CN117285292A - 基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料砂浆材料 - Google Patents
基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料砂浆材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于赤泥‑飞灰‑电石渣‑粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，利用赤泥‑飞灰‑电石渣‑粉煤灰四元胶凝材料对垃圾焚烧飞灰中的重金属有效地固结，防止重金属浸出危害周边环境，节约成本；在所述四元胶凝材料中，通过掺入含有大量氯化物的垃圾焚烧飞灰，促使水化反应生成F盐和水化氯铝酸钙等新水化产物的生成，垃圾焚烧飞灰反应的较为完全，其他三种胶凝材料水化生成C‑S‑H和C‑A‑S‑H等反应产物也较多，水化氯铝酸钙与C‑S‑H、C‑A‑S‑H等凝胶共同填充颗粒结构间的孔隙，使得结构更加密实，形成统一的整体，提高所述砂浆材料的抗压强度，7d抗压均达到10MPa以上，28d抗压强度均达到12MPa以上。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料砂浆材料。
背景技术
随着工业化的不断推进，催生出大量的城市垃圾和工业生产废弃物。近些年，垃圾焚烧逐渐成为了垃圾处理的主要方式，在焚烧过程中产生的二噁英会在炉内低温段富集在垃圾焚烧飞灰中，如不对其中的有害物质进行妥善处理，会给环境造成极为严重的危害。
目前垃圾焚烧飞灰的处置方式主要有固化稳定和资源化利用两种方式，其缺点是固化量低、产品质量较难把控、处置效率极低，无法有效降低飞灰造成的环境污染的技术问题。并且，电石渣是工业生产聚氯乙烯的过程中产生的工业废料，据统计每生产1t的PVC产品就要排出约20t的电石渣浆体。此外，赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，因含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，故被称为赤泥，赤泥具有强碱性以及含有少量重金属，堆积赤泥会对周边的环境带来严重威胁，严重者可能对地下水造成污染，直接危害到生态环境。因此，实现废弃物的稳定化、安全化、资源化处理具有社会经济效益，符合可持续发展理念。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料砂浆材料，利用本发明提供的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料砂浆材料，在原有的赤泥-电石渣-粉煤灰三元胶凝体系的基础上，掺入垃圾焚烧飞灰形成四元胶凝材料，利用多种固体废弃物协同固化垃圾焚烧飞灰中的重金属使其不会对环境造成污染，且四元胶凝材料较三元胶凝材料抗压强度高，基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料砂浆材料的强度显著提高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料和砂石；
所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：10.00~40.00份粉煤灰、10.00~30.00份赤泥、10.00~30.00份电石渣、10.00~30.00份垃圾焚烧飞灰，20~40份水；
所述水的质量与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比为0.2~0.4。
优选地，所述矿砂与赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料质量比为2~4。
优选地，所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中赤泥、飞灰、电石渣和粉煤灰的质量比为（2~4）：（1~3）：（1~3）：（2~4）。
优选地，按重量份数计，所述赤泥由包括以下组分组成：23~27份的Fe2O3、26~30份的Al2O3、20~24份的SiO2、11~15份的Na2O、3~7份的TiO2、2~5份的CaO、0.1~0.4份的P2O5、0.1~0.4份的SO3、0.1~0.3份的ZrO2、0.1~0.3份的V2O5。
优选地，所述垃圾焚烧飞灰的比表面积为320~360m2/kg，所述垃圾焚烧飞灰的中粒径为17~21μm。
优选地，按重量份数计，所述电石渣由包括以下组分组成：86~90份的CaO、2~6份的SiO2、2~6份的Al2O3、0.3~0.8份的Na2O、0.1~0.4份的Fe2O3、0.3~0.7份的SO3、0.08~0.2份的MgO。
优选地，所述电石渣的比表面积为260~300m2/kg，所述电石渣的比表面积的中粒径为12~15μm。
优选地，按重量份数计，所述粉煤灰由包括以下组分组成：38~42份的Al2O3、46~50份的SiO2、2~5份的Fe2O3、0.8~2.2份的TiO2、2~5份的CaO、0.1~0.5份的P2O5、0.2~0.6份的SO3、0.7~1.2份的K2O。
优选地，所述砂石为铁尾矿砂，所述铁尾矿砂的粒径为0.1mm~3.2mm，所述铁尾矿砂的含泥量为2~7%，所述铁尾矿砂的细度模数为1.2~3.6，所述铁尾矿砂的堆积面积为1250~1700kg/m3，所述铁尾矿砂的表观密度为2350~2750kg/m3。
