碱激发复合工业废渣水泥胶砂试块及透水混凝土制备方法

本发明涉及建筑材料，特别是涉及一种碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备水泥胶砂试块及透水混凝土的方法。

背景技术：

1、随着工业化发展产生了大量工业废渣(矿渣、粉煤灰、钢渣)，由于其利用效率低，导致大量堆积且污染环境。目前建筑行业对工业废渣的使用主要是将其作为矿物掺合料取代部分水泥，进而改善混凝土性能。由于工业废渣活性较低，大掺量时会严重影响混凝土性能，导致其未能在工程中大量使用。为提高工业废渣利用率，国内外研究人员通过对其进行改性处理来激发活性，其中常用手段的有物理激发、化学激发以及复合激发。物理激发主要是通过机械研磨改变粉体颗粒的比表面积使其活性增加，该方式成本较高且耗能较大。化学激发主要是通过加入碱性激发剂来激发废渣活性，各学者称其为碱激发胶凝材料。研究结果表明碱激发胶凝材料具有优异的力学性和耐久性能，因此该胶凝材料成为了目前建材领域的研究热点。从国内外的研究现状来看，对碱激发胶凝材料的研究主要集中在碱激发矿渣-粉煤灰、碱激发矿渣-钢渣、碱激发粉煤灰-钢渣二元体系等方面。针对三元体系，尤其是碱激发矿渣-粉煤灰-钢渣复合胶凝材料的研究较少且不够系统，对其应用研究较少，尤其是对其在透水混凝土中的应用研究至今未见公开。

2、碱激发复合工业废渣作为一种新型胶凝材料，其具有优异的力学性能和耐久性能。若将该新型胶凝材料应用到透水混凝土中，则可以解决普通透水混凝土因力学强度低而造成的使用受限的问题。到目前为止，利用碱激发矿渣-粉煤灰-钢渣作为新型胶凝材料制备透水混凝土的技术未见公开。

技术实现思路

1、基于此，针对上述问题，提供一种碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备水泥胶砂试块的方法，以及一种碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备透水混凝土的方法，旨在提供一种力学性能、耐久性能优异、透水性能良好、环保、低成本的混凝土。

2、基于上述目的，本发明第一方面提供了一种碱激发复合工业废渣作为胶凝材料制备水泥胶砂试块的方法，包括如下步骤：

3、s1、将钢渣进行2h～8h的机械研磨；

4、s2、按照设定的水玻璃模数和碱当量计算试剂用量，将固体氢氧化钠溶解于水中形成氢氧化钠溶液，然后与一定量的水玻璃混合制备碱性激发剂溶液；

5、s3、称取一定量的复合工业废渣，所述复合工业废渣包括矿渣、粉煤灰和钢渣，将碱性激发剂倒入锅中搅拌30s后加入标准砂继续搅拌至均匀，然后将拌合物装模成型。

6、在其中一些实施例中，所述的水泥胶砂试块包括以下组分：10份～20份的矿渣、1份～6份的粉煤渣、1份～6份的钢渣、4份～12份的水玻璃、0.5份～2份的氢氧化钠、4份～9份的水、62份～65份的标准砂。

7、更优选地，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣：10.73份～19.30份；粉煤灰：1.07份～5.36份；钢渣；1.07份～5.36份；水玻璃：4.32份～10.78份；氢氧化钠：0.62份～1.71份；标准砂：62.51份～65.00份。

8、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣19.30份、粉煤灰1.07份、钢渣1.07份、水玻璃5.98份、氢氧化钠0.95份、水7.26份及标准砂64.36份。

9、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣17.16份、粉煤灰2.14份、钢渣粉2.14份、水玻璃5.98份、氢氧化钠0.95份、水7.26份及标准砂64.36份。

10、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣15.01份、粉煤灰3.22份、钢渣粉3.22份、水玻璃5.98份、氢氧化钠0.95份、水7.26份及标准砂64.36份。

11、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣12.87份、粉煤灰4.29份、钢渣粉4.29份、水玻璃5.98份、氢氧化钠0.95份、水7.26份及标准砂64.36份。

12、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣10.73份、粉煤灰5.36份、钢渣5.36份、水玻璃5.98份、氢氧化钠0.95份、水7.26份及标准砂64.36份。

13、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣17.33份、粉煤灰2.17份、钢渣2.17份、水玻璃4.32份、氢氧化钠0.69份、水8.33份及标准砂65份。

14、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣17.16份、粉煤灰2.15份、钢渣2.15份、水玻璃5.98份、氢氧化钠0.95份、水7.26份及标准砂64.36份。

