一种煤矸石聚合材料及其制备方法和应用

本申请涉及建筑材料，尤其涉及一种煤矸石聚合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。煤矸石的主要成分是al2o3和sio2等，露天丢弃或掩埋均对环境有一定的危害，甚至可能会影响周围人员健康。因此，煤矸石无害化处理显得非常重要。

2、目前，碱激发方法为煤矸石的大规模安全消纳与资源化利用提供了有力途径。碱激发方法主要是将煤矸石和其他如粉煤灰等高活性掺合料进行搭配使用，然后再与碱激发剂进行混合、搅拌、成型、养护等工艺，制备得到地质聚合物。该方法是通过将煤矸石和其他如粉煤灰等高活性掺合料进行搭配使用，克服煤矸石活性低无法直接用作胶凝材料的缺陷。此外，煤矸石还可通过机械活化、热活化或化学活化等方法提高活性，进而将其作为胶凝材料用于工程中，其中热活化是通过对煤矸石进行煅烧从而获得较高的活性，然而煅烧温度需达到几百甚至一千度以上方可得到相应的活性，条件苛刻且能耗较高。但是，在保证优异力学性能前提下，现有技术中未见仅采用煤矸石作为集料而且也作为胶凝材料形成一种纯煤矸石制成的聚合材料的相关报道。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请提供了一种煤矸石聚合材料及其制备方法和应用。

2、第一方面，本申请提供了一种煤矸石聚合材料的制备方法，所述煤矸石聚合材料的制备方法包括以下步骤：

3、将煤矸石进行粉碎筛分，得到不同粒径大小的煤矸石粉末和集料；

4、将所述集料进行低温等离子体处理，得到改性集料；

5、将所述煤矸石粉末置于微波-超声波复合场中进行活化处理，后加入活性激发剂水溶液进行搅拌混合，得到胶凝材料；

6、将所述改性集料加入所述胶凝材料中进行搅拌混合，后养护成型，得到所述煤矸石聚合材料。

7、进一步地，所述微波-超声波复合场的工作参数包括：微波功率为1400～1600w，微波频率为2400～2500mhz，所超声波功率为1000～1170w，超声波频率为60～80khz，处理时间为40～50s。

8、进一步地，所述微波-超声波复合场的工作参数包括：微波功率为1500w，微波频率为2450mhz，超声波功率为1050w，超声波频率为70khz，处理时间为45s。

9、进一步地，所述将所述集料进行低温等离子体处理，得到改性集料的步骤包括以下过程：

10、将所述集料置于低温等离子体处理装置的腔体中，抽真空，待腔体真空度达到30pa以下时，通入氧气，于氧气流量为30-35cm3/min和电源功率为130-145w条件下进行低温等离子体处理35～50秒，得到改性集料。

11、进一步地，所述煤矸石粉末的粒径＜0.075mm。

12、进一步地，所述集料的粒径为1～5mm。

13、进一步地，所述煤矸石粉末、所述改性集料和所述活性激发剂的重量比为(1～2):(2～5):1。

14、进一步地，所述煤矸石粉末、所述改性集料和所述活性激发剂的重量比为1.75:3.5:1。

15、进一步地，所述活性激发剂包括无机碱和硅酸钠中的至少一种；所述活性激发剂水溶液中无机碱的摩尔浓度为8～12mol/l。

16、第二方面，本申请提供了一种煤矸石聚合材料，所述煤矸石聚合材料是采用第一方面任一项所述的制备方法制得。

17、第三方面，本申请提供了第二方面任一项所述的煤矸石聚合材料在制备钢筋混凝土构件中的应用。

18、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

19、本申请实施例提供了一种煤矸石聚合材料的制备方法，具体为一种仅采用煤矸石作为集料而且也作为胶凝材料形成的纯煤矸石制成的聚合材料。本发明通过采用微波-超声波协同处理方式对煤矸石粉末进行活化，提高了煤矸石的活性，条件温和且高效，同时配合低温等离子体改性处理后的集料，不仅提供一种煤矸石高效活化处理工艺，而且所得纯煤矸石制成的聚合材料的力学性能优异，可满足实际的使用需求，具有广泛的实际应用价值。

技术特征：

1.一种煤矸石聚合材料的制备方法，其特征在于，所述煤矸石聚合材料的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的煤矸石聚合材料的制备方法，其特征在于，所述微波-超声波复合场的工作参数包括：微波功率为1400～1600w，微波频率为2400～2500mhz，所超声波功率为1000～1170w，超声波频率为60～80khz，处理时间为40～50s。

3.根据权利要求1所述的煤矸石聚合材料的制备方法，其特征在于，所述将所述集料进行低温等离子体处理，得到改性集料的步骤包括以下过程：

4.根据权利要求1～3任一项所述的煤矸石聚合材料的制备方法，其特征在于，所述煤矸石粉末的粒径＜0.075mm。

5.根据权利要求1～3任一项所述的煤矸石聚合材料的制备方法，其特征在于，所述集料的粒径为1～5mm。

6.根据权利要求1～3任一项所述的煤矸石聚合材料的制备方法，其特征在于，所述煤矸石粉末、所述改性集料和所述活性激发剂的重量比为(1～2):(2～5):1。

7.根据权利要求1～3任一项所述的煤矸石聚合材料的制备方法，其特征在于，所述煤矸石粉末、所述改性集料和所述活性激发剂的重量比为1.75:3.5:1。

8.根据权利要求1～3任一项所述的煤矸石聚合材料的制备方法，其特征在于，所述活性激发剂包括无机碱和硅酸钠中的至少一种；所述活性激发剂水溶液中无机碱的摩尔浓度为8～12mol/l。

9.一种煤矸石聚合材料，其特征在于，所述煤矸石聚合材料是采用权利要求1～8任一项所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述的煤矸石聚合材料在制备钢筋混凝土构件中的应用。

技术总结
本申请涉及一种煤矸石聚合材料及其制备方法和应用，涉及建筑材料技术领域，所述煤矸石聚合材料的制备方法包括以下步骤：将煤矸石进行粉碎筛分，得到不同粒径大小的煤矸石粉末和集料；将所述集料进行低温等离子体处理，得到改性集料；将所述煤矸石粉末置于微波‑超声波复合场中进行活化处理，后加入活性激发剂水溶液进行搅拌混合，得到胶凝材料；将所述改性集料加入所述胶凝材料中进行搅拌混合，后养护成型，得到所述煤矸石聚合材料。本发明通过采用微波‑超声波协同处理方式对煤矸石粉末进行活化，同时配合低温等离子体改性处理后的集料，不仅提供一种煤矸石高效活化处理工艺，而且所得纯煤矸石聚合材料的力学性能优异，可满足实际的使用需求。

技术研发人员：努尔麦麦提·阿卜力米提,杨征勋,张政,霍志强,杨兴胜,许衎捷,陈昕渝
受保护的技术使用者：四川交通职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22