添加赤泥及赤泥渗滤液，其制备的泡沫混凝土，存在收缩大、稳定性差、强度低及吸水率高等缺点。
对比例2掺入赤泥渗滤液，并与去离子水调节pH值为11，其沉降值、抗压强度、吸水率及干燥收缩等较对比例1反而出现降低。这说明，碱性溶液的pH值对泡沫混凝土的性能影响较大。
对比例3添加了赤泥渗滤液，并与去离子水调节pH值为9，其沉降值、抗压强度、吸水率及干燥收缩等较对比例1均有所优化。
对比例3相对于实施例1和2而言，各项性能还是有所欠缺，这说明赤泥对泡沫混凝土的性能具有重要的调节作用，缺少赤泥会降低碱-赤泥激发胶凝材料的性能。
实施例2在过量赤泥掺入后，在干燥收缩、强度、吸水率以及沉降值等指标方面逊色于实施例1，究其原因主要是与碱-赤泥激发胶凝材料的组成即水泥、赤泥、粉煤灰以及矿渣的掺量有关，水泥、赤泥、粉煤灰以及矿渣的掺量关系到碱-赤泥激发材料的凝结时间、屈服应力以及强度等性能，从而影响了泡沫混凝土的最终性能。
对比例及实施例中泡沫混凝土的流动度均可满足标准对泡沫混凝土流动度要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种碱-赤泥激发泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将赤泥渗滤液与去离子水混合，配制成pH为9～10的碱性溶液；将发泡剂与纳米稳泡剂混合，加入碱性溶液，制备发泡液；将赤泥、矿渣粉、粉煤灰和水泥混合，搅拌均匀，加入化学激发剂与自来水的混合液，搅拌均匀，形成胶凝浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至胶凝浆体中，搅拌均匀，制得碱-赤泥激发泡沫混凝土；
各原料选自如下份量数：
矿渣粉500份，赤泥100份，粉煤灰50份，水泥50份，化学激发剂6份，发泡剂2份，纳米稳泡剂0.1份，赤泥渗滤液0.6份，去离子水599.4份，自来水300份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，赤泥选自拜耳法赤泥，其pH值为11～13。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，化学激发剂选自硅酸钠、氢氧化钙以及氢氧化钠的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，发泡剂选自羧基为亲水基团、羟基为疏水基团的合成表面活性剂，松香皂以及磺酸基表面活性剂的一种或几种组成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，纳米稳泡剂选自纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化锌及纳米氧化钛的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，赤泥渗滤液为赤泥堆存过程中由于压实、发酵作用，在降水或地下水作用下产生的废液，其pH为12～13。
7.权利要求1～6任一项所述方法制备的碱-赤泥激发泡沫混凝土。
8.权利要求7所述碱-赤泥激发泡沫混凝土在隧道灌浆回填、基坑回填中的应用。
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