粉煤灰聚合型膠凝材料及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種粉煤灰聚合型膠凝材料，包括下述重量份數配比的原料：工業廢渣70～90、協效劑1～10、激發劑10～25、水；所述水按照固液比1.5～2.8g：1ml的比例添加。本發明原料配方單一、來源廣泛、成本低廉，可以大量消耗工業廢渣，渣料在產品中用量可達75～85%，原料中未加入水泥等成分，所得產品的膠凝性來自本技術的激發反應，配方未加入氫氧化鈉等堿性激發劑，成本低，所得膠凝材料的凝固時間較快，凝結強度較高，其用途廣泛，所得制品可用于石材與石材、石材與陶瓷、陶瓷與陶瓷間的相互粘接，還可以用于水泥基表面粘接石材或陶瓷。
【專利說明】粉煤灰聚合型膠凝材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于建筑材料【技術領域】，具體涉及一種主要利用粉煤灰、黃磷渣、赤泥渣、冶金渣等工業廢渣制成的聚合型膠凝材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前國內的大型電廠及煤炭企業，每天都會產生大量的工業廢渣，這些廢渣長期堆存不僅占用大量土地，而且會造成水系和大氣的嚴重污染及危害，對于這些廢棄料的處理需要投入較大費用，處理不當會二次污染環境，如何將這些廢渣通過處理，變廢為寶，是一個亟待解決的問題。
[0003]粉煤灰作為國內排量較大的工業廢渣之一，具有排放量大、污染環境等特點。隨著電力工業的發展，燃煤企業粉煤灰的排放量逐年增加，以貴州地區為例，火電裝機容量已超過2000萬千瓦/年，加上大中型企業鍋爐燃煤供氣，目前粉煤灰和煤渣的年排放量已接近2000萬噸。大量堆放的粉煤灰，會產生揚塵，污染大氣，若排入水系會造成河流淤塞，污染環境。赤泥是鋁土礦生產氧化鋁過程中產生的一種固體廢棄物。赤泥的物質組成復雜、顆粒尺寸小、排放量大、堿度高，導致其綜合利用難度大。目前世界范圍內尚未實現赤泥的大規模綜合利用。
[0004]膠凝材料，又稱膠結料，是指在物理、化學作用下，能從漿體變成堅固的石狀體，并能膠結其他物料，制成有一定機械強度的復合固體的物質。目前市場使用的石材粘結膠、網面膠等基本是有機型的粘結材料，此類粘結材料含大量的有機溶劑，在施工過程中，對施工人員造成很大傷害，對環境造成污染，而且耐候性差易老化，影響使用壽命。用于建筑物的外墻石材粘結時，隨著使用年限的增加，有脫落的危險。市場熱切盼望新型粘結膠的誕生。
[0005]以粉煤灰為原料，制備的聚合型膠凝材料，既符合具有綠色環保的理念，又具有經濟實用等優點。是節能降耗利廢，發展循環經濟，促進生態環境良性循環的新舉措。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種以粉煤灰、冶金渣等工業廢渣為基本原料，以免燒和免蒸養等節能措施，在常溫常壓下經物理和化學雙改性技術，利用納米激發原理，最大限度地激發工業廢渣中非晶質成分物的轉化活性，實現水合、溶膠化、凝膠化和膠凝固化作用的新一代綠色低碳型膠凝材料。
[0007]本發明的技術方案:一種粉煤灰聚合型膠凝材料，包括下述重量份數配比的原料:工業廢渣70~90、協效劑I~10、激發劑10~25、水；所述水總量按照固液比1.5~2.8g:1ml的比例添加，所述固體包括固體工業廢渣、協效劑及激發劑。
[0008]作為優選，所述的粉煤灰聚合型膠凝材料包括下述重量份數配比的原料:工業廢渣75~85、協效劑3~8、激發劑12~20、水；所述水總量按照固液比1.8~2.8g:1ml的比例添加，所述固體包括固體工業廢渣、協效劑及激發劑。
[0009]作為進一步優選，所述的粉煤灰聚合型膠凝材料包括下述重量份數配比的原料:工業廢渣75、協效劑6、激發劑20、水；所述水總量按照固液比2.2g:lml的比例添加，所述固體包括固體工業廢渣、協效劑及激發劑。
[0010]進一步的，所述工業廢渣為粉煤灰、黃磷渣、赤泥渣、冶金渣中的一種或任意組合。
[0011]進一步的，所述協效劑為氟硅酸鈉。
[0012]進一步的，所述激發劑為低堿硅酸鈉。
[0013]一種粉煤灰聚合型膠凝材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014]a、稱取工業廢渣置于容器內，按比例加入協效劑，充分攪拌，均勻混合，待用；
[0015]b、稱取激發劑，按比例加入水，充分攪拌，配制成激發劑水溶液；
[0016]C、按比例將激發劑水溶液緩慢加入步驟a中混合待用的渣料中，邊加入邊攪拌，適量加入水調節材料粘稠度，制得膠凝材料。
[0017]進一步的，所述步驟a中工業廢渣與協效劑的重量比為10:0.5~I。
[0018]進一步的，所述步驟b中激發劑水溶液中激發劑加入量按照固液比為0.35~
0.45g:lml 添加。
[0019]所述的粉煤灰聚合型膠凝材料在建筑施工領域的應用。
[0020]本發明的有益效果:
[0021](I)、原料配方單一、來源廣泛、成本低廉，可以大量消耗工業廢渣，渣料在產品中用量可達75~85%。
[0022](2)、原料中未加入水泥等成分，所得產品的膠凝性來自本技術的激發反應產生。
[0023](3)、配方未加入氫氧化鈉等堿性激發劑，成本低，其膠凝性來自本技術的激發反
應產生。
[0024](4)、所得膠凝材料的凝固時間較快，凝結強度較高。30天后的拉伸膠粘原強度、浸水后的拉伸膠粘原強度、凍融循環后的拉伸膠粘原強度完全達到國家標準《陶瓷墻地磚膠粘劑JC-T547-2005》的要求。
