一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于地聚物注浆材料技术领域，具体涉及一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物及其制备方法。


背景技术：

[0002]
地聚物是地质聚合物的简称，是法国科学家davidovits于1978年首次发现的，是一种新型的具有高分子聚合物结构的无机胶凝材料，主要采用天然矿物、固体废弃物或以有机、无机硅铝酸化合物为原料制备的由硅氧四面体与铝氧四面体交互形成的三维网络凝胶体。由于其强度高、耐久性好、制备工艺简单、绿色环保、价格低廉等优点，广受国内外科学研究者的关注。但现有的工艺中，地聚物制备工序复杂，成本居高不下，稳定性差，凝固时间长，且难以保持较好的抗压和抗弯折性。


技术实现要素：

[0003]
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物及其制备方法，该地聚物强度高、耐久性好、制备工艺简单、绿色环保、价格低廉。
[0004]
为实现本发明上述目的，本发明所采用的技术方案为：提供一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物，由炉底渣、富水电石渣、碱激发剂、赤泥制备而成，添加量为60%-85%；碱激发剂的添加剂为5%-20%；赤泥的添加量为10%-20%。
[0005]
所述的碱激发剂溶液由以下重量份的原料制备而成：氢氧化钾溶液（浓度10mol/l）50-100份；硫酸钠溶液（浓度1mol/l）20-50份；苯丙乳液5-10份；所述的炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物由以下重量份的原料制备而成：炉底渣200份；富水电石渣50份；赤泥20-40份；所述的地聚物混合物凝胶由以下重量份的原料制备而成：炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物80-95%（含赤泥5-20%）；碱激发剂溶液5-20%。
[0006]
进一步，碱激发剂溶液的制备方法如下：称取36g氢氧化钾固体，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成10mol/l浓度的氢氧化钾溶液。称取14.2g硫酸钠，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成1mol/l氢氧化钾溶液。将硫酸钠溶液、氢氧化钾溶液按相应质量组成混合，并经过搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得碱激发剂溶液。
[0007]
进一步，炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物制备方法如下：将循环流化床燃烧产生的炉底渣过0.075mm标准筛，去筛下料，与富水电石渣（含水量10%-40%）、赤泥按10℃/
min加热到600℃，保温1-2h制得相应活化粉末颗粒，然后按相应质量比组成经过搅拌器室温搅拌45min至均匀后停止搅拌既得炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物。
[0008]
进一步，地聚物混合物凝胶制备方法如下：按相应质量比组成称取炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物和碱激发剂溶液经搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得地聚物混合物凝胶。
[0009]
进一步，将地聚物混合物凝胶导入水泥三联模，固化24h成型后，脱模既得炉底渣/富水电石渣基地聚物。
[0010]
本发明的有益效果是：该地聚物以炉底渣/富水电石渣工业废弃物为主要原材料，具有资源循环再利用、经济高效、环保等优良特性；地聚物对环境无污染，地聚物固化时间短，强度高，可大规模应用于道路、建筑等工程；地聚物的制备方法简单易行，操作方便，无毒无污染，所需的设备简单常见，不需要投入过多的设备使用经费，因此，其制备所需的成本低廉，适合工业化大生产。
附图说明
[0011]
图1为本发明实施例1中地聚物xrd图谱；图2为本发明实施例1中地聚物的扫描电镜图谱。
具体实施方式
[0012]
以下通过实施例对本申请进行说明，实施例1-5所用的原料来源为：炉底渣为山西三维华邦集团有限公司循环流化床燃烧产生的炉底渣；富水电石渣为山西三维华邦集团有限公司制备聚氯乙烯工程中产生的电石渣，赤泥为中铝山西铝业有限公司炼铝废渣，硫酸钠、氢氧化钾、苯丙乳液均来自国药集团化学试剂有限公司。
[0013]
力学性能的评判：对于地聚物材料而言，抗压强度、抗折强度是极为重要的评价指标，其大小关系到地聚物在工程中应用，不容忽视。本发明的地聚物材料力学性能测试参照《astm d3501-05和d3499-11材料力学性能测试标准》。浆液粘度采用布鲁克菲尔德brookfield黏度计测试指定温度下的黏度。粒径分布采用激光粒度分析仪测试，主要测试固废的中位径。固化时间采用秒表进行。耐久性采用电子式万能材料试验机，取疲劳寿命作为关键指标。
[0014]
实施例1一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物，由炉底渣、富水电石渣、碱激发剂、赤泥制备而成。
[0015]
所述的碱激发剂溶液由以下重量份的原料制备而成：氢氧化钾溶液（浓度10mol/l）50份；硫酸钠溶液（浓度1mol/l）50份；苯丙乳液5份；所述的炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物由以下重量份的原料制备而成：炉底渣200份；富水电石渣50份；赤泥20份；
所述的地聚物混合物凝胶由以下重量份的原料制备而成：炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物95%（含赤泥5%）；碱激发剂溶液5%。
[0016]
