一种利用赤泥和粉煤灰制备地质聚合物材料的方法

摘要

本发明公开了一种利用赤泥与粉煤灰制备地质聚合物材料的方法。采用赤泥、粉煤灰为主要基质原料，以氢氧化钠溶液为碱激发剂，制备赤泥粉煤灰地质聚合物胶凝材料，按不同的质量百分比将赤泥与粉煤灰进行混合形成地质聚合物，分别加入不同浓度的NaOH溶液，在养护室和实验室不同的养护条件下进行氧化，得出到不同强度等级的地质聚合物材料。本发明的方法简单，所制备的地质聚合物材料可广泛应用于建筑材料制造，路基填料，桩体材料等众多领域，解决了赤泥对环境的污染问题，变废为宝，对赤泥和粉煤灰的综合利用具有积极的推动作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备无机非金属聚合物材料的方法，特别是一种利用赤泥和粉煤灰制备地质聚合物材料的方法，属于废弃物综合利用和建材制备技术领域。

背景技术

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的废渣，是对环境具有污染性的强碱性物质，且在存放过程中容易形成大量粉尘和雾霾，对环境造成污染。据测算，全世界每年产生的赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥有3000万吨以上。大量的赤泥依靠大面积的堆场堆存，占用了大量土地，也对环境造成严重污染。赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的影响，因此，实现多渠道、大规模的资源化利用已迫在眉睫。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的颗粒，是燃煤电厂排出的主要固体废物,近年来，在许多预拌商品混凝土、土木工程施工、路基施工等领域得到利用。但是，其仅能作为辅料而应用，随着社会发展转型，未来其在土木工程中的用量会呈现递减趋势，将形成大量的堆积而影响环境。如何拓展粉煤灰的应用领域也将成为建筑材料研究未来发展的重要方向之一。经检索有关文献，国内外对赤泥、粉煤灰在各行业中的利用都进行了大量的实验性研究工作，并取得良好的应用前景，但由于技术、经济方面的原因，付诸实施的技术还不多。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用赤泥和粉煤灰制备地质聚合物材料的方法，将赤泥作为一种矿物原料，与同为工业固体废弃物的粉煤灰形成一种新型的地质聚合物材料，可作为建筑材料应用于实际工程中。

为实现上述目的，本发明的技术思想是：发挥赤泥作为以硅酸铝盐为主要成分的强碱性高分散矿渣特性，其在有碱激发剂作用下具有水硬胶凝性质，且水化热低，利于赤泥矿物在反应条件下地质聚合物胶凝材料的形成。粉煤灰中含有大量的SiO₂、Al₂O₃和玻璃体等具有火山灰活性的颗粒，且具有很大的比表面能，低密度，高渗透性和低压缩性，这些成为其制备高强度矿物聚合物的有利条件。利用赤泥中高含量的碱及铝酸盐，以及粉煤灰中的玻璃相硅酸盐，再通过NaOH溶液的进一步碱激发作用使其发生解聚和缩聚从而形成具有较高强度的网络胶凝结构的地质聚合物材料。通过改变反应条件，调整激发剂的种类，得到不同强度的聚合物，成为具有优良工程性质的新型地质聚合物材料。

具体的，本发明的一种利用赤泥和粉煤灰制备地质聚合物材料的方法，包括以下步骤：

（1）将赤泥、粉煤灰自然风干，至含水量质量含量30%～35%，过0.3mm～0.6mm圆孔筛，分别装袋，防潮，备用；

（2）配制氢氧化钠溶液，备用；

（3）按质量配比分别称量赤泥和粉煤灰，先将赤泥与粉煤灰混合并搅拌均匀，再加入碱溶液或水搅拌5～10分钟，在砂浆搅拌机中拌匀，然后倒入涂有脱模剂的水泥砂浆抗压试模中，捣匀，放于振动台上振动至砂浆表面出浆即可，并刮平；

（4）将试模平放24～28小时，脱模，在常温（20℃～25℃）或65℃±2℃，养护室内养护至设计龄期；

（5）对不同龄期的试件进行抗压强度测试。

本发明的方法，作为优选方案，按质量比，赤泥：F级粉煤灰=1:1混合后，再加入赤泥与粉煤灰总质量2%的纳米SiO₂混合，按液固质量比，即碱溶液：（赤泥+粉煤灰+纳米SiO₂）=0.6，将氢氧化钠溶液与赤泥、粉煤灰、纳米SiO₂混合物混合，其中，氢氧化钠溶液质量分数为10%。

