CN116332543A - 二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用和含有该粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用和含有该粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料，本发明将二次铝灰与涉重污泥及建筑渣土混合后经过烘干以及高温处理后得到烧结渣料，研磨得到平均粒径为10‑70μm磨细粉体，将所述磨细粉体添加到硫铝酸盐水泥(SAC)注浆料中，提供了一种利用危险废物有害资源制备得到注浆料的方法，且该注浆料力学性能、工作性能以及环境友好性好，具有较高的商业价值与推广价值。

Description

二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用和含有该粉体的快硬 高强硫铝酸盐水泥基注浆料
技术领域
本发明涉及注浆料制备技术领域，具体而言，涉及一种二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用和含有该粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料。
背景技术
二次铝灰是铝加工产生的属于危险废物的二次灰渣，全国年产生量达到了约500万吨，其安全利用处置成为制约铝工业发展面临的关键问题，是国内外研究的热点。金属铝作为仅次于铁的第二大类金属，在航空、建筑、汽车等行业有着广泛的用途。据统计，中国在2019年金属铝产量高达3504万吨，每生产一吨金属铝就会产生110kg铝灰。二次铝灰来自于重熔一次铝灰或废杂铝回收金属铝过程产生的灰渣，二次铝灰以氧化铝、金属铝、盐熔剂及铁、硅、镁氧化物为主，含氮化铝、氟化物等有害物质，具有资源和污染双重属性。日本川岛集团与东海大学共同开发了利用二次铝灰生产AD粉(炼钢脱氧剂)技术，制订了日本工业标准《铝灰渣钢铁促进剂》(JIS.G 2402)。罗马尼亚国家冷冻和同位素技术开发所和土耳其科技大学研究了利用二次铝灰水解产氢回收氢能，伊朗科技大学研究了利用铝灰制备吸附剂、催化剂和催化剂载体。随着环保要求的日益提高，二次铝灰利用处置成为铝加工业亟待解决的问题，二次铝灰利用处置技术研发非常活跃。近5年我国受理的铝灰利用专利数达79项，其中以生产氧化铝(32％)、铝酸钙(23％)、炼钢助剂(22％)和生产建材(5％)等技术路线为主。水泥窑协同处置、制备炼钢脱氧剂/精炼剂是铝灰直接利用的典型，其中二次铝灰和添加量为50％～65％的氧化钙混合压制炼钢助剂的直接利用技术以中铝郑州研究院、浙江永记和兰溪博远为代表。二次铝灰利用更多的技术采用的是脱氮除盐后再利用，北京科技大学、中铝云南文山和浙江钰滔等采用水解脱氨、固氟后生产絮凝剂和高铝料。明泰铝业将铝灰除盐、脱氨后焙烧定向转化成活性氧化铝，四会市辉煌公司和立中集团熔制铝酸钙是铝灰火法利用的典型，重庆顺博等利用二次铝灰直接制砖，国外Ewais、Li等通过高温煅烧铝土矿制成高铝含量的铝酸钙水泥作为适应2000℃高温的耐火材料。Dai、Apelian等将铝灰加入硅酸盐类水泥砂浆中研究得出其抗折强度提高40％，抗压强度提高15％。国内张勇研究发现在二次铝灰中加入适量氧化镁可以将二次铝灰烧结制成镁铝尖晶石耐火材料。
二次铝灰利用技术虽然较多，但大部分存在一定的局限性，主要的问题还是针对二次铝灰资源化利用存在利用率低、能耗高、工艺复杂的问题。比如水泥窑协同处置、生产净水剂和耐火材料等处理量小，生产氧化铝和铝酸钙需预处理、成本高且带来废盐处理难题，制备炼钢助剂消耗大量氧化钙、产生大量更难处理的钢渣以及氟污染问题。可见，经济可行的规模化、全组分、绿色利用是二次铝灰等利用技术发展方向。基于以上分析，利用二次铝灰(Al2O3为主)、涉重污泥和建筑渣土(SiO2为主)资源属性互补特征，对二次铝灰协同涉重污泥和建筑渣土高温烧结，并将无害化处理后烧结渣料磨细作为矿物掺合料用在高强水泥基材料中，是实现二次铝灰的高值化利用的重要技术途径。
众所周知，21世纪是地下空间等岩土工程建设全面发展的时期，沿海城市拥有独特的软土地基，而软土地基因其土体渗透性弱，抗剪强度很低，易触变、流变等特点对地下空间的建设带来许多难题。而快硬高强注浆料是地下空间工程的重要材料之一。硫铝酸盐水泥具有早强、快硬、高强、低碱度和耐腐蚀等优良特性。国内魏雪斐等将F10密胺系减水剂加入硫铝酸盐水泥中，成功制备满足海下石油储库建设中破碎岩体补强要求的注浆材料。王乾等将特制硫铝酸盐水泥应用到青岛胶州湾海底隧道围岩加固中。严国超等将PU加入SAC中研究得出掺加PU后明显提高SAC工作性能和早期力学性能。目前对于硫铝酸盐注浆料的使用并没有达到减碳排的目标，CO2的排放量和能耗依旧很高。
