權(quán)利要求
1.工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料，其特征在于，由以下重量份組成：
膠凝材料90～120份、堿性激發(fā)劑20～30份、花崗石粉1.5～3.5份、消泡劑0.2～0.6份、憎水劑0.2～0.6份；
其中，所述膠凝材料由粉煤灰和煤矸石組成，且所述粉煤灰與所述煤矸石的質(zhì)量比為2～6:1。
2.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料，其特征在于，所述粉煤灰為C類粉煤灰。
3.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料，其特征在于，所述堿性激發(fā)劑為水玻璃，且水玻璃的模數(shù)為1.60～3.85。
4.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料，其特征在于，所述花崗巖石粉的粒徑為0.1～0.15mm。
5.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料，其特征在于，所述憎水劑為甲基硅酸鉀、甲基三羥硅烷和硬脂酸鈣中的任意一種。
6.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料，其特征在于，所述消泡劑為有機(jī)硅消泡劑、聚醚改性有機(jī)硅消泡劑和聚醚消泡劑中的任意一種。
7.如權(quán)利要求6所述的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料，其特征在于，所述聚醚改性有機(jī)硅消泡劑為OFX-0193、KSG-210和SF-8427中的一種或多種。
8.一種權(quán)利要求1-7任一所述的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1，回收工業(yè)固體廢棄物中的粉煤灰和煤矸石，去除雜質(zhì)，隨后研磨至粒徑為0.075～0.15mm的顆粒，獲得膠凝材料顆粒，備用；
步驟2，于室溫下，將獲得的膠凝材料顆粒通過第一次攪拌處理混勻，隨后加入消泡劑和花崗巖石粉，通過第二次攪拌處理混勻，然后加入堿性激發(fā)劑，通過第三次攪拌混勻，以形成無定形的硅鋁酸鹽凝膠；
步驟3，向獲得的無定形的硅鋁酸鹽凝膠中，加入憎水劑，攪拌均勻，即獲得所述工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料。
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述第一次攪拌處理和所述第二次攪拌處理的攪拌速率均為50～150r/min，攪拌時(shí)間均為2～5min。
10.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述第三次攪拌處理的攪拌速率為100～150r/min，攪拌時(shí)間為30～45min。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及聚合物混凝土技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料及其制備方法。
背景技術(shù)
[0002]隨著人民生活水平的提高，對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)建筑材料的耐久性要求進(jìn)一步提升，經(jīng)過長期低溫凍融循環(huán)的破壞，傳統(tǒng)建筑材料產(chǎn)生表面剝落，開裂甚至斷裂，嚴(yán)重影響了建筑功能和人民財(cái)產(chǎn)安全。
[0003]所以，提高嚴(yán)寒地區(qū)用建筑材料的抗凍性是材料耐久性得到保證的關(guān)鍵，現(xiàn)有技術(shù)提高嚴(yán)寒地區(qū)用建筑材料抗凍性的方法主要有兩種，一種通過控制建筑材料的水灰比，建筑材料的水灰比越小建筑材料的抗凍性越好，但是水灰比小的建筑材料又存在水化時(shí)釋放大量水化熱的情況發(fā)生，從而對(duì)建筑材料造成傷害甚至引發(fā)不安全事件；另一種是在建筑材料中添加引氣劑，通過減小建筑材料的孔隙率，以提高建筑材料的抗?jié)B抗凍性能。
[0004]但是，由于現(xiàn)有技術(shù)中的建筑材料多為混凝土，并且現(xiàn)有技術(shù)在制備混凝土?xí)r能耗高，且制備的混凝土容易產(chǎn)生有害孔及多害孔，導(dǎo)致混凝土的滲透性不佳且材料密實(shí)度不高，使得上述方法雖然能夠緩解建筑材料因長期低溫凍融循環(huán)造成的破壞，但是仍然不能真正解決嚴(yán)寒地區(qū)用建筑材料長期低溫凍融造成的破壞。
[0005]為此，本發(fā)明提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料及其制備方法。
發(fā)明內(nèi)容
