利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料及其製備工藝的製作方法
2023-04-29 11:35:11 3
專利名稱：利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料及製備工藝， 屬於無機非金屬材料及環境保護技術領域。
(二)
背景技術：
目前國內外有大量的工程需要高固水能力、高膨脹性且具有一定膠凝能力 的膠凝材料。如地基處理的軟土固化工程，軟土在我國分布很廣，對軟土地基 的處理是進行土木工程建設必須首先解決的關鍵問題，軟土固化技術(如深層 攪拌樁)是應用最為廣泛的、經濟效益較高的地基加固技術，而固化膠凝材料 的選擇是影響技術經濟效益的重要因素；採礦工程中的巷道支'護、採空區充填、 壁後充填支護、及錨噴支護等工程也需要大量的具有一定膠凝能力且高膨脹性、 快速凝結的膠凝材料；地下空洞充填工程、注漿堵漏等工程需要大量具有高膨 脹性、快速凝結的膠凝材料；城市汙泥、河道疏浚淤泥等也需要高固水、高膨 脹填孔且具有一定膠凝能力的膠凝材料實現其對環境的無害化處理。由此可見， 對低成本、高膨脹性且具有一定膠凝能力的膠凝材料的需求量是巨大的。
目前國內外在這些工程中普遍使用的是矽酸鹽系列水泥。研究表明，矽酸 鹽系列水泥在固化軟土時有較大的缺陷，尤其是在固化高含水量軟土時效果更 差，如不能為固化土水化硬化提供足夠的鹼度環境、不能產生大量的膨脹性水 化物填充密實土結構、不能大量將土內自由水消耗變成結合水等，從而造成使 用矽酸鹽系列水泥固化劑時，用量過大，費用較高，加固效果不佳。矽酸鹽系 列水泥膠凝材料在採礦工程、地下空洞充填工程、注漿堵漏等工程也存在一定 的問題，如凝結時間較慢、用量較大、導致費用較高，同時水泥在生產製備過 程中也對環境產生汙染。國內雖然有可以快速凝結的膠凝材料，但是該材料制 作成本較大，費用較高，在這些需要量大的工程中應用極不合適。由此可見， 必須尋求一種低成本、低能耗製備滿足這些特殊工程需要的膠凝材料。
本發明的目的是針對上述膠凝材料的不足,提出一種利用工業廢渣製備複合 型高膨脹性膠凝材料及其製備工藝，以製備出低成本、快速凝結、承載力更強 的膠凝材料。
本發明一種利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料，其具體包括三種 組分1、組分(i )。該組分由三種成分構成①成分一粉煤灰、礦渣、鋼 渣、煤矸石、赤泥渣等含矽鋁酸鹽成分的工業廢渣中的一種或多種組合，也可 以是含矽鋁酸鹽成分的天然材料，其摻量佔組分(i )總質量的30-70%;② 成分二磷石膏、氟石膏、脫硫石膏等含有硫酸鈣的工業廢渣中的一種或多種 組合，或天然石膏中，其摻量佔組分(i )總質量的10-50%;③成分三電 石渣、鹼渣、生石灰或熟石灰中的一種或多種組合，其摻量佔組分(i )總質
量的15-50%。； (2)組分(ii)。原料是生石灰或熟石灰、電石渣、礦渣、鋼渣、 煤矸石、矽酸鹽系列水泥中的一種或多種組合，磨細至比表面積200-500 m2/kg; (3)組分(iii)。原料是磷石膏、氟石膏、脫硫石膏等含有硫酸鈣的工業廢渣 中的一種或多種組合，或天然石膏，磨細至比表面積200-500 m7kg。
各組分所佔的質量比例分別為30-75%的組分(i )、 5-40%組分(ii )、 5-40 %組分(化)。各組分可均勻混合後備用，也可以使用時將各組分分別加到預處 理料中使用。
其中,該高膨脹性膠凝材料可用於處理超高含水量軟土、飽和軟土及非飽和 軟土等地基工程；處理巷道支護、採空區充填、壁後充填支護、錨噴支護等採 礦工程；用於地下工程、地下空洞充填、注漿堵漏等；固化城市下水道汙泥、 湖泊河道疏浚淤泥；作為建材行業中的膨脹劑等。
其中，該膠凝材料各組分可均勻混合啟備用，也可以使用時將各組分分別加 到預處理料中使用；在應用時，與預處理材料的質量摻入比為2-100%。
本發明一種利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料的製備工藝如下 (1)首先將組分(i )的三種原材料稱量、拌合拌勻；然後將拌合拌勻後的三 種原料經過4小時 10天的50-100。C蒸汽養護，養護期間可以採用研磨輔助 手段以提高反應速率；最後在400-100(TC的高溫下煅燒0.5-24小時，將煅燒後 的產物磨細至比表面積200-500 mVkg，得到組分(i ); (2)將組分(ii)和