本发明还提供了上述技术方案所述基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将赤泥、飞灰、电石渣、粉煤灰和水混合后，进行第一搅拌，得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料；
（2）向所述步骤（1）得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中加入砂石，进行第二搅拌，得到混合体；
（3）将所述步骤（2）得到的混合体进行高速搅拌，得到基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料。
本发明提供了一种基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料、砂石和水；所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：10.00~40.00份粉煤灰、10.00~30.00份赤泥、10.00~30.00份电石渣、10.00~30.00份垃圾焚烧飞灰。本发明提供的所述砂浆材料，利用赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料可以对垃圾焚烧飞灰中的重金属进行有效地固结，防止重金属浸出危害周边环境，节约成本且符合可持续发展理念；在赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中，通过掺入含有大量氯化物的垃圾焚烧飞灰，促使水化反应生成F盐和水化氯铝酸钙等新水化产物的生成，不仅垃圾焚烧飞灰反应的较为完全，其他三种胶凝材料水化生成C-S-H和C-A-S-H等反应产物也较多，水化氯铝酸钙与C-S-H、C-A-S-H等凝胶共同填充颗粒结构间的孔隙，使得结构更加密实，各物相间形成统一的整体，提高了体系的抗压强度，由其制备出的所述砂浆材料的7d抗压强度可达15.5MPa，28d抗压强度可达17.6MPa，具有环保、高强的特点；垃圾焚烧飞灰作为危险固体废弃物仅需考虑运输成本，将其加入赤泥-电石渣-粉煤灰三元体系后制备得到的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料，无论是强度还是经济效益都优于原有三元胶凝体系的砂浆材料。实施例的结果显示，本发明实施例1~3制备的砂浆材料1~3的7d抗压强度均达到10MPa以上，28d抗压强度均达到12MPa以上，抗压强度高。
附图说明
图1为本发明的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料28d龄期硬化浆体放大500倍的显微形貌图；
图3为本发明实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料28d龄期硬化浆体放大5000倍的显微形貌图；
图4为本发明实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的不同龄期XRD图谱；
图5为本发明实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的EDS分析探点位置图，其中，Spot1~4为位置1~4；
图6为本发明实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的Spot1的EDS图；
图7为本发明实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的Spot2的EDS图；
图8为本发明实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的Spot3的EDS图；
图9为本发明实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的Spot4的EDS图。
具体实施方式
在本发明中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。
本发明提供了一种基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料和砂石；
所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：10.00~40.00份粉煤灰、10.00~30.00份赤泥、10.00~30.00份电石渣、10.00~30.00份垃圾焚烧飞灰，20~40份水；
所述水的质量与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比为0.2~0.4。
在本发明中，所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料，按重量份数计，优选由包括以下组分的原料制备得到：11.00~38.00份粉煤灰、11.00~28.00份赤泥、11.00~28.00份电石渣、11.00~28.00份垃圾焚烧飞灰，21~39份水。