碱激发剂溶液的制备方法：称取36g氢氧化钾固体，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成10mol/l浓度的氢氧化钾溶液。称取14.2g硫酸钠，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成1mol/l硫酸钠溶液。将硫酸钠溶液、氢氧化钾溶液、苯丙乳液按相应质量组成混合，并经过搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得碱激发剂溶液。
[0017]
炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物的制备方法：将循环流化床燃烧产生的炉底渣过0.075mm标准筛，去筛下料，与富水电石渣（含水量10%-40%）、赤泥按10℃/min加热到600℃，保温1-2h制得相应活化粉末颗粒，然后按相应质量比组成经过搅拌器室温搅拌45min至均匀后停止搅拌既得炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物。
[0018]
地聚物混合物凝胶的制备方法：按相应质量比组成称取炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物和碱激发剂溶液经搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得地聚物混合物凝胶。
[0019]
地聚物的制备方法：进一步，将地聚物混合物凝胶导入水泥三联模，固化24h成型后，脱模既得炉底渣/富水电石渣基地聚物。
[0020]
本实施例制备的地聚物材料固化后的抗压强度较高，其完全固化后抗压强度为28.2mpa，抗折强度为15.6mpa，地聚物混合物凝胶粘度达到0.15pa.s时停止搅拌，固化时间为6h35min，20
°
c时疲劳寿命为10.2万次。
[0021]
实施例2一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物，由炉底渣、富水电石渣、碱激发剂、波特兰水泥制备而成。
[0022]
所述的碱激发剂溶液由以下重量份的原料制备而成：氢氧化钾溶液（浓度10mol/l）60份；硫酸钠溶液（浓度1mol/l）40份；苯丙乳液10份；所述的炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物由以下重量份的原料制备而成：炉底渣200份；富水电石渣50份；赤泥20份；所述的地聚物混合物凝胶由以下重量份的原料制备而成：炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物90%（含赤泥10%）；碱激发剂溶液10%。
[0023]
碱激发剂溶液的制备方法：称取36g氢氧化钾固体，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成10mol/l浓度的氢氧化钾溶液。称取14.2g硫酸钠，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成1mol/l硫酸钠
溶液。将硫酸钠溶液、氢氧化钾溶液、苯丙乳液按相应质量组成混合，并经过搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得碱激发剂溶液。
[0024]
炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物的制备方法：将循环流化床燃烧产生的炉底渣过0.075mm标准筛，去筛下料，与富水电石渣（含水量10%-40%）、赤泥按10℃/min加热到600℃，保温1-2h制得相应活化粉末颗粒，然后按相应质量比组成经过搅拌器室温搅拌45min至均匀后停止搅拌既得炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物。
[0025]
地聚物混合物凝胶的制备方法：按相应质量比组成称取炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物和碱激发剂溶液经搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得地聚物混合物凝胶。
[0026]
地聚物的制备方法：进一步，将地聚物混合物凝胶导入水泥三联模，固化24h成型后，脱模既得炉底渣/富水电石渣基地聚物。
[0027]
本实施例制备的地聚物材料固化后的抗压强度较高，其完全固化后抗压强度为35.2mpa，抗折强度为18.4mpa，地聚物混合物凝胶粘度达到0.12pa.s时停止搅拌，固化时间为5h10min，20
°
c时疲劳寿命为12.1万次。
[0028]
实施例3一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物，由炉底渣、富水电石渣、碱激发剂、波特兰水泥制备而成。
[0029]
所述的碱激发剂溶液由以下重量份的原料制备而成：氢氧化钾溶液（浓度10mol/l）80份；硫酸钠溶液（浓度1mol/l）20份；苯丙乳液10份；所述的炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物由以下重量份的原料制备而成：炉底渣200份；富水电石渣50份；赤泥30份；所述的地聚物混合物凝胶由以下重量份的原料制备而成：炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物85%（含赤泥15%）；碱激发剂溶液15%。
[0030]
碱激发剂溶液的制备方法：称取36g氢氧化钾固体，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成10mol/l浓度的氢氧化钾溶液。称取14.2g硫酸钠，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成1mol/l硫酸钠溶液。将硫酸钠溶液、氢氧化钾溶液、苯丙乳液按相应质量组成混合，并经过搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得碱激发剂溶液。
[0031]
炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物的制备方法：将循环流化床燃烧产生的炉底渣过0.075mm标准筛，去筛下料，与富水电石渣（含水量10%-40%）、赤泥按10℃/min加热到600℃，保温1-2h制得相应活化粉末颗粒，然后按相应质量比组成经过搅拌器室温搅拌45min至均匀后停止搅拌既得炉底渣、富水电石渣、赤泥固废