組分(iii)的原料分別烘乾、磨細至比表面積200-500 nf/kg，得到組分(ii )、 組分(iii); (3)將質量比的30-75%組分(i )、質量比的5-40%組分(ii )和 質量比的5-40%組分(iii)均勻混合，便得到複合型高膨脹性膠凝材料。
本發明的優點及功效在於該膠凝材料具有較高的將自由水變成結合水能 力、高膨脹填孔能力、快速凝結、大幅度提高承載力的特點；同時由於大量使 用工業廢渣，原料來源廣，成本低，不受地域性限制；生產能耗低；具有較高 的經濟效益和環境效益。該高膨脹性膠凝材料可用於處理超高含水量軟土、飽 和軟土及非飽和軟土等地基工程；處理巷道支護、採空區充填、壁後充填支護、 錨噴支護等採礦工程；地下工程、地下空洞充填、注漿堵漏等工程；固化城市 下水道汙泥、湖泊河道疏浚淤泥；作為建材行業中的膨脹劑等。
具體實施例方式
本發明所述的膠凝材料的具體組分及其製備工藝如下將成分一之50%的 粉煤灰、成分二之30%的石灰、成分三之20%的石膏混合均勻，在10(TC的蒸 汽條件下養護7天，其間每天研磨3小時以提高反應速率，然後經過40(TC的 高溫煅燒處理，再磨細至比表面積200-500 m2/kg，得到組分(i );分別將電 石渣、磷石膏乾燥，磨細至比表面積200-500 nf/kg，分別得到組分(ii)和組 分(m)。將60%組分(i )、 20%的組分(ii)及20%的組分(iii)混合均勻， 便得到複合型高膨脹性膠凝材料。
實施例2
將30%的礦渣或鋼渣、50%的電石渣、20%的石膏混合均勻，在8(TC的蒸 汽條件下養護3天，其間每天研磨l小時以提高反應速率，然後經過45(TC的 高溫煅燒處理，再磨細至比表面積300 m2/kg，得到組分將生石灰、磷 石膏分別乾燥，磨細至比表面積300 m2/kg，分別得到組分(ii)和組分(m)。 將70%組分(i )、 10%的組分(ii)及20°/。的組分(iii)混合均勻，便得到 複合型高膨脹性膠凝材料。
實施例3
將40%的煤矸石、50%的鹼渣、10%的石膏混合均勻，在10(TC的蒸汽條件 下養護5天，其間每天研磨1.5小時以提高反應速率，然後經過55(TC的高溫煅 燒處理，再磨細至比表面積400 mVkg，得到組分(i );將礦渣或鋼渣乾燥， 磨細至比表面積400 nf/kg，得到組分(ii);將磷石膏乾燥，磨細至比表面積 400 mVkg，得到組分(iii)。將60%組分(i)、 30%的組分(ii)及10%的組 分(iii)混合均勻，便得到複合型高膨脹性膠凝材料。 實施例4
將30%的赤泥渣、30%的熟石灰、40%的石膏混合均勻，在95。C的蒸汽條 件下養護3天，其間每天研磨1小時以提高反應速率，然後經過60(TC的高溫 煅燒處理，再磨細至比表面積350 mVkg，得到組分(i );將煤矸石乾燥，磨 細至比表面積350 nf/kg，得到組分(ii);將氟石膏乾燥，磨細至比表面積350 mVkg，得到組分(iii)。將30%組分(i )、 40%的組分(ii)及30%的組分(iii) 混合均勻，便得到複合型高膨脹性膠凝材料。
實施例5
將50%的粉煤灰、50%的電石渣混合均勻，在IO(TC的蒸汽條件下養護10 天，其間每天研磨0.5小時以提高反應速率，然後經過60(TC的高溫煅燒處理， 再磨細至比表面積400 mVkg，得到組分(i );矽酸鹽水泥為組分(ii);將脫 硫石膏乾燥，磨細至比表面積400itf/kg，得到組分(iii)。將50%組分(i )、 10%的組分(ii)及40%的組分(iii)混合均勻，便得到複合型高膨脹性膠凝 材料。
實施例6
將20%的粉煤灰+20%的煤矸石+10%的赤泥渣、50%的電石渣混合均勻， 在IO(TC的蒸汽條件下養護10天，其間採用球磨機研磨30小時以提高反應速 率，然後經過60(TC的高溫煅燒處理，再磨細至比表面積400 m2/kg，得到組分 (i );矽酸鹽水泥為組分(ii);將脫硫石膏乾燥，磨細至比表面積400 m2/ kg，得到組分(m)。將40%組分(i )、 20%的組分(ii)及40%的組分(iii) 混合均勻，便得到複合型高膨脹性膠凝材料。
實施例7
將上述實施例1到實施例6製備的複合型高膨脹性膠凝材料採用粉噴法固 化含水量在100-150%的圍海造地淤泥時，摻量為淤泥質量的l 0%時，2 8d
