CN117383896B - 一种低熟料固废基胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低熟料固废基胶凝材料及其制备方法。由如下重量份数的组分构成：水泥10‑30份、尾矿粉200‑300份、钢渣粉50‑100份、电石渣粉30‑50份、增强纤维30‑50份、石膏20‑30份、减水剂5‑12份、抗裂剂10‑20份、水20‑50份。本发明制备的固废基胶凝材料，水泥熟料用量低，力学强度高，可以作为建筑材料使用，废弃物再利用既保护了环境，又增加了经济效益。
Description
技术领域
本发明属于固废资源化利用技术领域，具体涉及一种低熟料固废基胶凝材料及其制备方法。
背景技术
尾矿、钢渣、电石渣、粉煤灰等固体废弃物的资源化处理可以降低对于环境的污染，还可以作为建筑材料。将其制备为固废基胶凝材料，是一种很好的选择，但是，目前的建筑材料用固废基胶凝材料，必须添加水泥熟料，水泥熟料的添加量在30-50％，否则达不到建筑材料所需要的力学性能，如何在保持建筑材料的力学性能的同时，降低熟料的使用量，是本领域急需解决的一个技术问题。
专利CN115073116 A公开了一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料60-70份，硅酸盐水泥20-30份，激发剂5-15份，减水剂3-10份，所述含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的40-50％，其水泥熟料的用量仍然接近30％，且只能用于灌浆材料。专利CN114634346 A公开了一种用于处理硫铁矿渣的固废基胶凝材料及其使用方法，包括：35-45％的矿渣、25-35％的脱硫石膏、15-25％的钢渣、10-15％的赤泥、5-10％的锰砂以及3-5％的沸石，虽然其未采用水泥熟料作为胶凝剂，但是，其力学强度差，只能用于环境修复，不能作为建筑材料使用。专利CN114180862A公开了一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，包括以下步骤：S1、将矿渣与助磨剂混合，然后粉磨至比表面积≥600m2/kg，得到第一矿渣；S2、将矿渣与助磨剂混合，粉磨至比表面积500m2/kg-600m2/kg，得到第二矿渣；S3、将钢渣和脱硫石膏混合后，粉磨至比表面积≥450m2/kg，得到第三粉料；S4、将第一矿渣、第二矿渣、第三粉料混合，得到固废基胶凝材料；所述助磨剂包括以下重量份的组分：三乙醇胺10-20份，三聚磷酸钠3-5份，氟铝酸钠7-10份，二乙基二硫代氨基甲酸钠3-5份，聚琥珀酰亚胺3-5份，水30-50份，虽然其制备的固废基胶凝材料不含有水泥熟料，碳排放低，但其力学强度较低，不适合作为建筑材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低熟料固废基胶凝材料及其制备方法。
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：水泥10-30份、尾矿粉200-300份、钢渣粉50-100份、电石渣粉30-50份、增强纤维30-50份、石膏20-30份、减水剂5-12份、抗裂剂10-20份、水20-50份。
所述水泥为硅酸盐水泥42.5或42.5R。
所述尾矿粉为铜尾矿粉、钼尾矿粉、铁尾矿粉、镍尾矿粉、锡尾矿粉中的一种或几种。
所述尾矿粉的比表面积500-600m2/kg。
所述电石渣粉的比表面积400-500m2/kg。
所述钢渣粉的比表面积400-500m2/kg，碱度≥1.8。
所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维。
所述减水剂为聚萘甲醛磺酸钠盐、对氨基苯磺酸盐-磺化丙酮-甲醛缩合物、对氨基苯磺酸钠、异丁烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚中的一种或几种。
所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
所述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
本发明的有益效果：本发明制备的固废基胶凝材料，水泥熟料用量低，力学强度高，可以作为建筑材料使用，废弃物再利用既保护了环境，又增加了经济效益。材料中苎麻纤维和聚丙烯纤维的组合使用以及氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉的组合使用，增强了材料的强度和韧性，提高了材料的力学性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
实施例1