综上，正是由于二次铝灰协同涉重渣土高温烧结渣料中丰富的硅铝质物质，可以与硫铝酸酸盐水泥中的钙硅铝相协同以制备绿色低碳高强改性硫铝酸盐水泥基注浆料，从而实现对二次铝灰及协同固体废弃物的高值资源化利用途径。
发明内容
本发明要解决的其中一个技术问题是提供一种二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用，以解决目前现有技术二次铝灰资源化利用率低、能耗高、工艺复杂的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用，所述应用包括将二次铝灰与涉重建筑渣土混合后得到的渣料经过烘干和高温处理后得到烧结渣料，研磨得到磨细粉体，将所述磨细粉体添加到SAC注浆料中。
作为优选的方案，所述建筑渣土包括涉重污泥和建筑渣土，且所述涉重污泥、建筑渣土与所述二次铝灰的质量配比为52：30：18。
作为优选的方案，所述高温处理为将所述二次铝灰与建筑渣土混合后的混合物加入至1000-1200℃的高温下进行烧结。
作为优选的方案，所述磨细粉体的粒径为10-70μm。
本发明一种二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用通过将二次铝灰与涉重建筑渣土混合后进行高温烧结后磨细制备得到磨细粉体，将所述磨细粉体应用至SAC(硫铝酸盐水泥)注浆料中，等量取代SAC，制备快硬高强注浆料。将二次铝灰跟其他涉重建筑渣土配伍之后进行烧结，通过无害化的反应将二次铝灰与涉重建筑渣土二者混合烧结，将烧结料磨细得到细粉激发其活性，磨细粉体中含有建筑渣土中提供硅铝质物质和二次铝灰提供活性氧化铝相在高温状态形成具有一定活性的硅铝质物质，而快硬硫铝酸盐水泥的主要矿物组成正是以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分，因此将磨细粉体掺加到SAC注浆料可以为体系提供活性硅铝质矿物，从而很好地实现二者协同作用，并实现二次铝灰磨细粉体中有害物质氮化铝、氟化物及氟化钙的安全固结，从而降低其对环境的危害，最终制备得到力学性能好，体积稳定性强的绿色低碳快硬高强注浆料。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种含有所述粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料，以解决常规注浆料力学性能、体积稳定性一般，且环境友好性差的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种含有所述粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料，所述水泥基注浆料由硫铝酸盐水泥、上述磨细粉体以及水组成。
作为优选的方案，所述硫铝酸盐水泥和上述磨细粉体的总质量与所属水质量的配比为1：0.45。
作为优选的方案，所述硫铝酸水泥总质量与所述粉体的配比为(19:1)～(4:1)。
作为优选的方案，所述SAC注浆料快硬硫铝酸盐水泥的粒径为2-50μm。
本发明一种含有所述粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料通过将二次铝灰和涉重建筑渣土配伍后烘干高温处理并研磨后制备粉体，将粉体应用至注浆料中，用磨细粉体与快硬高强硫铝酸盐水泥与水制备得到高强注浆料，危险废物利用，并且制备得到的注浆料的力学性能、体积稳定性以及环境友好性好，具有较高的推广价值与商业价值，并最终为实现二次铝灰高值化利用提供技术理论和有效支持。
附图说明
图1为原料粒径分布图；
图2为原料X射线衍射分析图；
图3为不同AP掺量SAC注浆料稳定性试验结果图；
图4为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料结石率试验流程图，其中，(a)为成型图，(b)为放入烧杯静置图(c)为2h后测结石率测试图；
图5为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料膨胀率试验流程图，其中，(a)为成型图，(b)为浸水养护图，(c)为膨胀率测量图；
图6为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的凝结时间、流动度示意图；
图7为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料浸水养护下抗压和抗折强度示意图，其中，(a)为抗拉强度，(b)为抗折强度。
图8为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的耐水性示意图，其中，(a)为抗压耐水性测试图，(b)为抗折耐水性测试图；