在本发明中，所述矿砂与赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料质量比优选为2~4，更优选为2.5~3.5，进一步优选为3。本发明控制矿砂与赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料质量比在上述范围，以保所述四元胶凝材料的抗压强度；矿砂与赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料质量比太小影响砂浆材料成型过程中的流动性和工作性能，比值太大会导致砂浆材料抗压强度下降。
在本发明中，所述水与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比优选为0.25~0.35，进一步优选为0.3。本发明控制水的质量与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比在上述范围，以所述保证四元胶凝材料的性能和质量；所述水与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比过低，赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰难以发生充分的水化反应，有害物质未能充分固化，难以形成完整的四元胶凝材料体系，所述水与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比过高，经长时间反应后会导致结晶膨胀，从而破坏砂浆材料内部结构体系，使得砂浆材料易于开裂和脱层，从而降低砂浆材料的抗压强度。
在本发明中，所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中赤泥、飞灰、电石渣和粉煤灰的质量比优选为（2~4）：（1~3）：（1~3）：（2~4），更优选为（2.5~3.5）：（1.5~2.5）：（1.5~2.5）：（2.5~3.5），进一步优选为3：2：2：3。本发明控制赤泥、飞灰、电石渣和粉煤灰的质量比在上述范围，以控制强碱环境，促使后续水化反应过程中各相物质较充分利用，较高程度固化物质中含有的Cl元素，防止重金属浸出，从而保障砂浆材料的抗压强度。
在本发明中，按重量份数计，所述赤泥优选由包括以下组分组成：23~27份的Fe2O3、26~30份的Al2O3、20~24份的SiO2、11~15份的Na2O、3~7份的TiO2、2~5份的CaO、0.1~0.4份的P2O5、0.1~0.4份的SO3、0.1~0.3份的ZrO2、0.1~0.3份的V2O5，更优选为24~26.5份的Fe2O3、27~29份的Al2O3、21~23份的SiO2、12~14份的Na2O、3~6份的TiO2、3~4份的CaO、0.15~0.3份的P2O5、0.15~0.3份的SO3、0.14~0.22份的ZrO2、0.12~0.22份的V2O5，进一步优选为25.70份的Fe2O3、28.40份的Al2O3、22.30份的SiO2、13.90份的Na2O、5.57份的TiO2、3.12份的CaO、0.20份的P2O5、0.20份的SO3、0.18份的ZrO2、0.16份的V2O5。
在本发明中，所述赤泥的比表面积优选为680~700m2/kg，更优选为685~699m2/kg，进一优选为696.1m2/kg。在本发明中，所述赤泥的中粒径优选为19~25μm，更优选为20~23μm，进一优选为21.41μm。本发明控制赤泥的比表面积和中粒径在上述范围，为所述四元胶凝材料提供较大粒径和较小粒径的颗粒，较大粒径的颗粒比表面积小，可减少用水量，较小粒径的颗粒可改善砂浆材料试样的均匀性，防止产生离析，从而保障砂浆材料整体强度。在本发明中，按重量份数计，所述垃圾焚烧飞灰优选由包括以下组分组成：54~57份的CaO、14~20份的NaCl、3~9份的SiO2、1~6份的Al2O3、1~6份的MgO、6~11份的Na2O、2~7份的SO3、0.2~0.9份的Fe2O3、1~7份的K2O、0.0.8~0.3份的TiO2，更优选为53~56份的CaO、15~19份的NaCl、4~7份的SiO2、2~5份的Al2O3、2~5份的MgO、7~10份的Na2O、3~6份的SO3、0.3~0.7份的Fe2O3、2~6份的K2O、0.1~0.25份的TiO2，进一步优选为54.40份的CaO、17.25份的NaCl、6.25份的SiO2、3.28份的Al2O3、3.65份的MgO、8.52份的Na2O、4.65份的SO3、0.57份的Fe2O3、4.42份的K2O、0.18份的TiO2。
在本发明中，所述垃圾焚烧飞灰的比表面积优选为320~360m2/kg，更优选为330~355m2/kg，进一步优选为349.9m2/kg。在本发明中，所述垃圾焚烧飞灰的中粒径为17~21μm，更优选为15~20μm，进一步优选为19.67μm。本发明控制垃圾焚烧飞灰的比表面积和中粒径在上述范围，为所述四元胶凝材料中提供较小和中间粒径的颗粒组分，使得四元胶凝材料各组分颗粒之间互相补充，更好地填充孔隙，从而为砂浆材料整体抗压强度的发展提供有力保障。
在本发明中，按重量份数计，所述电石渣优选由包括以下组分组成：86~90份的CaO、2~6份的SiO2、2~6份的Al2O3、0.3~0.8份的Na2O、0.1~0.4份的Fe2O3、0.3~0.7份的SO3、0.08~0.2份的MgO，更优选为87~89份的CaO、3~5份的SiO2、3~5份的Al2O3、0.4~0.7份的Na2O、0.2~0.3份的Fe2O3、0.4~0.6份的SO3、0.1~0.18份的MgO，进一步优选为88.60份的CaO、4.22份的SiO2、4.85份的Al2O3、0.58份的Na2O、0.22份的Fe2O3、0.51份的SO3、0.14份的MgO。