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5 20份、镍尾矿粉100份、锡尾矿粉150份、钢渣粉80份、电石渣粉40份、增强纤维40份、石膏25份、聚萘甲醛磺酸钠盐8份、抗裂剂15份、水30份；所述镍尾矿粉的比表面积550m2/kg；所述锡尾矿粉的比表面积530m2/kg；所述电石渣粉的比表面积450m2/kg；所述钢渣粉的比表面积480m2/kg，碱度≥1.8；所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维；所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
实施例2
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5 15份、铜尾矿粉110份、钼尾矿粉110份、钢渣粉55份、电石渣粉32份、增强纤维32份、石膏22份、对氨基苯磺酸盐-磺化丙酮-甲醛缩合物2份、对氨基苯磺酸钠3份、抗裂剂10份、水20份；所述铜尾矿粉的比表面积500m2/kg；所述钼尾矿粉的比表面积500m2/kg；所述电石渣粉的比表面积400m2/kg；所述钢渣粉的比表面积400m2/kg，碱度≥1.8；所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维；所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
实施例3
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5R 30份、钼尾矿粉100份、铁尾矿粉100份、镍尾矿粉100份、钢渣粉95份、电石渣粉50份、增强纤维50份、石膏30份、异丁烯醇聚氧乙烯醚3份、异戊烯醇聚乙烯醚3份、烷基酚聚氧乙烯醚3份、甲基烯丙基聚氧乙烯醚3份、抗裂剂20份、水50份；所述钼尾矿粉的比表面积580m2/kg；所述铁尾矿粉的比表面积580m2/kg；所述电石渣粉的比表面积480m2/kg；所述钢渣粉的比表面积500m2/kg，碱度≥1.8；所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维；所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
对比例1
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5 20份、镍尾矿粉250份、钢渣粉80份、电石渣粉40份、增强纤维40份、石膏25份、聚萘甲醛磺酸钠盐8份、抗裂剂15份、水30份；所述镍尾矿粉的比表面积550m2/kg；所述锡尾矿粉的比表面积530m2/kg；所述电石渣粉的比表面积450m2/kg；所述钢渣粉的比表面积480m2/kg，碱度≥1.8；所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维；所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
对比例2
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5 20份、锡尾矿粉250份、钢渣80份、电石渣40份、增强纤维40份、石膏25份、聚萘甲醛磺酸钠盐8份、抗裂剂15份、水30份；所述镍尾矿粉的比表面积550m2/kg；所述锡尾矿粉的比表面积530m2/kg；所述电石渣粉的比表面积450m2/kg；所述钢渣粉的比表面积480m2/kg，碱度≥1.8；所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维；所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
对比例3
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5 20份、镍尾矿粉100份、锡尾矿粉150份、钢渣粉80份、电石渣粉40份、苎麻纤维40份、石膏25份、聚萘甲醛磺酸钠盐8份、抗裂剂15份、水30份；所述镍尾矿粉的比表面积550m2/kg；所述锡尾矿粉的比表面积530m2/kg；所述电石渣粉的比表面积450m2/kg；所述钢渣粉的比表面积480m2/kg，碱度≥1.8；所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
对比例4
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5 20份、镍尾矿粉100份、锡尾矿粉150份、钢渣粉80份、电石渣粉40份、聚丙烯纤维40份、石膏25份、聚萘甲醛磺酸钠盐8份、抗裂剂15份、水30份；所述镍尾矿粉的比表面积550m2/kg；所述锡尾矿粉的比表面积530m2/kg；所述电石渣粉的比表面积450m2/kg；所述钢渣粉的比表面积480m2/kg，碱度≥1.8；所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
对比例5