图9为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的结石率示意图；
图10为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料膨胀率随龄期的变化结果，其中，(a)为1d膨胀率，(b)为3d-15d膨胀率，(C)为长期膨胀率；
图11为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料中重金属浓度图；
图12为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料在不同龄期时的XRD物相分析图谱，其中，(a)为3d时的分析图谱，(b)为28d时的分析图谱，(c)为60d时的分析图谱；
图13为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料在不同龄期时的热重分析图，其中，(a)为3d时的分析图，(b)为28d时的分析图，(c)为60d时的分析图；
图14为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料在不同龄期时的IR分析图，其中，(a)为3d时的分析图，(b)为28d时的分析图，(c)为60d时的分析图。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明下述与上述AP指二次铝灰高温烧结渣料的磨细粉体，SAC指快硬硫铝酸盐水泥。
本发明提供了一种二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用，所述应用包括将二次铝灰与涉重建筑渣土混合后得到的渣料经过烘干以及高温处理后得到渣料，研磨得到磨细粉体，将所述磨细粉体添加到SAC注浆料中。
作为优选的方案，所述建筑渣土包括涉重污泥和建筑渣土，且所述涉重污泥、建筑渣土与所述二次铝灰的质量配比为52：30：18。
作为优选的方案，所述高温处理为将所述二次铝灰与建筑渣土混合后的混合物加入至1000-1200℃的高温下进行烧结。
作为优选的方案，所述磨细粉体的粒径为10-70μm。
本发明还提供了一种含有所述粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料，所述水泥基注浆料由硫铝酸盐水泥、所述粉体以及水组成。
作为优选的方案，所述含有硫铝酸钙、硫酸钙、硅酸三钙及氧化铝的SAC和所述粉体的总质量与所用水质量的配比为1：0.45。
作为优选的方案，所述含有硫铝酸钙、硫酸钙、硅酸三钙、氧化铝的SAC总质量与所述粉体的配比为(19:1)-(4:1)。
作为优选的方案，所述SAC注浆料中SAC的粒径为2-50μm。
以下结合具体的原料种类、添加量以及具体的实施数据来对本发明上述的方案进行解释与说明：
原材料和配合比
试验采用江西银杉新材料有限公司生产的强度等级为62.5的快硬硫铝酸盐水泥(SAC)，二次铝灰高温烧结渣料磨细粉(简称磨细粉，AP)来自来源于昱源宁海环保科技股份有限公司以及建筑渣土，所述建筑渣土包括涉重污泥和建筑污泥，且所述涉重污泥、建筑污泥与所述二次铝灰的质量配比为52：30：18。图1和图2为SAC和AP的粒径分布和XRD物相分析图，从图1可以看出，SAC水泥的主要粒径分布在2～3μm和20～50μm，AP的主要粒径分布在10～20μm和50～70μm；从图2可以看出SAC主要由硫铝酸钙、硫酸钙、硅酸三钙、氧化铝组成，AP由氧化铝、金属铝、镁、镍氧化物为主，含氮化铝、氟化物等有害物质。
表1是含不同掺量AP快硬高强SAC注浆料的配合比，其中水胶比为0.45，L0是未掺加AP基准配合比，其他系列配合中AP等质量取代SAC的百分数分别为5％、10％、15％、20％及30％。
表1二次铝灰高温烧结渣料磨细粉硫铝酸盐水泥浆液配合比/g
Figure BDA0003866242670000071
试验方案
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料工作性能的影响试验
(1)不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料凝结时间、流动度的影响试验
按照表1配合比拌制相应的快硬高强注浆料，按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2011)测试其初凝时间，并依据《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB/T8077-2000)中水泥净浆流动度测定方法，测定不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的流动性。