抗壓強度超過0.3MPa;摻量為淤泥質量的50。/。時，2 8 d抗壓強度超過3.0MPa; 摻量為淤泥質量的100%時，2 8d抗壓強度超過IO.OMPA。
將上述實施例1到實施例6製備的複合型高膨脹性膠凝材料單獨用作膨脹 劑時，按照限制膨脹率試驗標準，2 8d膨脹率可超過0.5。/。。
權利要求
1、一種利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料，其特徵在於該材料具體包括三種組分1、組分(i)，該組分由三種成分構成①成分一粉煤灰、礦渣、鋼渣、煤矸石、赤泥渣等含矽鋁酸鹽成分的工業廢渣中的一種或多種組合，也可以是含矽鋁酸鹽成分的天然材料，其摻量佔組分(i)總質量的30-70％；②成分二磷石膏、氟石膏、脫硫石膏等含有硫酸鈣的工業廢渣中的一種或多種組合，或天然石膏，其摻量佔組分(i)總質量的10-50％；③成分三電石渣、鹼渣、生石灰或熟石灰中的一種或多種組合，其摻量佔組分(i)總質量的15-50％；(2)組分(ii)，原料是生石灰或熟石灰、電石渣、礦渣、鋼渣、煤矸石、矽酸鹽系列水泥中的一種或多種組合，磨細至比表面積200-500m2/kg；(3)組分(iii)，原料是磷石膏、氟石膏、脫硫石膏等含有硫酸鈣的工業廢渣中的一種或多種組合，或天然石膏，磨細至比表面積200-500m2/kg；各組分所佔的質量比例分別為30-75％的組分(i)、5-40％組分(ii)、5-40％組分(iii)。
2、 根據權利要求1所述的利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料，其 特徵在於該膠凝材料各組分可均勻混合後備用，也可以使用時將各組分分別 加到預處理料中使用；在應用時，與預處理材料的質量摻入比為2-100% 。
3、 根據權利要求1所述的利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料的制 備工藝，其特徵在於其步驟如下(1)首先將組分(i )的三種原材料稱量、 拌合拌勻；然後將拌合拌勻後的三種原料經過4小時 10天的50-100。C蒸汽 養護，養護期間可以採用研磨輔助手段以提高反應速率；最後在400-100(TC的 高溫下煅燒0.5-24小時，將煅燒後的產物磨細至比表面積200-500 m2/kg，得到 組分(i ); (2)將組分(ii)和組分(iii)的原料分別烘乾、磨細至比表面積 200-500 m7kg，得到組分(ii )、組分(iii); (3)將質量比的30-75%組分(i )、 質量比的5-40%組分(ii)和質量比的5-40%組分(iii)均勻混合，便得到復 合型高膨脹性膠凝材料。
4、根據權利要求1所述的利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料，其 特徵在於該高膨脹性膠凝材料可用於處理超高含水量軟土、飽和軟土及非飽 和軟土等地基工程；處理巷道支護、採空區充填、壁後充填支護、錨噴支護等 採礦工程；用於地下工程、地下空洞充填、注漿堵漏等；固化城市下水道汙泥、 湖泊河道疏浚淤泥；作為建材行業中的膨脹劑等。
全文摘要
本發明涉及利用工業廢渣製備複合型高膨脹性膠凝材料及製備工藝，該膠凝材料，由組分(i)包括三部分，即粉煤灰、礦渣等含矽鋁酸鹽成分的一種或多種組合；磷石膏、氟石膏等含有硫酸鈣的一種或多種組合，電石渣、鹼渣、生或熟石灰中的一種或多種組合；組分(ii)的包括生或熟石灰、電石渣等鹼性組分的一種或多種組合；組分(iii)包括磷石膏、氟石膏等含有硫酸鈣的一種或多種組合；其製法是(1)將組分(i)的原料混合拌勻，經4小時～10天50-100℃蒸汽養護，於400-1000℃高溫下煅燒處0.5-24h，磨細至比表面積200-500m2/kg，得組分(i)；(2)將組分(ii)、(iii)原料烘乾、磨細至比表面積200-500m2/kg，得組分(ii)、(iii)；(3)將組分(i)、(ii)、(iii)均勻混合。
文檔編號C04B7/00GK101182143SQ20071017694
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月7日 優先權日2007年11月7日
發明者李戰國, 牛晨亮, 新 黃 申請人:北京航空航天大學