在本发明中，所述电石渣的比表面积优选为260~300m2/kg，更优选为270~295m2/kg，进一步优选为287.6m2/kg。在本发明中，所述电石渣的中粒径为12~15μm，更优选为12.5~14.5μm，进一步优选为13.84μm。本发明控制电石渣的比表面积和中粒径在上述范围，为所述四元胶凝材料中提供较小颗粒，提升四元胶凝材料中各组分颗粒匹配度，匹配度越好颗粒间的自由水就越多，充足的自由水可以提高四元胶凝材料成型过程中颗粒间的流动性，有利于降低孔隙率，进而提高四元胶凝材料抗压强度，减少有害物质浸出，从而提升砂浆材料的抗压强度。
在本发明中，按重量份数计，所述粉煤灰优选由包括以下组分组成：38~42份的Al2O3、46~50份的SiO2、2~5份的Fe2O3、0.8~2.2份的TiO2、2~5份的CaO、0.1~0.5份的P2O5、0.2~0.6份的SO3、0.7~1.2份的K2O，更优选为39~41份的Al2O3、47~49.5份的SiO2、2.5~4.5份的Fe2O3、1.2~2.0份的TiO2、3~4份的CaO、0.15~0.4份的P2O5、0.3~0.55份的SO3、0.8~1.1份的K2O，进一步优选为40.60份的Al2O3、48.90份的SiO2、3.21份的Fe2O3、1.69份的TiO2、3.20份的CaO、0.29份的P2O5、0.43份的SO3、0.91份的K2O。
在本发明中，所述粉煤灰的比表面积优选为300~380m2/kg，更优选为320~370m2/kg，进一步优选为355m2/kg。在本发明中，所述粉煤灰的中粒径为12~17.5μm，更优选为13.5~16.5μm，进一步优选为15.15μm。本发明控制粉煤灰的比表面积和中粒径在上述范围，为所述四元胶凝材料提供较小的粒径组分，使得结构更加密实，各物相间形成统一的整体，从而能够提升砂浆材料的抗压强度强度和耐久性，提高砂浆材料成型过程中颗粒间的流动性和减少收缩，从而减少开裂风险。
在本发明中，所述砂石优选为铁尾矿砂。在本发明中，所述铁尾矿砂的粒径优选为0.1mm~3.2mm，更优选为0.12mm~3mm，进一步优选为0.16mm~2.36mm。在本发明中，所述铁尾矿砂的含泥量优选为2~7%，更优选为3~6%，进一步优选为4.5%，在本发明中，所述铁尾矿砂的细度模数优选为1.2~3.6，更优选为1.6~3，进一步优选为2.1，在本发明中，所述铁尾矿砂的堆积面积优选为1250~1700kg/m3，更优选为1300~1650kg/m3，进一步优选为1540kg/m3，在本发明中，所述铁尾矿砂的表观密度优选为2350~2750kg/m3，更优选为2400~2680kg/m3，进一步优选为2530kg/m3。本发明控制铁尾矿砂各项参数在上述范围，以控制制备的所述砂浆材料在干燥和硬化过程中产生收缩，同时填充砂浆材料中的微小裂缝，防止裂缝扩大，使得所述砂浆材料更加坚固，从而提升砂浆材料的强度。
本发明还提供了上述技术方案所述基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将赤泥、飞灰、电石渣、粉煤灰和水混合后，进行第一搅拌，得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料；
（2）向所述步骤（1）得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中加入砂石，进行第二搅拌，得到混合体；
（3）将所述步骤（2）得到的混合体进行高速搅拌，得到基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料。
本发明提供的钴金属有机骨架材料的制备方法操作简单，反应条件温和，适宜规模化生产。
在本发明中，所述第一搅拌的时间优选为10~50s，更优选为20~40s。本发明控制第一搅拌的时间在上述范围，以促使各组分混合反应完全，得到综合性能较好的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料。本发明对第一搅拌的速率没有特殊的限制，采用本领域熟知的速率即可。
在本发明中，所述第二搅拌的时间优选为75~110s，更优选为80~100s。本发明对第二搅拌的速率没有特殊的限制，采用本领域熟知的速率即可。本发明控制第一搅拌的时间在上述范围，以促使各组分混合完全。
在本发明中，所述高速搅拌的时间优选为45~80s，更优选为50~70s。在本发明中，所述高速搅拌的速率优选为100~150r/min，更优选为120r/min。本发明控制高速搅拌的时间和转速在上述范围，以促使材料之间能够充分融合，提高材料均匀度和质量。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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。