混合物。
[0032]
地聚物混合物凝胶的制备方法：按相应质量比组成称取炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物和碱激发剂溶液经搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得地聚物混合物凝胶。
[0033]
地聚物的制备方法：进一步，将地聚物混合物凝胶导入水泥三联模，固化24h成型后，脱模既得炉底渣/富水电石渣基地聚物。
[0034]
本实施例制备的地聚物材料固化后的抗压强度较高，其完全固化后抗压强度为42.5mpa，抗折强度为21.4mpa，地聚物混合物凝胶粘度达到0.18pa.s时停止搅拌，固化时间为5h45min，20
°
c时疲劳寿命为13.5万次。
[0035]
实施例4一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物，由炉底渣、富水电石渣、碱激发剂、波特兰水泥制备而成。
[0036]
所述的碱激发剂溶液由以下重量份的原料制备而成：氢氧化钾溶液（浓度10mol/l）50份；硫酸钠溶液（浓度1mol/l）50份；苯丙乳液10份；所述的炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物由以下重量份的原料制备而成：炉底渣200份；富水电石渣50份；赤泥40份；所述的地聚物混合物凝胶由以下重量份的原料制备而成：炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物80%（含赤泥20%）；碱激发剂溶液20%。
[0037]
碱激发剂溶液的制备方法：称取36g氢氧化钾固体，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成10mol/l浓度的氢氧化钾溶液。称取14.2g硫酸钠，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成1mol/l硫酸钠溶液。将硫酸钠溶液、氢氧化钾溶液、苯丙乳液按相应质量组成混合，并经过搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得碱激发剂溶液。
[0038]
炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物的制备方法：将循环流化床燃烧产生的炉底渣过0.075mm标准筛，去筛下料，与富水电石渣（含水量10%-40%）、赤泥按10℃/min加热到600℃，保温1-2h制得相应活化粉末颗粒，然后按相应质量比组成经过搅拌器室温搅拌45min至均匀后停止搅拌既得炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物。
[0039]
地聚物混合物凝胶的制备方法：按相应质量比组成称取炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物和碱激发剂溶液经搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得地聚物混合物凝胶。
[0040]
地聚物的制备方法：进一步，将地聚物混合物凝胶导入水泥三联模，固化24h成型后，脱模既得炉底渣/富水
电石渣基地聚物。
[0041]
本实施例制备的地聚物材料固化后的抗压强度较高，其完全固化后抗压强度为44.2mpa，抗折强度为22.1mpa，地聚物混合物凝胶粘度达到0.22pa.s时停止搅拌，固化时间为6h12min，20
°
c时疲劳寿命为14.5万次。
[0042]
实施例5一种炉底渣/富水电石渣/赤泥基地聚物，由炉底渣、富水电石渣、碱激发剂、波特兰水泥制备而成。
[0043]
所述的碱激发剂溶液由以下重量份的原料制备而成：氢氧化钾溶液（浓度10mol/l）100份；硫酸钠溶液（浓度1mol/l）50份；苯丙乳液10份；所述的炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物由以下重量份的原料制备而成：炉底渣200份；富水电石渣50份；赤泥20份；所述的地聚物混合物凝胶由以下重量份的原料制备而成：炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物80%（含赤泥10%）；碱激发剂溶液20%。
[0044]
碱激发剂溶液的制备方法：称取36g氢氧化钾固体，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成10mol/l浓度的氢氧化钾溶液。称取14.2g硫酸钠，移入100ml容量瓶加蒸馏水至刻度线，配制成1mol/l硫酸钠溶液。将硫酸钠溶液、氢氧化钾溶液、苯丙乳液按相应质量组成混合，并经过搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得碱激发剂溶液。
[0045]
炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物的制备方法：将循环流化床燃烧产生的炉底渣过0.075mm标准筛，去筛下料，与富水电石渣（含水量10%-40%）、赤泥按10℃/min加热到600℃，保温1-2h制得相应活化粉末颗粒，然后按相应质量比组成经过搅拌器室温搅拌45min至均匀后停止搅拌既得炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物。
[0046]
地聚物混合物凝胶的制备方法：按相应质量比组成称取炉底渣、富水电石渣、赤泥固废混合物和碱激发剂溶液经搅拌器60
°
c、200rmp/min搅拌1h至均匀后停止搅拌既得地聚物混合物凝胶。
[0047]
地聚物的制备方法：进一步，将地聚物混合物凝胶导入水泥三联模，固化24h成型后，脱模既得炉底渣/富水电石渣基地聚物。
[0048]
本实施例制备的地聚物材料固化后的抗压强度较高，其完全固化后抗压强度为46.8mpa，抗折强度为23.5mpa，地聚物混合物凝胶粘度达到0.16pa.s时停止搅拌，固化时间为5h9min，20
°
c时疲劳寿命为15.5万次。

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