一种全固废自激发碱性胶凝材料及其制备方法与流程

本发明涉及工业固体废物资源化利用和建筑材料使用，具体涉及一种全固废自激发碱性胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

1、碱激发胶凝材料是一种新型无机非金属胶凝材料，可作为硅酸盐水泥的替代品。使用固废制备碱激发胶凝材料替代常规硅酸盐水泥，可以避免高co2排放。

2、但是目前为止，因为诸多原因导致碱激发材料不能像硅酸盐水泥一样受到市场认可，主要包括：(1)碱激发材料的原料(如：粉煤灰等固废)不能随处可得；(2)因为碱激发材料的原料种类各不相同，产品配方各异，其外加剂的适应性也相应变差；(3)碱激发材料没有相应的产品和测试标准，完全使用硅酸盐水泥标准并不合理。

3、碱激发材料的胶凝过程是一个复杂的多相反应过程，主要包括：玻璃体颗粒的溶解、初始固体相的成核和成长、新相在界面处的机械结合和相互作用，以及在固化初期反应产物的扩散和化学平衡。若使碱激发材料具有优异的力学性能，必须使用合适的碱性激发剂激发出工业固废原料的反应活性。

4、碱性激发剂的最关键作用就是激发原料反应活性、加快胶凝反应进程，使其成为合理施工时间范围内可以使用的工程材料。目前常用的碱激发剂包括碱氢氧化物、弱盐、弱酸盐和碱金属硅酸盐。但是碱性激发剂的使用不仅会增加胶凝材料的成本，还会重新引入了一些温室成本，因此，如何减少甚至避免碱性激发剂的使用在碱激发胶凝材料中是值得关注和优化的突破点。中国专利申请cn101348340a公开了一种原状工业副产石膏配制的石膏基胶凝材料，按质量比组成为：原状二水石膏相工业副产石膏：35～65％；硅铝质活性矿物材料：30～60％；碱性激发材料：2～10％。以不需采取任何去除杂质和附着水份与进行磨细予以处理的二水石膏相的原状工业副产石膏，直接按比例掺加碱性激发材料和活性矿物材料，通过极其简单的混和搅拌工序就能配制出强度高、耐水性能好、综合性能佳的石膏基胶凝材料。

5、中国专利申请cn115340308a公开了一种工业固废的预处理方法及所述固废在制备胶凝材料中的应用，具体提供了一种赤泥基地聚物类胶凝材料，各组分的质量分数比如下：赤泥15-90％、钙质固废25-60％、硅质固废5-25％、铝质固废5-10％、胶凝材料杂化组分0％-25％、胶结剂2-15％、污染因子固化剂0-10％、浆体性能调节剂0-2％。但是，其原料较复杂，不利于工业化生产。

6、并且，上述两种胶凝材料的强度和耐久性均有待进一步提高。

7、因此，开发一种能解决上述技术问题的全固废自激发碱性胶凝材料及其制备方法是非常必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种强度高、耐久性好的全固废自激发碱性胶凝材料及其制备方法。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现的：

3、一种全固废自激发碱性胶凝材料，按重量份数计，包括如下原料：20-40份碱性工业固废，5-20份的脱硫石膏，40-70份活性物质；所述碱性工业固废包括赤泥、电石渣和镍尾矿的混合物，三者质量比为4-5:4-5:1-2。

4、优选地，所述的胶凝材料，还包括钢渣5-10份。

5、优选地，所述活性物质包括粉煤灰、矿渣、炉底渣和气化渣中的至少一种。

6、更优选地，所述粉煤灰为c级和f级粉煤灰中的一种或两种。

7、所述碱性工业固废的类型为干渣、湿渣或者两者的组合，掺配时按照干基固废计算。

8、优选地，所述碱性工业固废的比表面积bet为300m2/kg以上。

9、所述碱性工业固废均经球磨、过筛40目，使得bet达到300m2/kg以上。

10、本发明还涉及上述的胶凝材料的制备方法：

11、当原料为：20-40份碱性工业固废，5-20份的脱硫石膏，40-70份活性物质时，包括如下步骤：

12、(1)按照一定的水灰比将水和碱性工业固废混合，得到混合物a；

13、(2)将活性物质与混合物a混合，再加入脱硫石膏混合均匀，得到胶凝材料净浆；

14、(3)将胶凝材料净浆振实，静置，养护后即得。

15、当原料为：20-40份碱性工业固废，5-20份的脱硫石膏，40-70份活性物质，5-10份钢渣时，包括如下步骤：

16、(1)按照一定的水灰比将水和碱性工业固废、钢渣混合，得到混合物a；

17、(2)将活性物质与混合物a混合，再加入脱硫石膏混合均匀，得到胶凝材料净浆；

18、(3)将胶凝材料净浆振实，静置，养护后即得。

19、优选地，步骤(1)中的水灰比为(0.35～0.65):1。

20、优选地，步骤(2)中将活性物质平均分成3-5份，每份依次加入混合物a中混合。

21、优选地，步骤(1)和步骤(2)中各原料混合后均进行搅拌，搅拌转速为500-2000转/分，每加入一种原料搅拌时间持续1～5min。

22、优选地，步骤(3)中振实的时间为0.5～5min。

23、优选地，步骤(3)中静置的时间为0.5～3天。

24、优选地，步骤(3)中养护为标准养护，养护温度20±3℃，相对湿度90％以上；或者为加速养护，养护温度40～100℃。

25、更优选地，所述制备方法包括如下步骤：

26、(1)按照水灰比(0.35～0.65):1将水和碱性工业固废加入净浆搅拌机中混合，在500-2000转/分转速下充分搅拌1～5min，得到混合物a；

27、(2)将活性物质平均分成3-5份，每份依次加入净浆搅拌机混炼均匀，在500-2000转/分转速下充分搅拌1～5min，再加入脱硫石膏混合，在500-2000转/分转速下充分搅拌1～5min，搅拌均匀后得到胶凝材料净浆；

28、(3)将胶凝材料净浆倒入模具中，在水泥胶砂振实台振实0.5～5min，静置0.5～3天后脱模取出，并进行养护，养护温度20±3℃，相对湿度90％以上；或者养护温度40～100℃，即得。

29、本发明的有益效果是：

30、1.本发明将各组分按照比例和水进行搅拌、成型、养护得到自激发碱性胶凝材料。该胶凝材料原料全部为工业固废，大大提高了工业固废的利用率，减少固废堆放对周围环境的不利影响，无需煅烧、无需添加外在碱性激发剂，直接将工业固废变废为宝。

31、2.碱性工业固废的ph值通常大于10，甚至大于12，具有强碱性。使用碱性工业固废作为胶凝材料的激发剂，可以克服常规激发剂商品成本高、能耗高等问题。

32、3.工业固废渣可以是干渣或湿渣，当为湿渣时，可按照其干渣和所含水分进行折算，重新确定水灰比，而无需进行湿固废的干燥，减少其干燥过程的工序和能量损耗。

33、4.胶凝材料成分简单，制备过程无需加热煅烧，不存在co2排放，也无能耗损失。制备的胶凝材料施工要求低，制备成本低，绿色低碳，且制备的胶凝材料产品的强度高、耐久性好，可以在民用建筑领域、交通工程领域、矿山回填工程等多个应用领域具有较好的使用效果。