图1为本发明提供的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料的制备方法的流程图，具体为：将赤泥、飞灰、电石渣、粉煤灰和水混合后，进行第一搅拌，得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料；向所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中加入砂石，进行第二搅拌，得到混合体；将所述混合体进行高速搅拌，得到基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料。
实施例1~3中所用赤泥、电石渣、粉煤灰和垃圾焚烧飞灰中包括的化学成分组成如表1~4所示，并且，所述赤泥的比表面积为680~700m2/kg，中粒径优选为21.41μm；所述电石渣的比表面积为287.6m2/kg，中粒径为13.84μm；粉煤灰的比表面积为355m2/kg，中粒径为15.15μm；所述垃圾焚烧飞灰的比表面积为349.9m2/kg，中粒径为19.67μm。
表1 赤泥的化学成分组成统计
；
表2 电石渣的化学成分组成统计
；
表3 粉煤灰的化学成分组成统计
；
表4 飞灰的化学成分组成统计
。
实施例1
（1）取粉煤灰0.9kg，电石渣0.9kg，飞灰0.6kg，赤泥0.6kg，水0.9kg加入水泥胶砂搅拌机中进行25r/min第一搅拌30s后，得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料；所述水的质量与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比为0.3；所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中赤泥、飞灰、电石渣和粉煤灰的质量比为2：2：3：3；
（2）向所述步骤（1）得到的在搅拌机中的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中加入9kg砂石，进行25r/min第二搅拌90s，得到混合体；所述矿砂与赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料质量比为3；
（3）将所述步骤（2）中搅拌机叶片上的胶砂刮下后，将所述步骤（2）中混合体进行120r/min高速搅拌60s，得到基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，简称为砂浆材料1。
实施例2
（1）取粉煤灰0.75kg，电石渣0.5kg，飞灰0.5kg，赤泥0.75kg，水0.75kg加入水泥胶砂搅拌机中进行25r/min第一搅拌30s后，得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料；所述水的质量与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比为0.3；所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中赤泥、飞灰、电石渣和粉煤灰的质量比为3：2：2：3；
（2）向所述步骤（1）得到的在搅拌机中的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中加入7.5kg砂石，进行25r/min第二搅拌90s，得到混合体；所述矿砂与赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料质量比为3；
（3）将所述步骤（2）中搅拌机叶片上的胶砂刮下后，将所述步骤（2）中混合体进行120r/min高速搅拌60s，得到基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，简称为砂浆材料2。
实施例3
（1）取粉煤灰0.5kg，电石渣0.75kg，飞灰0.5kg，赤泥0.75kg，水0.75kg加入水泥胶砂搅拌机中进行25r/min第一搅拌30s后，得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料；所述水的质量与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比为0.3；所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中赤泥、飞灰、电石渣和粉煤灰的质量比为3：2：3：2；
（2）向所述步骤（1）得到的在搅拌机中的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中加入7.5kg砂石，进行25r/min第二搅拌90s，得到混合体；所述矿砂与赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料质量比为3；
（3）将所述步骤（2）中搅拌机叶片上的胶砂刮下后，将所述步骤（2）中混合体进行120r/min高速搅拌60s，得到基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，简称为砂浆材料3。
将实施例1~3制备得到的砂浆材料1、砂浆材料2和砂浆材料3分别进行7d和28d抗压强度的测试，试验结果如表5所示。
表5砂浆材料1~3的强度测试统计
；
由表5可知，实施例1~3制备的砂浆材料1~3的7d抗压均达到10MPa以上，28d抗压强度均达到12MPa以上，抗压强度高，力学综合性能较高，且性能差异小。