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5 20份、镍尾矿粉100份、锡尾矿粉150份、钢渣粉80份、电石渣粉40份、增强纤维40份、石膏25份、聚萘甲醛磺酸钠盐8份、氨羟基聚硅氧烷15份、水30份；所述镍尾矿粉的比表面积550m2/kg；所述锡尾矿粉的比表面积530m2/kg；所述电石渣粉的比表面积450m2/kg；所述钢渣粉的比表面积480m2/kg，碱度≥1.8；所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
对比例6
一种低熟料固废基胶凝材料，由如下重量份数的组分构成：硅酸盐水泥42.5 20份、镍尾矿粉100份、锡尾矿粉150份、钢渣粉80份、电石渣粉40份、增强纤维40份、石膏25份、聚萘甲醛磺酸钠盐8份、糊化淀粉15份、水30份；所述镍尾矿粉的比表面积550m2/kg；所述锡尾矿粉的比表面积530m2/kg；所述电石渣粉的比表面积450m2/kg；所述钢渣粉的比表面积480m2/kg，碱度≥1.8；所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维。
上述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
实验例：
以实施例1-3及对比例1-4制备的低熟料固废基胶凝材料为试验料，按照国标《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2019成型抗压强度和抗折强度试件的要求制备试件并养护，测试其7天、28天龄期强度。
每组实验重复5次，取平均数，采用SPSS24.0软件进行统计学分析，计量资料结果用(均数士标准差)表示，采用Kolmogorov-Smirnov检验法进行数据正态性检验，对于符合正态分布数据，两组间均值差异比较采用t检验，以P<0.05为差异具有统计学意义。
测试结果如表1-2所示：
表1
| 实验组 | 7d抗压强度MPa | 28d抗压强度MPa |
| 实施例1 | 135.4±3.8 | 168.8±4.2 |
| 实施例2 | 132.8±2.6 | 162.3±3.5 |
| 实施例3 | 136.1±4.6 | 165.5±3.6 |
| 对比例1 | 117.7±2.1* | 139.1±3.2* |
| 对比例2 | 106.2±3.3* | 141.3±3.4* |
注：*代表与实施例1相比，p<0.05。
表2
注：*代表与实施例1相比，p<0.05。
以实施例1-3及对比例5-6制备的低熟料固废基胶凝材料为试验料，试体按照GB/T17671-2021《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行制备，制成边长为150mm的立方体试件，参照GB/T 50081-2002进行7d和28d劈裂抗拉强度(20℃实验温度)的测试。
测试结果如表3所示：
表3
注：*代表与实施例1相比，p<0.05。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种低熟料固废基胶凝材料，其特征在于，由如下重量份数的组分构成：水泥10-30份、尾矿粉200-300份、钢渣粉50-100份、电石渣粉30-50份、增强纤维30-50份、石膏20-30份、减水剂5-12份、抗裂剂10-20份、水20-50份；
所述尾矿粉为铜尾矿粉、钼尾矿粉、铁尾矿粉、镍尾矿粉、锡尾矿粉中的二种以上；
所述增强纤维为苎麻纤维和聚丙烯纤维按照质量比1：1混合的纤维；
所述抗裂剂为氨羟基聚硅氧烷和糊化淀粉按照质量比1：3混合的混合物。
2.根据权利要求1所述低熟料固废基胶凝材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥42.5或42.5R。
3.根据权利要求1所述低熟料固废基胶凝材料，其特征在于，所述尾矿粉的比表面积500-600m2/kg。
4.根据权利要求1所述低熟料固废基胶凝材料，其特征在于，所述电石渣粉的比表面积400-500m2/kg。
5.根据权利要求1所述低熟料固废基胶凝材料，其特征在于，所述钢渣粉的比表面积400-500m2/kg，碱度≥1.8。
6.根据权利要求1所述低熟料固废基胶凝材料，其特征在于，所述减水剂为聚萘甲醛磺酸钠盐、对氨基苯磺酸盐-磺化丙酮-甲醛缩合物、对氨基苯磺酸钠、异丁烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚中的一种或几种。
7.权利要求1所述低熟料固废基胶凝材料的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：将尾矿、钢渣、电石渣采用单磨和/或混磨方式进行粉磨；按照权利要求1所述低熟料固废基胶凝材料配合比混合，采用搅拌机搅拌均匀，得到低熟料固废基胶凝材料。
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