(2)不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料浆液稳定性的影响试验
按照表1配合比每一组拌制相应的注浆料50ml，注入200ml烧杯内；静置2h后，测量浆液析出清水的体积。用析出水的体积占总浆液体积的比率表征注浆料浆液的稳定性，部分试验样品见图3所示。由图可以看出掺入AP后快硬硫铝酸盐水泥注浆料的稳定性好，表面没有清水析出。
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料力学性能的影响试验
按照表1每个系列配合比均制备成型40mm×40mm×160mm的试件6组，成型2h后拆模，其中4组试件拆模后放入水中养护模拟注浆料的地下岩土工作环境，分别测定试件1d、3d、28d、60d的抗压、抗折强度。其中2组试件拆模后放入温度为20±2℃，相对湿度大于95％的标准养护室中分别测定试件3d、60d的抗折、抗压强度，并按照公示(1)计算掺加AP快硬高强SAC注浆料不同龄期的抗压和抗折软化系数，分析其耐水性。
K＝f/F(1)
式中:
K—抗压/抗折软化系数
f—为水饱和状态下的抗压强度,MPa
F—为材料在标准养护状态下的抗压强度,MPa。
1.2.3不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料体积稳定性的影响试验
(1)不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料结石率的影响试验
结石率是指浆液的最初体积与凝固后结石体积之比,按照表1配合比每一组拌制相应的注浆料50ml，注入200ml烧杯内，静置3h后测定硬化后结石体的体积。用注浆料最初体积与早期硬化后结石体体积的比值来计算结石率。试验步骤见图4所示。
(2)不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料膨胀率的影响试验
按照表1每个系列配合比均制备成型40mm×40mm×160mm的试件1组，2h后拆模，在试件表面用记号笔画上直线，用来确定之后测量游标卡尺的测量位置，用最小刻度0.1mm的游标卡尺测量试件的初始长度L1。然后立即放入水中养护，测量不同时间下的时间长度Lt，1天内每隔2小时测量一次，2～3天内一天测2次，4～7天内一天测一次，以此类推。膨胀率的测试依据《膨胀水泥膨胀率试验方法》JC/T313-2009中膨胀率计算公式(2)计算每组试件不同龄期的膨胀率Ex，计算结果精确值0.01％。具体了试验流程见图5。其中规范采用的模具尺寸为25mm×25mm×250mm有效长度为250mm，本次实验采用的是40mm×40mm×160mm的模具，因此有效长度为160mm。
Figure BDA0003866242670000081
式中:
Ex—试件某龄期的膨胀率，单位为百分数(％)
L1—为试件的初始长度读数，单位为(mm)；
Lt—试件在不同时刻下的长度读数,单位为(mm)；
160—试件的有效长度为160mm。
不同掺量AP对SAC注浆料中有害物质浸出的影响试验
按照表1中L0、L5、L15和L30的配合比拌制4组AP快硬硫铝酸盐水泥砂浆，每组掺量成型一个尺寸为40mm×40mm×160mm的三连模试件。脱模后的试件在温度为20±2℃、湿度为95％±5％的室内养护至90d。将养护完成的试件破碎并磨细,用方孔筛筛分,收集粒径为0.125mm～0.25mm的颗粒为待测试样。利用磁力搅拌器(CJB-S-10D)和循环水式多用真空泵(SHZ-D(Ⅲ))制备出待测溶液，再使用原子吸收分光光度计(TAS-990)测试出试样中的Ni、Cr、Zn、Cu等重金属的浓度。具体操作参考GB/T30810-2014《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》。
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料性能影响的微观机理试验
微观测试样品取自浸水养护3d、28d、60d的尺寸为40mm×40mm×160mm压碎试件，样品取好后全部放入无水乙醇中浸泡48h后，取出一部分用研钵磨成粉末,并通过0.02mm孔径筛子,然后分别进行XRD、TG和IR微观物相分析；另一部分无水乙醇浸泡样品取出后进行SEM微观形貌和结构分析。
结果与讨论
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料工作性能的影响