[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種工業(yè)固體廢棄聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料及其制備方法，具體是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料，由以下重量份組成：
[0009]膠凝材料80～120份、堿性激發(fā)劑20～30份、花崗石粉1.5～3.5份、消泡劑0.2～0.6份、憎水劑0.2～0.6份；
[0010]其中，所述膠凝材料由粉煤灰和煤矸石組成，且所述粉煤灰與所述煤矸石的質(zhì)量比為2～6:1。
[0011]進(jìn)一步地，所述粉煤灰為C類粉煤灰，且所述粉煤灰中包含氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，且所述氧化硅、氧化鋁和氧化鐵的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％～70％。
[0012]進(jìn)一步地，所述煤矸石中包含以下百分?jǐn)?shù)含量組分：
[0013]氧化硅和氧化鋁70％～85％，氧化鈣5％～8％。
[0014]進(jìn)一步地，所述堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為1.60～3.85。
[0015]進(jìn)一步地，所述花崗巖石粉的粒徑為0.1～0.15mm。
[0016]進(jìn)一步地，所述憎水劑為甲基硅酸鉀、甲基三羥硅烷和硬脂酸鈣中的任意一種。
[0017]進(jìn)一步地，所述消泡劑為有機(jī)硅消泡劑、聚醚改性有機(jī)硅消泡劑和聚醚消泡劑中的任意一種。
[0018]進(jìn)一步地，所述聚醚改性有機(jī)硅消泡劑為OFX-0193、KSG-210和SF-8427中的一種或多種。
[0019]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料的制備方法，包括以下步驟：
[0020]步驟1，回收工業(yè)固體廢棄物中的粉煤灰和煤矸石，通過人工分揀去除主要成分以外的廢石料、廢煤渣等雜質(zhì)，隨后研磨至粒徑為0.075～0.15mm的顆粒，獲得膠凝材料顆粒，備用；
[0021]步驟2，于室溫下，將獲得的膠凝材料顆粒通過第一次攪拌處理混勻，隨后加入消泡劑和花崗巖石粉，通過第二次攪拌處理混勻，然后加入堿性激發(fā)劑，通過第三次攪拌混勻，以形成無定形的硅鋁酸鹽凝膠；
[0022]步驟3，向獲得的無定形的硅鋁酸鹽凝膠中，加入憎水劑，攪拌均勻，即獲得所述工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料。聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料及其制備方法。
[0023]進(jìn)一步地，步驟2中，所述第一次攪拌處理和所述第二次攪拌處理的攪拌速率均為50～150r/min，攪拌時(shí)間均為2～5min。
[0024]進(jìn)一步地，所述第三次攪拌處理的攪拌速率為100～150r/min，攪拌時(shí)間為30～45min。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0026]本發(fā)明的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料以回收的粉煤灰和煤矸石為主要原料制備混凝土材料，本發(fā)明使用的粉煤灰中富含氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，且煤矸石中富含氧化硅、氧化鋁和氧化鈣，粉煤灰和煤矸石中所富含的這些化學(xué)成分作為膠凝材料，在堿性激發(fā)劑的激發(fā)作用下會(huì)溶出硅酸鹽和鋁酸鹽，溶出的硅酸鹽和鋁酸鹽又會(huì)發(fā)生解聚反應(yīng)，共價(jià)鍵裂解形成硅酸根和鋁酸根；并且在解聚的同時(shí)，硅酸根和鋁酸根會(huì)在膠凝材料中重組聚合形成立體空間非晶體凝膠，養(yǎng)護(hù)后形成混凝土材料，從而獲得具有較高強(qiáng)度、良好的流動(dòng)性，成型密實(shí)，且硬化速度快的混凝土材料。
[0027]本發(fā)明在制備工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料時(shí)，將回收的粉煤灰和煤矸石去除雜質(zhì)后，混合均勻以作為膠凝材料，膠凝材料在堿性激發(fā)劑的激發(fā)下獲得立體空間非晶體凝膠狀結(jié)構(gòu)聚合物，即無定形的硅鋁酸鹽凝膠；本發(fā)明在加入堿性激發(fā)劑之前加入消泡劑，從而避免了在形成無定形的硅鋁酸鹽凝膠的過程中，因引入的空氣而使得材料中存在大氣泡的情況發(fā)生，從而減少材料內(nèi)部連通孔隙的形成，提高了材料的密實(shí)度；本發(fā)明在加入堿性激發(fā)劑之前還加入了花崗石粉，能夠填充無定形硅鋁酸鹽凝膠內(nèi)部的微孔洞，從而進(jìn)一步提升了材料的密實(shí)度；本發(fā)明向無定形的硅鋁酸鹽凝膠中加入的憎水劑，能夠提升硬化成型后材料表面的防水性能。本發(fā)明通過上述步驟依次進(jìn)行，從成型原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，表面性能上全方面協(xié)同提升工業(yè)固廢聚合物的抗?jié)B、抗凍性能。
