一种多元固废碱硫协同制备的耐高温混凝土及其制备方法

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种多元固废碱硫协同制备的耐高温混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业化的迅速发展，co2排放量越来越大，由此产生的温室效应越来越引起人类重视，加大研究开发清洁、性能优良的新型建筑材料替代传统建筑材料意义重大。传统水泥材料在生产制造过程中会产生大量二氧化碳并且消耗大量的能源，减少传统水泥材料的使用会在很大程度上实现节能减排。与此同时，工业固废的生产量也会跟随工业的迅速发展日渐庞大。工业固废生产量大，且目前主要的处理方式主要是堆砌或者掩埋，这将导致大量的土地面积将被占用于固废堆放。根据材料特性，将一些固废材料作为建筑原材料使用可以在很大程度上缓解固废的堆砌问题，实现了废物利用。

2、例如：中国专利“一种高强超硫磷石膏矿渣水泥混凝土及其制备方法”(cn108585730b)利用矿渣、磷石膏、水泥等原材料制备得到了一种高强超硫水泥混凝土，实现了工业固废在建筑领域的再利用。但是此种混凝土耐高温性能通常较差，在高温环境下易产生微裂缝，从而降低了其高温环境下的力学性能，限制了其应用范围。此外，此方法生产的混凝土需要大量使用水泥，在生产过程中仍会大量排放co2并且消耗大量能源。

3、在电子制造、冶金、化工、电镀、金属加工等领域中经常会产生含有大量铜或铁系元素离子的废水。铁系元素包括铁、钴、镍三种金属元素，由于铁、钴、镍三种金属元素的性质非常相似，在化学上称为铁系元素。这些含铜或铁系元素离子废水如果不经过处理随意排放，就会对水源和土壤造成严重污染。高吸水树脂价格低廉，并且具有良好的吸水能力和重金属离子吸附能力，所以工业上高吸水树脂也作为含铜或铁系元素离子废水处理材料使用。处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂会膨胀变大，并且大量吸附铜或铁系元素离子。但是处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂的二次利用率低，通常以堆放的形式存在，大量占用土地资源。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种多元固废碱硫协同制备的耐高温混凝土及其制备方法，本发明无需消耗大量碱激发剂便可以将工业固废材料制备成一种胶凝材料，大量利用处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂，赋予混凝土优良的耐高温性能、强度和硬化速度。

2、本发明的一种多元固废碱硫协同制备的耐高温混凝土，包括以下质量份数的原料：矿渣30-40份，磷石膏10-20份，铝灰10-20份，烧结法赤泥或电石渣5-11份，处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂不超过30份，氧化石墨烯不超过0.4份，石墨10-30份，水30-40份。

3、一种如上述的多元固废碱硫协同制备的耐高温混凝土的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：根据原料质量份数，称取氧化石墨烯和石墨，并使其分别在水中均匀分散；

5、s2：根据原料质量份数，称取矿渣、磷石膏、铝灰、烧结法赤泥或电石渣，与步骤s1制备的氧化石墨烯与水的混合液体、石墨与水的混合液体、剩余质量份数的水一起混合并用搅拌器搅拌均匀得到混凝土浆料；

6、s3：搅拌好之后，根据原料质量份数称取处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂，与步骤s2制备的混凝土浆料混合，再次搅拌均匀；

7、s4：将步骤s3制备的浆料浇注到模具当中成型，并在其表面用保鲜膜覆盖，待混凝土硬化成型之后脱模；

8、s5：将硬化后的混凝土养护至指定龄期后得到耐高温混凝土。

9、进一步的，硬化后的混凝土置于湿度大于95％的蒸养箱中养护至指定龄期。

10、进一步的，3天养护后的耐高温混凝土的抗压强度26.8～37.1mpa。

11、进一步的，28天养护后的耐高温混凝土的抗压强度40.8～55.9mpa。

12、进一步的，经28天养护后再在950℃环境下煅烧处理后的耐高温混凝土的抗压强度29.5～47.9mpa。

13、本发明仅利用工业固废材料便能制备出高强度混凝土，则可以不用额外添加强碱、水泥等材料，基于矿渣、磷石膏、烧结法赤泥或电石渣等工业固废制备一种胶凝材料，可以实现工业固废材料自激发，不需要额外添加强碱激发剂，工业固废利用量更大，也进一步降低了成本。同时，在混凝土中掺杂处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂可以实现处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂的二次利用，促进混凝土水化和改善混凝土的耐高温性能，提供一种消纳处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂的新方法；掺入处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂和氧化石墨烯可以在很大程度上改善混凝土的高温性能、强度和硬化速度，可用于具有火灾隐患或长期处于高温工作环境的建筑工程中。

14、本发明具有如下有益效果：

15、1、本发明采用的矿渣、磷石膏和铝灰具有比表面积大、反应活性高等特点，适宜于在烧结法赤泥或者电石渣提供的碱性环境下形成高强度胶凝材料(矿渣、磷石膏以及铝灰之间发生反应生成c-(a)-s-h凝胶和钙矾石)，有利于高强度建筑材料的制备。

16、2、本发明提供了一种处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂再利用的新方法。

17、3、处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂内部含有水、铜或铁系元素离子，且具有优良的储水性。水比热容很高，本发明在混凝土当中掺杂处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂和石墨，能够改善混凝土的耐高温性能。借助石墨的高导热性能，混凝土内部处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂能够在高温环境下大量吸收混凝土内部热量，可以降低高温环境给混凝土带来的危害。

18、4、本发明掺杂到混凝土中的处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂中的铜或铁系元素离子能够与硅酸盐、铝酸盐等发生化学反应，生成多种化合物，从而作为催化剂使用，促进本发明的混凝土胶凝材料体系的水化反应，加速凝胶体的形成，提升混凝土体系的强度和硬化速度。

19、5、本发明将处理过含铜或铁系元素离子废水的高吸水树脂与固废胶凝材料混合，铜或铁系元素离子可以在混凝土中可以得到进一步固封。

20、6、本发明将氧化石墨烯掺杂到混凝土中，不仅能起到桥接作用，抑制混凝土中微裂缝的扩展，还可以加速地聚合过程，及时修复热应力引起的裂纹。

21、7、高导热性的石墨掺杂到混凝土当中可以很好地传导与分散热量，防止混凝土在高温环境下局部过热。

22、8、本发明生产工艺简单，产品的品种易调节，方便实现功能化。

23、9、本发明所用的主要原料都是工业固废材料，极大地降低了工业固废排放对环境产生的污染，缓解了大量工业固废堆存造成的土地占用。同时，本发明也大大降低了建筑混凝土生产的成本，减少资源消耗。

24、10、由本发明方法生产的耐高温混凝土在养护3天的抗压强度可达37.1mpa，养护28天的抗压强度可达55.9mpa。在28天养护后，再经950℃煅烧处理，外表面几乎没有裂缝。经950℃环境下煅烧后的抗压强度仍可达47.9mpa，经950℃煅烧前后抗压强度降低量可低至2.4mpa，经950℃煅烧前后抗压强度降低率可低至5.88％。