图6为不同AP掺量对快硬高强SAC注浆料凝结时间、流动度的影响结果。综合图6分析可知，掺入AP后快硬高强SAC注浆料的凝结时间和流动度明显延长，当AP掺量为30％时，凝结时间较不掺加AP的注浆料增加的最明显，增长幅度高达66％，当AP掺量为15％时，凝结时间较不掺加AP的注浆料增加的最缓慢，增长幅度达40％。当AP掺量为5％和10％时，快硬高强SAC注浆料的流动度呈线性增长。当AP掺量等于10％时，注浆料全部铺满流动度检测仪盘面，因此当AP掺量大于10％快硬高强SAC注浆料的流动度随AP掺量的增加没有明显变化。
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料工作性能的影响
图7为不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料在浸水养护条件下的力学性能影响结果。综合分析图7可以看出，不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的抗压强度随养护龄期的增加而增加，并且龄期为3天～28天这一范围内抗压强度增长幅度最大。早期快硬高强SAC注浆料的抗压强度均随AP掺量的增加呈先增后减的趋势，而快硬高强SAC注浆料长期抗压强度随AP掺量的增加则呈减小的趋势。AP掺量为5％～10％的注浆料其抗折强度随养护龄期的增长而增长，AP掺量在15％～30％的注浆料其抗折强度随养护龄期的增长呈先降低后增长的趋势。从图7(a)还可以看出，AP掺量为15％的快硬高强SAC注浆料的早期1天和3天龄期抗压强度均明显高于其他掺量注浆料。龄期在28天及以上时，不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的抗压强度均低于未掺加AP的注浆料，并且随着AP掺量的增加降低幅度越明显。从图7(b)可以看出，在相同龄期下，快硬高强SAC注浆料的抗折强度随AP掺量的增加呈先增后减的趋势，其中AP掺量为5％时对SAC注浆液抗折强度的提高幅度最大。这主要是由于早期二次铝灰磨细粉中中的Al2O3等铝相加速了水化产物AFt的形成，增强了试件的早期抗折强度。综合分析图8可知，AP掺量范围为5％～10％时，掺加AP快硬高强SAC注浆料的抗压强度和抗折强度比未掺加AP的基准SAC注浆液的强度相差不大。
图8是掺加AP快硬高强SAC注浆料在浸水3天和60天时的耐水性分析结果。从图8(a)可以看出，掺加AP后快硬高强SAC注浆料的3天浸水抗压强度软化系数随AP掺量的增加呈先减后增的趋势，其中当AP掺量为15％时，快硬高强SAC注浆料的3天浸水抗压强度软化系数最高。从图8(a)还可以看出，掺加AP后快硬高强SAC注浆料的60天浸水抗压软化系数明显要低于未掺加AP的对比试件，其中AP掺量范围为5％～10％时，60天浸水抗压强度软化系数与未掺加样品相差不大。从图8(b)可以看出，快硬高强SAC注浆料抗折软化系数均明显大于1，尤其是不同掺量AP快硬高强SAC注浆料的60天浸水抗折软化系数明显高于未掺加AP的基准试件，这表明掺加AP后快硬高强SAC注浆料的抗折耐水性明显得到提高。综合分析图8可知，AP掺量范围为5％～10％时，掺加AP快硬高强SAC注浆料的抗压和抗折耐水性最为适宜。
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料体积稳定性的影响
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料结石率的影响
图9为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的结石率变化结果。从该图可以看出，与未掺加AP的SAC注浆料相比，AP的掺加均明显增加了快硬高强SAC注浆料的结石率，并且随着AP掺量的增加快硬高强SAP注浆料的结石率呈现出先增后减的趋势，其中AP掺量为15％时快硬高强SAC注浆料的结石率最高，对比AP掺量为0％注浆料的结石率提高40％。这在一定程度上说明AP可以明显降低快硬高强SAC注浆料早期硬化收缩变形值，尤其是AP掺量为15％时收缩变形值降低幅度最大，很好地改善了SAC注浆液的早期加固效果。
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料膨胀率的影响