本发明的方法，作为优选方案，按质量比，即赤泥：C级粉煤灰=1:1混合，按液固质量比，碱溶液与赤泥、粉煤灰混合物的质量比为0.5，将氢氧化钠溶液与赤泥、粉煤灰的混合物混合，其中，氢氧化钠溶液质量分数为3.5%。

本发明的方法，作为优选方案，按质量比，即赤泥：F级粉煤灰=2:8混合，按液固质量比，碱溶液与赤泥、粉煤灰混合物的质量比为0.5，将氢氧化钠溶液与赤泥、粉煤灰的混合物混合，其中，氢氧化钠溶液质量分数为10%。

本发明的方法，作为优选方案，按质量比，即赤泥：F级粉煤灰=2:8混合，按液固质量比，将水与赤泥、粉煤灰混合物的质量比为0.25混合。

本发明取得的有益效果在于：本发明的制备方法简单，所制备的地质聚合物材料可广泛应用于建筑材料制造，路基填料，桩体材料等众多领域，既解决赤泥对于环境的污染问题，还充分利用赤泥的特性变废为宝，探寻一条“以废治废，变废为宝”的新途径，对赤泥和粉煤灰的综合利用起到积极的推动作用。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

实施例1

原料配比方案如表1：

表1

将所需原材料赤泥、粉煤灰在通风干燥处自然风干，至含水分不大于35%，风干后过0.3mm～0.6mm圆孔筛，分别装袋，防潮备用；配制质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液备用。

将赤泥和F级粉煤灰按1：1的比例分别称量赤泥、粉煤灰，以液固比，即碱溶液与赤泥、粉煤灰混合物的比为0.6称量氢氧化钠溶液，先将赤泥与粉煤灰搅拌均匀，再倒入氢氧化钠溶液搅拌5～10分钟，在砂浆搅拌机中拌制均匀，将搅拌均匀的赤泥、粉煤灰浆倒入涂有脱模剂的水泥砂浆抗压试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动至砂浆表面出浆，并刮平。将试模平放24小时脱模，置于实验室内（温度65℃，湿度100%）养护。按0.3mm/min的应变速率，分别测试不同龄期抗压强度，测试结果见表1。

实施例2

原料配比方案如表2：

表2

将所需原材料赤泥、粉煤灰在通风干燥处自然风干，至含水分不大于35%，，风干后过0.3mm～0.6mm圆孔筛，分别装袋，防潮备用。配制质量百分比浓度为3.5%的氢氧化钠溶液备用。按1：1的质量比例分别称量赤泥、C级粉煤灰，按液固比为0.5称量氢氧化钠溶液。

先将赤泥与粉煤灰搅拌均匀，再倒入氢氧化钠溶液搅拌5～10分钟，在砂浆搅拌机中拌制均匀。将拌制均匀的赤泥、粉煤灰浆倒入涂有脱模剂的水泥砂浆抗压试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动至砂浆表面出浆，并刮平。将试模平放24小时脱模，置于实验室内（温度22℃±2℃）养护。按0.3mm/min的应变速率，分别测试3天、14天、28天龄期试件的抗压强度。测试结果见表2。

实施例3

原料配比方案如表3

表3

将所需原材料赤泥、粉煤灰在通风干燥处自然风干至含水量不大于35%，风干后过0.3mm～0.6mm圆孔筛，分别装袋，防潮备用。按2：8的质量比例分别称量赤泥和F级粉煤灰，以液固比0.25称量清水。

先将赤泥与粉煤灰搅拌均匀，搅拌5～10分钟，在砂浆搅拌机中拌制均匀。将拌制均匀的赤泥、粉煤灰浆倒入已涂有脱模剂的水泥砂浆抗压试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动至砂浆表面出浆，并刮平。将试模平放24小时脱模，置于养护室内（65℃,100%湿度）养护。按0.3mm/min的应变速率，分别测试3天、14天、28天龄期试件的抗压强度。测试结果见表3。

实施例4

原料配比方案表4

表4

将所需原材料赤泥、粉煤灰在通风干燥处自然风干至含水量不大于35%，风干后过0.3mm～0.6mm圆孔筛，分别装袋，防潮备用。配制质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液备用。按2：8的质量比例分别称量赤泥和F级粉煤灰，以液固比0.5称量氢氧化钠溶液。

先将赤泥与粉煤灰搅拌均匀，再倒入水搅拌5～10分钟，在砂浆搅拌机中拌制均匀。将拌制均匀的赤泥、粉煤灰浆倒入已涂有脱模剂的水泥砂浆抗压试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动至砂浆表面出浆，并刮平。将试模平放24小时脱模，置于养护室内（65℃,100%湿度）养护。按0.3mm/min的应变速率，分别测试3天、14天、28天龄期试件的抗压强度。测试结果见表4。