一种掺加铁尾矿砂的水泥砂浆及其制备方法与流程

本发明涉及水泥砂浆领域，具体公开了一种掺加铁尾矿砂的水泥砂浆及其制备方法。

背景技术：

1、水泥砂浆是路面、墙体、地板等建筑工程中常用的材料之一。传统的水泥砂浆由水泥、砂子、水配制而成。近年来，随着社会对资源再利用和环境保护的重视，传统的水泥砂浆需要进一步优化成分，减少对原材料的过度消耗。另一方面，铁尾矿砂是传统冶金行业中主要的固体废物，存在较大的资源浪费和对环境的损害。故而，现有技术中将铁尾矿砂引入水泥砂浆中，从而有效地利用废弃资源，对环境起到减污和减排的作用。

2、但是，铁尾矿砂中含有一些杂质，其掺加在水泥砂浆中，会导致水泥砂浆的流动度降低，稳定性和凝结性下降；导致水泥砂浆中存在较大的空隙，从而导致掺加铁尾矿砂的水泥砂浆的抗压性和抗渗性较低。

3、综上所述，解决上述问题，制备一种掺加铁尾矿砂的水泥砂浆具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种掺加铁尾矿砂的水泥砂浆及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种掺加铁尾矿砂的水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：（1）将铁尾矿砂加入至盐酸溶液中一次活化处理；转移至氢氧化钠溶液中，二次活化处理，过滤、干燥，得到活化铁尾矿砂；（2）将活化铁尾矿砂、标准砂混合均匀，得到砂料组合物；

5、步骤2：（1）将壳聚糖加入至去离子水中，搅拌溶解，调节ph=5.5±0.2；同时滴加含有3,4-二羟基苯基丙酸、4-戊烯酸的溶液a，加入含有1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺的溶液b，室温下搅拌12~15小时，纯化，得到改性壳聚糖，以此作为壳聚糖衍生物；（2）将粉煤灰、水热法改性粉煤灰、壳聚糖衍生物混合均匀，得到粉煤灰组合物；

6、步骤3：将粉煤灰组合物与磁化水混合均匀，加入砂料组合物，搅拌混合，加入水泥，均质化，得到水泥砂浆。

7、本技术实施方式的进一步方案中，所述水泥砂浆中原料包括以下材料：按重量份数计，100份砂料组合物、20~25份粉煤灰组合物、25~30份水泥、20~25份磁化水。

8、本技术实施方式的进一步方案中，所述砂料组合物包括以下材料：按重量份数计，20~25份活化铁尾矿砂、75~80份标准砂；所述粉煤灰组合物包括以下材料：按重量份数计，7~10份粉煤灰、3~5份水热法改性粉煤灰、9~12份壳聚糖衍生物。

9、本技术实施方式的进一步方案中，步骤1中，铁尾矿砂与盐酸溶液或氢氧化钠溶液的固液比为均为1:（5~10）；所述盐酸溶液中盐酸的含量为4.8~5wt%；所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的含量为3~3.2wt%；一次活化处理的温度为70~80℃，时间为3~4小时；二次活化处理的温度为80~90℃，时间为4~6小时。

10、本技术实施方式的进一步方案中，所述水热法改性粉煤灰的制备方法为：将粉煤灰加入至磷酸氢二钠溶液中超声分散均匀，得到混合溶液；将混合溶液在功率为1500~1800w、温度为180~200℃下进行微波水热反应30~60分钟，过滤、干燥，得到水热法改性粉煤灰。

11、本技术实施方式的进一步方案中，所述磷酸氢二钠溶液的浓度为0.25~1mol/l；所述粉煤灰与磷酸氢二钠溶液的固液比为1g:（3~5）ml。

12、本技术实施方式的进一步方案中，所述改性壳聚糖的原料包括以下材料：10份壳聚糖、5~7份3,4-二羟基苯基丙酸、3~4份4-戊烯酸、0.1~0.12份1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺。

13、本技术实施方式的进一步方案中，所述壳聚糖衍生物的制备方法为：

14、（1）将改性壳聚糖加入至n,n-二甲基甲酰胺中，加入巯基乙酸、光引发剂，室温搅拌下，紫外光照反应1~2小时；在0~5℃下，滴加氯化亚砜；在60~65℃下反应3~4小时，热过滤，用四氯化碳洗涤沉淀、干燥，得到酰氯化壳聚糖；