[0025](5)、用途廣泛，所得制品可用于石材與石材、石材與陶瓷、陶瓷與陶瓷間的相互粘接，還可以用于水泥基表面粘接石材或陶瓷。
[0026]本發明主要以粉煤灰為基本原料，在常溫常壓下經激發、改性，激發工業廢渣中非晶質成分物的轉化活性，實現水合、溶膠化、凝膠化和膠凝固化作用，制備新型無機膠凝材料。該方法免燒和免蒸養，制備工藝簡單，節能環保。所制得的膠凝材料可以廣泛膠凝多種工業廢渣、石材、陶瓷、非金屬礦物、巖石、尾礦和礦物料等。本發明原料來源廣泛，生產成本較低，工藝過程簡單，便于實施推廣。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合具體實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明其中部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0028]實施例1
[0029]粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0030]a、稱取粉煤灰150g置于容器內，向上述粉煤灰中加入穩定劑氟硅酸鈉15g，加入后充分攪拌，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0031]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.35g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來水并充分攪拌，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0032]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據情況適量加入少量自來水進行稠度調節，本例中加水量約10ml，制得膠凝材料。
[0033]膠凝材料的性能測試:
[0034]對本膠凝材料進行拉伸膠粘原強度、浸水后的拉伸膠粘原強度、凍融循環后的拉伸膠粘原強度的測試，結果表明:
[0035]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強度達到0.87MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強度達到0.69MPa ;凍融循環后的拉伸膠粘原強度達到0.70MPa。
[0036]實施例2
[0037]粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0038]a、稱取粉煤灰160g置于容器內，向上述粉煤灰中加入穩定劑氟硅酸鈉15g，加入后充分攪拌，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0039]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.4g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來水并充分攪拌，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0040]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據情況適量加入少量自來水進行稠度調節，本例中加水量約14ml，制得膠凝材料。
[0041]膠凝材料的性能測試:
[0042]對本膠凝材料進行拉伸膠粘原強度、浸水后的拉伸膠粘原強度、凍融循環后的拉伸膠粘原強度的測試，結果表明:
[0043]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強度達到0.88MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強度達到0.74MPa ;凍融循環后的拉伸膠粘原強度達到0.74MPa。
[0044]實施例3
[0045]粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0046]a、稱取粉煤灰170g置于容器內，向上述粉煤灰中加入穩定劑氟硅酸鈉15g，加入后充分攪拌，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0047]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.45g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來水并充分攪拌，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0048]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據情況適量加入少量自來水進行稠度調節，本例中加水量約14ml，制得膠凝材料。
[0049]膠凝材料的性能測試:
[0050]對本膠凝材料進行拉伸膠粘原強度、浸水后的拉伸膠粘原強度、凍融循環后的拉伸膠粘原強度的測試，結果表明:
[0051]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強度達到0.83MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強度達到0.78MPa ;凍融循環后的拉伸膠粘原強度達到0.64MPa。
