基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料及其制备方法

本发明涉及胶凝材料的制备，尤其是涉及一种基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

1、地聚合物是以sio2和al2o3为主要化学成分的胶凝材料，利用碱激发的方式制备，形成具有三维网状结构的胶凝材料，常用于建材行业对高co2排放的水泥进行优化替代。常见的地聚合物制备技术都需要常温养护甚至高温养护，如中国专利cn202211698448.6需要55～65℃的养护温度，中国专利cn202310527147.5需要常温养护。低温环境下由于热量的缺乏地聚合反应很难进行，这极大程度限制了地聚合物在高山高原及北方寒冷地区等低寒气候下的应用发展。

2、地聚合物的原材料随着相关技术的发展已经逐渐扩展到包括矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和垃圾焚烧飞灰等在内的工业废弃物，但这些原材料相对而言活性硅铝组分较高。目前，对燃煤渣等经过高温烧结的低活性产物在地聚合物制备技术中的应用仍是一大难题。燃煤渣为工业燃煤锅炉行业中煤在燃煤锅炉中燃烧后残余的废渣。这种大宗固体废弃物由于经过高温煅烧，活性很低，通常的处理方式是作填充土壤、道路基层和填埋场的材料，以改善土壤的稳定性和抗压能力。此外，燃煤渣的硅铝组分被固定在石英、莫来石等晶格当中，在高温下尚需大量强碱激发剂溶解其中的硅铝组分，在低温环境下的综合利用更需要突破技术难点。因此，需要寻求一种在低寒气候实现燃煤渣的大规模利用的方法。此外，燃煤渣含有大量的硅铝组分，这使得它有成为地聚合物原材料的潜力。但其由于多孔质脆的特性使其需要长时间的粉磨才能实现原料颗粒结构孔隙的降低，制备的地聚合物在微观结构上往往含有大量孔隙导致在湿润环境下抗压强度容易受到显著破坏。

3、废旧聚丙烯纤维包括聚丙烯长丝生产过程中的废料(如过渡丝等)、化工厂生产聚丙烯的过程中产生5％-10％非结晶性无规聚丙烯副产物、废旧编织袋二次回收制备的纤维等。废旧聚丙烯存量大、回收率低、资源浪费严重。同时，聚丙烯纤维不亲水，在混凝土中分散不好、与混凝土结合不强，一般需要高成本对其表面进行改性处理，这就限制了聚丙烯纤维的推广使用。针对废旧聚丙烯纤维这种杂质含量高、性能不稳定、尺寸复杂的固体废弃物的利用更为困难。中国专利cn 202211596834.4中通过利用纤维作为防裂增强剂，仅利用了其韧性来抑制地聚合物材料因收缩而引起的开裂，对于纤维难以均匀分散的问题也仍未解决，相比于物理性能较差且更难利用的废旧纤维也更不适用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料及其制备方法，解决现有技术中燃煤渣基地聚合物在湿润环境下抗压强度容易受到显著破坏的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

3、配制化学药剂：将氧化钙、氢氧化钙、磷酸铝按比例混合均匀，得到复配激发剂；

4、混合原料：将燃煤渣、废旧聚丙烯纤维与复配激发剂混合均匀，得到混合料；

5、机械粉磨：将混合料进行粉磨，得到前驱粉体；

6、制备净浆：将前驱粉体与水混合均匀，得到净浆；

7、成型养护：将净浆进行成型养护，得到固化成型的基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料。

8、第二方面，本发明提供一种基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料，该基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料通过本发明第一方面提供的基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法得到。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

10、本发明通过利用机械粉磨作用于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维，使多孔燃煤渣和尺度不均、难分散的废旧聚丙烯纤维在机械力的作用下被挤压、充填进燃煤渣的多孔结构中，在不进行任何改性处理的基础上，实现了两种固体废弃物的均匀混合、填补。本发明具有简便安全、成本低、能耗较小、固废利用率高、环境友好以及适应性强的特点；本发明制备的胶凝材料抗压强度、抗渗性以及湿润环境下稳定性良好。

技术特征：

1.一种基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述复配激发剂由以下组分组成：氧化钙30％～60％、氢氧化钙20％～50％、磷酸铝5％～30％。

3.根据权利要求1所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述复配激发剂由以下组分组成：氧化钙40％～50％、氢氧化钙30％～40％、磷酸铝10％～20％。

4.根据权利要求1所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述混合料包括以下组分：燃煤渣70％～80％、废旧聚丙烯纤维1％～6％、复配激发剂18％～25％。

5.根据权利要求1所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述水与前驱粉体的液固比为0.28～0.41ml：1g。

6.根据权利要求1所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述前驱粉体的d90粒径为300目及以下。

7.根据权利要求1所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述燃煤渣的主要化学成分是：co2烧失量为4wt％～10wt％，sio2含量为43wt％～64wt％，al2o3含量为20wt％～40wt％，fe2o3含量为2wt％～6wt％，cao含量为1wt％～3wt％；所述燃煤渣的初始粒径为5目及以下。

8.根据权利要求1所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述粉磨的时间为2～4min；所述成型的方式为：将净浆浇注到模具中振动成型；所述养护的方式为：将装有振动成型后试样的模具密封后，养护18～24h后脱模，随后继续密封养护至规定期龄，得到固化成型的基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料。

9.根据权利要求1所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法，其特征在于，水及养护温度不低于0℃。

10.一种基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料，其特征在于，所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料通过权利要求1～9中任一项所述基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料的制备方法得到。

技术总结
本发明公开一种基于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维的胶凝材料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：将氧化钙、氢氧化钙、磷酸铝混合均匀，得到复配激发剂；将燃煤渣、废旧聚丙烯纤维与复配激发剂混合均匀，得到混合料；将混合料进行粉磨，得到前驱粉体；将前驱粉体与水混合均匀，得到净浆；将净浆进行成型养护，得到固化成型的胶凝材料。本发明通过利用机械粉磨作用于燃煤渣和废旧聚丙烯纤维，使多孔燃煤渣和尺度不均、难分散的废旧聚丙烯纤维在机械力的作用下被挤压、充填进燃煤渣的多孔结构中，在不进行任何改性处理的基础上，实现了两种固体废弃物的均匀混合、填补。本发明制备的胶凝材料抗压强度、抗渗性以及湿润环境下稳定性良好。

技术研发人员：包申旭,黄慕洋,张一敏,黎梦珂
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5