15、（2）将酰氯化壳聚糖加入至丙酮中，搅拌均匀；在0~5℃下，滴加6~8wt%的叠氮化钠溶液，继续搅拌3~5小时，纯化，得到叠氮化壳聚糖，以此作为壳聚糖衍生物。

16、本技术实施方式的进一步方案中，改性壳聚糖、巯基乙酸与氯化亚砜的比例为10g:（2~3g）:（12~15ml）；酰氯化壳聚糖与叠氮化钠溶液中叠氮化钠的质量比为10:（2~3）。

17、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

18、（1）本发明中，为了降低铁尾矿砂对水泥砂浆性能的影响，通过对铁尾矿砂的进一步活化，减少其杂质，增加其活性，从而提高水泥砂浆的性能。

19、其中，铁尾矿砂使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液进行两次活化处理，形成复合活化工艺，相较于单一的盐酸溶液活化或氢氧化钠溶液活化，复合活化不仅可以促进铁尾矿砂的碱活化反应，形成具有胶凝性能的硅酸盐，同时盐酸可以消除铁尾矿砂中的杂质，减少对胶凝反应的产生，以此，协同提高对水泥砂浆的抗压性和抗渗性。需要说明的是：不同顺序和不同浓度的溶液处理，对铁尾矿砂的活化效果是不同的，较优化的方案为：先4.8~5wt%的盐酸溶液处理，再3~3.2wt%的氢氧化钠溶液处理。

20、（2）本发明中，引入了包括粉煤灰、水热法改性粉煤灰、壳聚糖衍生物的粉煤灰组合物，用于部分替代水泥，从而提高加工性和强度。

21、其中，使用粉煤灰部分替代水泥，一是可以增加废弃物的资源利用，降低环境污染；二是粉煤灰尺寸较小，可以填充在水泥砂浆中提高水泥砂浆致密度，从而减少开裂性，增加耐久性。方案中，为了最大化粉煤灰的性能，通过对部分粉煤灰水热改性处理，并引入壳聚糖从而提高其在水泥砂浆中的分散性，促进水化作用，从而提高水泥砂浆的性能。

22、其中，水热法改性粉煤灰，是以微波水热反应制备的，在微波的作用下，加速了粉煤灰的溶解和结晶，从而产生了纳米沸石和磷酸盐产物，故而水热法改性粉煤灰的引入可以增加水化反应的成核位点，促进后期水化，同时可以嵌合在孔隙中，增加了水泥砂浆水化后整体强度。

23、其中，引入了壳聚糖衍生物，利用其羟基和氨基与水泥砂浆中产生的氢键、金属配位和交联性，从而改善胶结材料与骨料之间的界面作用，从而提高了水泥砂浆的抗压性能，同时，其引入具有良好的延展性和柔韧性，从而减少了应力的集中，降低了抗裂概率，从而提高了水泥砂浆的抗渗性。而通过将3,4-二羟基苯基丙酸、4-戊烯酸用于改性壳聚糖得到的改性衍生物，改性后增加了壳聚糖衍生物在水中的溶解度，增加了含氧基团的丰度，从而进一步促进了胶凝。

24、同时进一步方案中，利用巯基乙酸接枝改性壳聚，然后依次酰氯化和叠氮化后形成壳聚糖衍生物，由于叠氮基团可以与水泥中的钙离子产生稳定的结晶物质，增加了水泥砂浆的内聚力；同时其填充在水泥砂浆的空隙中，减少了渗透通道。此外，叠氮基团的接枝使得壳聚糖衍生物具有较高的分散性和表面活性，从而保证了水泥砂浆的流动度，以此能够使得水泥砂浆颗粒之间形成更为稳定的分散体系，提高了水泥砂浆的稳定性，从而增加水泥砂浆的抗压性和抗渗性。需要说明的是：壳聚糖衍生物的加入量需要限定，过高会影响水泥砂浆的流动度，从而导致硬化后的水泥砂浆质量性能下降。