实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料经抽真空和喷金处理后，利用扫描电子显微镜观察所述四元胶凝材料硬化浆体的微观形貌，得到实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料28d龄期硬化浆体放大500倍的显微形貌图如图2所示，以及实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料28d龄期硬化浆体放大5000倍的显微形貌图如图3所示，由图2和图3可以看出实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中界面紧密，凝胶状物质能够有效地填充界面孔隙，同时有明显的裂缝，但所述体系中结晶度较高的晶体与凝胶状物质相互搭接粘连形成统一整体，体系的微观结构更密实，且无明显的孔洞、缺陷；并且所述体系的微观结构中含有四边形方片状晶体结构和较多细小的六边形方片状晶体结构；并且由图3可知，28d龄期SEM结果显示，四元胶凝材料体系中无定型状与晶体状水化产物相互搭接构成硬化浆体骨架，同时体系中颗粒间孔隙填充已经较为完善，且体系中早期的晶体物质被消耗生成水化产物，共同为四元胶凝材料体系硬化浆体的强度提供来源。
采用X射线衍射仪对实施例2制备的所述四元胶凝材料7d和28d进行物相分析，得到实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的不同龄期XRD图谱如图4所示。
X射线衍射仪的检测参数为：Cu靶，管电压200kV，管电流40mA。衍射角的扫描范围设置为10°至80°，扫描速率为1°/min。
由图4可知，可以观察到实施例2制备的四元胶凝材料7d的NaCl的衍射峰强度较高，当养护龄期至28d后，NaCl衍射峰明显减弱，而3CaO•Al2O3•CaCl2•10H2O衍射峰明显增强，正如图3所示体系的微观结构中含有的四边形方片状晶体结构和较多细小的六边形方片状晶体结构分别为NaCl和3CaO•Al2O3•CaCl2•10H2O；由图4中观察到有CaCO3衍射峰，CaCO3的主要来源之一是原有原料电石渣、垃圾焚烧飞灰中存在的CaCO3物质，另一个来源是反应体系中的Ca(OH)2与环境中的CO2反应生成CaCO3；图4中观察到有Fe2O3衍射峰，Fe2O3主要由赤泥提供，Fe2O3在体系中几乎不参与反应，对于整个胶凝体系仅起到惰性填充作用；图4中观察到有Mullite衍射峰，Mullite主要来源是粉煤灰，这是由于胶凝体系28d时仍有部分粉煤灰存在于体系中，并没有参与水化反应。
采用EDS打点测试的方式，对实施例2制备的赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料硬化浆体进行EDS分析，检测养护28d的砂浆材料试样的微观物质组成，所述EDS分析探点位置如图5所示中Spot1~4，并且检测得到实施例2制备的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料硬化浆体的Spot1~4的EDS谱图如图6~9所示。
由图6可知，即图5位置1或Spot1主要元素为Fe和O，同时含有少量的Ca、Na和Cl等元素，这与图4观察到有Fe2O3衍射峰相对应；如图7，即图5位置2主要元素为Na和Cl，这与图4观察到有NaCl衍射峰相对应，且判定此处为未参与反应的NaCl晶体；如图8，即图5位置3主要元素有Ca、Si、Al、O和Cl等，结合图4判断此处主要水化产物应为水化氯铝酸钙和C-A-S-H凝胶等；如图9，即图5位置4主要元素有Ca、Si、Al、O和Cl等，对比图2同为无定型状物相，且与图3中SEM显示结果一致，判定此处水化产物同样为水化氯铝酸钙和C-A-S-H凝胶。
综上可知，本发明提供的砂浆材料，基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料，通过加入垃圾焚烧飞灰，为体系提供了大量Cl元素，使所述四元胶凝材料中含有大量的NaCl晶体参与水化反应进程，促进了水化产物3CaO•Al2O3•CaCl2•10H2O生成，生成的3CaO•Al2O3•CaCl2•10H2O与所述四元胶凝材料中的C-S-H、C-A-S-H等凝胶共同填充颗粒结构间的孔隙，使得结构更加密实，各物相间形成统一的整体，进而提高了所述砂浆材料的抗压强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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)
1.一种基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料和砂石；
所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：10.00~40.00份粉煤灰、10.00~30.00份赤泥、10.00~30.00份电石渣、10.00~30.00份垃圾焚烧飞灰，20~40份水；
所述水的质量与所述赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的总质量之比为0.2~0.4。
2.根据权利要求1所述的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，其特征在于，所述砂石与赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料质量比为2~4。