[0052]實施例4
[0053]粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0054]a、稱取粉煤灰155g置于容器內，向上述粉煤灰中加入穩定劑氟娃酸鈉15g,加入后充分攪拌，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0055]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.35g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來水并充分攪拌，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0056]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據情況適量加入少量自來水進行稠度調節，本例中加水量約20ml，制得膠凝材料。
[0057]膠凝材料的性能測試:
[0058]對本膠凝材料進行拉伸膠粘原強度、浸水后的拉伸膠粘原強度、凍融循環后的拉伸膠粘原強度的測試，結果表明:
[0059]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強度達到0.78MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強度達到0.76MPa ;凍融循環后的拉伸膠粘原強度達到0.7IMPa0
[0060]實施例5
[0061] 粉煤灰聚合型膠凝材料，按下述步驟制備:
[0062]a、稱取粉煤灰165g置于容器內，向上述粉煤灰中加入穩定劑氟娃酸鈉15g,加入后充分攪拌，使氟硅酸鈉與粉煤灰均勻混合，待用；
[0063]b、稱取低堿硅酸鈉45g，按照固液比0.45g:lmL的比例，向低堿硅酸鈉中加入自來水并充分攪拌，配制成低堿硅酸鈉水溶液；
[0064]C、將步驟b得到的低堿硅酸鈉水溶液緩慢加入到步驟a的混合渣料中，邊加入邊攪拌，根據情況適量加入少量自來水進行稠度調節，本例中加水量約18ml，制得膠凝材料。
[0065]膠凝材料的性能測試:
[0066]對本膠凝材料進行拉伸膠粘原強度、浸水后的拉伸膠粘原強度、凍融循環后的拉伸膠粘原強度的測試，結果表明:
[0067]按上述比例配得的膠凝材料30天后的拉伸膠粘原強度達到0.88MPa ;浸水后的拉伸膠粘原強度達到0.78MPa ;凍融循環后的拉伸膠粘原強度達到0.68MPa。
[0068]上述實施例中粉煤灰還可以替代選擇用黃磷渣、赤泥渣、冶金渣中的一種或者其任意組合。
[0069]以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的保護范圍，在本發明說明書基礎上所做的等同替換、改進，或直接、間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于，包括下述重量份數配比的原料:工業廢渣70~90、協效劑I~10、激發劑10~25、水；所述水總量按照固液比1.5~2.8g:1ml的比例添加。
2.根據權利要求1所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于，包括下述重量份數配比的原料:工業廢渣75~85、協效劑3~8、激發劑12~20、水；所述水總量按照固液比1.8~2.8g:lml的比例添加。
3.根據權利要求1所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于，包括下述重量份數配比的原料:工業廢渣75、協效劑6、激發劑20、水；所述水總量按照固液比2.2g:lml的比例添加。
4.根據權利要求1~3任一項所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于:所述工業廢渣為粉煤灰、黃磷渣、赤泥渣、冶金渣中的一種或任意組合。
5.根據權利要求1~3任一項所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于:所述協效劑為氟硅酸鈉。
6.根據權利要求1~3任一項所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于:所述激發劑為低堿娃酸鈉。
7.—種權利要求1~6任一項所述的粉煤灰聚合型膠凝材料的制備方法,其特征在于，包括以下步驟: a、稱取工業廢渣置于容器內，按比例加入協效劑，充分攪拌，均勻混合，待用； b、稱取激發劑，按比例加入水，充分攪拌，配制成激發劑水溶液；` C、按比例將激發劑水溶液緩慢加入步驟a中混合待用的渣料中，邊加入邊攪拌，適量加入水調節材料粘稠度，制得膠凝材料。
8.根據權利要求7所述的粉煤灰膠凝材料，其特征在于:所述步驟a中工業廢渣與協效劑的重量比為10:0.5~I。
9.根據權利要求7所述的粉煤灰聚合型膠凝材料，其特征在于:所述步驟b中激發劑水溶液中激發劑加入量按照固液比為0.35~0.45g:lml添加。
10.權利要求1~6任一項所述的粉煤灰聚合型膠凝材料在建筑施工領域的應用。
【文檔編號】C04B7/24GK103664010SQ201310652807
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】田佳偉, 顧漢念, 王寧, 田元江, 李海洋, 李惠文 申請人:中國科學院地球化學研究所