图10为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的膨胀率随时间延长的变化结果。可以看出，AP掺量15％的快硬SAC注浆料的体积膨胀率最高，并且在3d～15d时体积膨胀率一直呈现逐步增长的趋势。而其他AP掺量快硬高强SAC注浆料在3天龄期以后均出现体积收缩现象。随着龄期的增加，AP掺量为15％的注浆料膨胀率均最高。从图10(a)可以看出，AP掺量为15％的注浆料膨胀率远大于其他注浆料。由于注浆料1天的水化进程还不够完全，因此仅通过图10(a)不能得出不同掺量AP对SAC注浆料膨胀率的影响结果。从图10(b)可以看出，除了AP掺量为15％的注浆料仍然继续膨胀，其他掺量的注浆料的膨胀率均出现倒缩现象，不考虑AP掺量为10％的注浆料，AP掺量5％～15％的注浆料仍然膨胀，AP掺量20％、30％的注浆料膨胀率已经低于未掺加AP的注浆料。从图10(c)可以看出，随着龄期的推移不同AP掺量快硬高强SAC注浆料膨胀率均出现降低的现象，龄期40天后注浆料的膨胀率基本不变。
数据结果表明，AP掺量越高注浆料水化的程度越慢，AFt、铝胶等水化产物的量增长的越慢，膨胀率的最高点出现的越慢。从长期膨胀率变化图可知，AFt、铝胶等水化产物在后期在石膏含量下降、SO4 2-离子浓度不足的情况下转变为单硫型水化硫铝酸钙，出现收缩的现象，其中水化产物中Aft的含量越高收缩的越明显。
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料有害物质浸出分析
表2为不同AP掺量的快硬高强SAC注浆料重金属浸出浓度测试结果，由表中数值可以看出，AP掺量为0％和5％的试件中Ni、Cr、Zn、Cu元素并未被检出；Zn元素浸出浓度最高，但仍然符合《水泥窑协同处置固体废物技术规范》GB30760-2014中对于水泥熟料中重金属元素含量限值的规定，Cu元素的浸出浓度更是大大低于标准限值。因此本文所研究的磨细粉可以安全地与水泥混合应用实际工程中。
表2不同AP掺量的SAC注浆料中的重金属浸出浓度(mg/L)
Figure BDA0003866242670000121
ND：未检出
图11是不同AP掺量快硬SAC注浆料中重金属浓度，由图11中的信息可以直观地看出该磨细粉本身有一定量的重金属含量，而与磨细粉自身所携带的重金属含量相比，掺加5％～15％AP后快硬SAC注浆料浸出的重金属浓度却大大降低，起到了很好的固结作用。掺加30％AP后快硬SAC注浆料浸出的重金属浓度明显提高，但仍然远远低于规定的重金属浓度限值。从图11还可以看出，AP掺量0％和5％的快硬SAC注浆料对Ni、Cr、Zn和Cu四种重金属固结率均为100％，AP掺量15％的快硬SAC注浆料对Ni、Cr、Zn和Cu四种重金属固结比率分别为36.3％、20.5％、40.7％和27.1％，这说明快硬SAC注浆料对AP中各种重金属具有较好的固结作用，尤其对Ni、Zn和Cu三种重金属的固结效果极佳。
不同掺量AP对快硬高强SAC注浆料性能影响的微观机理分析
图12为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料在不同龄期时的XRD物相分析结果。从图12可以看出，注浆料水化后主要含有钙矾石相，C-S-H凝胶相、A-S-H凝胶相、水合硫酸铁钙相。随着龄期的增长，主要水化产物的峰值没有明显的变化。从不同龄期水化产物的XRD物相分析结果中，并没有发现氮化铝及氟化钙等有害物质，这说明快硬SAC注浆料对AP中氮化铝、氟化钙含有的F、Ca等元素的物质具有较好的固结效率。从图12(a)可以看出，编号为L5、L15和L30的钙矾石峰高于L0，进一步证实了AP的加入均可以提高快硬高强SAC注浆料的结石率和膨胀率。从图12(b)、12(c)可以看出，当AP掺量为30％时，钙矾石相要强于其他掺量的试件的峰值强度，而其他物相的强度没有明显的变化。这与在28d、60d龄期时，30％掺量的试件抗压强度明显低于其他掺量相一致。
图13为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料在3d、28d、60d龄期时的TG-DTG曲线。从图13可以看出，试样在升温至900℃时共出现3个质量损失峰值,分别为从室温～100℃的Aft脱水吸热峰，220℃～270℃的AH3脱水吸热峰，以及710℃～730℃的CaCO3分解吸热峰。从图13(a)中可以看出，20℃～100℃、220℃～270℃、710℃～730℃处曲线包围的面积L0最大，并随着掺量的增加逐渐减小，即L0中AH3凝胶和Aft、CaCO3数量较多，说明AP取代了水泥的数量，从而导致生成的水化产物AH3凝胶、Aft和Ca(OH)2变少，从图13(b)、13(c)中可以看出，20℃～100℃、220℃～270℃、710℃～730℃处曲线包围的面积L30最大，并即L30中AH3凝胶和Aft、CaCO3数量较多，与XRD分析的结果一致，进一步证明了AP会降低注浆料的后期强度。