15、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣16.99份、粉煤灰2.12份、钢渣2.12份、水玻璃7.61份、氢氧化钠1.21份、水6.21份及标准砂63.73份。

16、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣16.83份、粉煤灰2.10份、钢渣2.10份、水玻璃9.21份、氢氧化钠1.46份、水5.18份及标准砂63.11份。

17、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣16.67份、粉煤灰2.08份、钢渣2.08份、水玻璃10.78份、氢氧化钠1.71份、水4.16份及标准砂62.51份。

18、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣17.25份、粉煤灰2.16份、钢渣2.16份、水玻璃4.00份、氢氧化钠1.28份、水8.46份及标准砂64.70份。

19、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣17.21份、粉煤灰2.15份、钢渣2.15份、水玻璃5.00份、氢氧化钠1.12份、水7.86份及标准砂64.50份。

20、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣17.16份、粉煤灰2.14份、钢渣2.14份、水玻璃5.98份、氢氧化钠0.95份、水7.26份及标准砂64.36份。

21、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣17.12份、粉煤灰2.14份、钢渣2.14份、水玻璃6.95份、氢氧化钠0.79份、水6.67份及标准砂64.20份。

22、可选地，在其中一个实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备的水泥胶砂试块按照质量份数，由以下组分组成：矿渣17.07份、粉煤灰2.13份、钢渣2.13份、水玻璃7.93份、氢氧化钠0.62份、水6.07份及标准砂64.03份。

23、在其中一些实施例中，所述水玻璃模数为2.31，其中sio2含量为29.2％，na2o含量为12.8％；所述氢氧化钠为分析纯。

24、在其中一些实施例中，所述碱激发复合工业废渣制备胶砂试块的用水量与复合工业废渣的质量比为0.50。

25、在其中一些实施例中，所述碱性激发剂的碱当量为5％～13％。

26、在其中一些实施例中，所述碱激发剂的水玻璃模数为0.8～1.6。

27、本发明第二方面还提供了一种碱激发复合工业废渣作为凝胶材料制备透水混凝土的方法，包括如下步骤：

28、s11、配制碱性激发剂溶液；

29、s12、预先对钢渣原材料进行机械研磨处理；

30、s13、将复合工业废渣与碎石混合后搅拌均匀；

31、s14、倒入碱性激发剂溶液，快速搅拌均匀；

32、s15、装模成型。

33、在其中一些实施例中，所述的碱激发复合工业废渣作为新型凝胶材料制备的透水混凝土由以下组分组成：16.00份的复合工业废渣、73.58份的碎石、4.47份的自来水、5.00份的液体水玻璃、0.795份的固体氢氧化钠、0.16份的外加剂；其中所述复合工业废渣包括12.80份的矿渣、1.60份的粉煤灰、1.60份的钢渣粉。

34、在其中一个实施例中，碱激发复合工业废渣凝胶材料包括如下组分：12.80份的矿渣、1.60份的粉煤灰、1.60份钢渣粉。

35、在其中一些实施例中，所述碎石的粒径为5.0mm～9.5mm。

36、在其中一些实施例中，所述碱激发复合工业废渣透水混凝土的孔隙率为15％～25％。

37、在其中一些实施例中，步骤s11的具体步骤为：按照设定的水玻璃模数和碱当量计算氢氧化钠和水玻璃的用量，首先将固体氢氧化钠溶解于一定量的水中形成氢氧化钠溶液，然后与称量好的液体水玻璃混合并搅拌均匀后制备碱性激发剂溶液。

38、在其中一些实施例中，步骤s11中配制完成的碱激发剂密封在塑料容器中并静置，在24h～72h内使用。

39、在其中一些实施例中，步骤s12中钢渣原材料的研磨时间为2h～8h。

40、本技术提供了一种基于碱激发矿渣-粉煤灰-钢渣作为新型胶凝材料制备水泥胶砂试块及透水混凝土的方法，并提供了其配合比。将三种工业废渣(矿渣、粉煤灰和钢渣)复合使用，可以充分发挥出工业废渣在力学性能方面的协同效应和叠加效应。基于碱激发矿渣-粉煤灰-钢渣复合工业废渣在透水混凝土中的应用，提出一种配合比设计的新思路。由其计算所得原材料用量合理。制备的透水混凝土性能优异，制备过程无污染，取材方便且成本低。此外，上述透水混凝土采用碱激发复合工业废渣作为新型胶凝材料完全代替水泥，其环保性能更突出。

41、本技术采用碱激发复合工业废渣作为胶凝材料制备透水混凝土，节省了水泥用量，达到了“节能降碳”的效果。同时提高了工业废渣的利用率,为固体废弃物的资源化利用提供了实施路径。