3.根据权利要求1所述的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，其特征在于，所述赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中赤泥、垃圾焚烧飞灰、电石渣和粉煤灰的质量比为（2~4）：（1~3）：（1~3）：（2~4）。
4.根据权利要求1所述的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，其特征在于，按重量份数计，所述赤泥由包括以下组分组成：23~27份的Fe2O3、26~30份的Al2O3、20~24份的SiO2、11~15份的Na2O、3~7份的TiO2、2~5份的CaO、0.1~0.4份的P2O5、0.1~0.4份的SO3、0.1~0.3份的ZrO2、0.1~0.3份的V2O5。
5.根据权利要求1或2所述的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰的比表面积为320~360m2/kg，所述垃圾焚烧飞灰的中粒径为17~21μm。
6.根据权利要求1所述的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，其特征在于，按重量份数计，所述电石渣由包括以下组分组成：86~90份的CaO、2~6份的SiO2、2~6份的Al2O3、0.3~0.8份的Na2O、0.1~0.4份的Fe2O3、0.3~0.7份的SO3、0.08~0.2份的MgO。
7.根据权利要求1或6所述的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，其特征在于，所述电石渣的比表面积为260~300m2/kg，所述电石渣的比表面积的中粒径为12~15μm。
8.根据权利要求1所述的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，其特征在于，按重量份数计，所述粉煤灰由包括以下组分组成：38~42份的Al2O3、46~50份的SiO2、2~5份的Fe2O3、0.8~2.2份的TiO2、2~5份的CaO、0.1~0.5份的P2O5、0.2~0.6份的SO3、0.7~1.2份的K2O。
9.根据权利要求1所述的基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料，其特征在于，所述砂石为铁尾矿砂，所述铁尾矿砂的粒径为0.1mm~3.2mm，所述铁尾矿砂的含泥量为2~7%，所述铁尾矿砂的细度模数为1.2~3.6，所述铁尾矿砂的堆积面积为1250~1700kg/m3，所述铁尾矿砂的表观密度为2350~2750kg/m3。
10.一种权利要求1~9任一项所述基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料的制备方法，包括以下步骤：
S1将赤泥、飞灰、电石渣、粉煤灰和水混合后，进行第一搅拌，得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料；
S2向所述步骤S1得到赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料中加入砂石，进行第二搅拌，得到混合体；
S3将所述步骤S2得到的混合体进行高速搅拌，得到基于赤泥-飞灰-电石渣-粉煤灰四元胶凝材料的砂浆材料。
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| CN103664085A (zh) * | 2013-12-06 | 2014-03-26 | 中国科学院地球化学研究所 | 赤泥-粉煤灰聚合型无机胶凝材料及其制备方法和应用 |
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| CN112429982A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-02 | 唐山三友氯碱有限责任公司 | 基于湿基碱渣-湿基电石渣的胶凝材料、胶砂材料及其制备方法 |
| CN113105172A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-13 | 燕山大学 | 利用工业固废和生活垃圾飞灰的重金属固化性免烧砖 |
| CN113912376A (zh) * | 2021-10-08 | 2022-01-11 | 燕山大学 | 一种利用赤泥、粉煤灰、铁尾矿和电石渣固废加工的免烧陶粒及其制备方法和应用 |
| CN116947445A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-10-27 | 燕山大学 | 制备全固废路面砖材料的方法及全固废路面砖 |
-
2023
- 2023-11-24 CN CN202311581300.9A patent/CN117285292A/zh active Pending
Patent Citations (7)
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