图14为不同AP掺量快硬高强SAC注浆料在3d、28d、60d龄期时的IR分析结果。从图14可以看出，不同AP掺量快硬高强SAC注浆料的SO4 2-、OH-、C-O、C＝O的反对称伸缩振动峰峰值随着龄期的增长均呈增长趋势，说明随着水化进程的发展，注浆料中Aft、AH3等物质含量逐渐增加，这与XRD分析结果一致，并且从图14(a)(b)中可以看出，L15的SO4 2-、OH-的含量均高于其他含量，这一结果表明L15中Aft含量最高，进一步验证了其力学性能优于其他掺量的注浆料。从图14(c)中可以看出掺加30％二次铝灰磨细粉的注浆料试件中OH-含量较高，SO4 2-含量仅次于不掺加二次铝灰磨细粉的对比组，这一特征表明该掺量的注浆料中Aft含量最高，与XRD分析结果一致。并且L0中SO4 2-含量均高于掺加AP的其他试件，在SO4 2-离子浓度不足的情况下Aft和铝胶易转变为单硫型水化硫铝酸钙，因此在后期注浆料的力学性能出现倒缩的现象，膨胀率出现降低的现象。
通过上述实施例，得出以下本发明的技术优点和结论：
(1)掺入不同掺量AP后快硬高强SAC注浆料的凝结时间和流动度明显延长，其中AP掺量为15％时，快硬SAC注浆料的凝结时间最短。快硬高强SAC注浆料早期抗压强度均随AP掺量增加呈先增后减的趋势，长期抗压强度均随AP掺量的增加呈减小的趋势，其中AP掺量为5～10％时，快硬高强SAC注浆料的的抗压强度均与未掺加AP对比样品相差不大，尤其相应浸水养护的抗折强度均要优于未掺加AP的SAC注浆料。
(2)不同掺量AP均增加了快硬高强SAC注浆料浆液的结石率，随着AP掺量的增加其结石率呈现先增后减的趋势，其中AP掺量为15％时结石率最高。除了AP掺量为15％的注浆料，其他不同AP掺量的快硬高强SAC注浆料3天以后均出现膨胀率下降的现象。AP掺量为15％的快硬高强注浆料在不同龄期时膨胀率最高，这与结石率的结果相一致。
(3)掺加AP的快硬SAC注浆料对Ni、Cr、Zn和Cu等重金属具有固结作用，其中掺加15％AP的快硬SAC注浆料对四种重金属固结比率分别为36.3％、20.5％、40.7％和27.1％％，其浸出行为和浸出浓度指标均满足国标GB30760-2014的相关要求。
(4)快硬高强SAC注浆料的主要水化产物为Aft、A-S-H凝胶和C-S-H凝胶，其含量均随着AP掺量的增加而增加。随着龄期延长，AP掺量为30％时快硬高强SAP注浆料中AH3凝胶和Aft、CaCO3数量最多；早龄期时AP掺量为15％的快硬高强注浆料中Aft含量最多，而长龄期时AP掺量为30％快硬高强SAC注浆料中的Aft含量最多。这在一定程度上解释了不同掺量AP快硬高强SAC注浆料后期强度倒缩较为明显现象。
同时也进一步地证明了，本发明提供的二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用和含有该粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料能够有效地解决二次铝灰的再生利用率低、常规注浆料力学性能、体积稳定性一般，且环境友好性差的问题。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用，其特征在于：所述应用包括将二次铝灰与涉重污泥及建筑渣土混合后得到的渣料经过烘干和高温处理后得到烧结渣料，研磨得到磨细粉体，将所述磨细粉体添加到SAC注浆料中。
2.根据权利要求1所述的二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用，其特征在于：所述涉重污泥、建筑渣土与所述二次铝灰的质量配比为52：30：18。
3.根据权利要求1所述的二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用，其特征在于：所述高温处理为将所述二次铝灰与涉重污泥及建筑渣土混合后的混合物加入至1000-1200℃的高温下进行烧结。
4.根据权利要求1所述的二次铝灰高温烧结渣料磨细粉体的应用，其特征在于：所述磨细粉体的粒径为10-70μm。
5.一种快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料，其特征在于：所述水泥基注浆料包括硫铝酸水泥、权利要求1-4任一项所述磨细粉体以及水。
6.根据权利要求5所述粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料，其特征在于：硫铝酸盐水泥、所述磨细粉体的总质量与所述水质量的配比为1：0.45。
7.根据权利要求5所述粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料，其特征在于：硫铝酸盐水泥与所述磨细粉体的配比为(19:1)-(4:1)。
8.根据权利要求5所述粉体的快硬高强硫铝酸盐水泥基注浆料，其特征在于：所述SAC注浆料的粒径为2-50μm。
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