[0028]本發(fā)明對(duì)粉煤灰、煤矸石進(jìn)行有效再利用，有效減少了工業(yè)固廢填埋處置對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞。且本發(fā)明的制備方法既實(shí)現(xiàn)了大宗工業(yè)固廢的高值化利用，又減少了傳統(tǒng)水泥混凝土建筑材料生產(chǎn)過程中的高能耗，且二氧化碳等溫室氣體的排放量大幅降低，是一種環(huán)保型凈碳綠色建筑材料；
[0029]本發(fā)明相比較傳統(tǒng)的混凝土而言，通過消泡劑、憎水劑以及花崗巖石粉的摻入減少了材料中有害孔及多害孔體積占比，增加了材料的密實(shí)度及孔隙粗糙度，降低了由于水分滲透、遷移與凍結(jié)后產(chǎn)生的凍脹力，使得材料的抗?jié)B性和抗凍性能得到較大地提升。
附圖說明
[0030]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料的滲壓力測試結(jié)果對(duì)比圖；其中，左側(cè)柱狀圖為實(shí)施例1，右側(cè)柱狀圖為實(shí)施例2；
[0031]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料的抗凍性能測試結(jié)果對(duì)比圖；其中，左側(cè)柱狀圖為實(shí)施例1，右側(cè)柱狀圖為實(shí)施例2。
具體實(shí)施方式
[0032]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。需要說明的是，本發(fā)明以下實(shí)施例中，有機(jī)硅消泡劑、聚醚改性聚硅氧烷消泡劑和聚醚消泡劑均為市售。
[0033]實(shí)施例1
[0034]本實(shí)施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實(shí)施例的一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料是通過以下步驟制得的：
[0035]步驟1，回收工業(yè)固體廢棄物，去除雜質(zhì)，分別獲得粉煤灰和煤矸石；
[0036]分別將粉煤灰和煤矸石研磨至粒徑為0.1mm的顆粒，然后，按照重量份，取85份粉煤灰與15份煤矸石送入攪拌機(jī)中混合均勻，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5min后，加入0.4份消泡劑和2.5份花崗巖石粉，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5min混合均勻，然后加入15份堿性激發(fā)劑，以130r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min混合均勻，以形成無定形的硅鋁酸鹽凝膠；再加入0.4份憎水劑混合均勻，即獲得工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料。
[0037]本實(shí)施例中，粉煤灰中含有氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，且氧化硅、氧化鋁和氧化鐵的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％。
[0038]本實(shí)施例中，煤矸石中包含以下百分?jǐn)?shù)含量組分：
[0039]氧化硅和氧化鋁70％，氧化鈣7％。
[0040]本實(shí)施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為1.8。
[0041]本實(shí)施例中，花崗巖石粉的粒徑為0.1mm。
[0042]本實(shí)施例中，憎水劑為甲基硅酸鉀。
[0043]本實(shí)施例中，消泡劑為聚醚消泡劑。
[0044]實(shí)施例2
[0045]本實(shí)施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實(shí)施例的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料的制備方法與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：
[0046]本實(shí)施例中，粉煤灰的重量份數(shù)為70份。
[0047]實(shí)施例3
[0048]本實(shí)施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實(shí)施例的一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料是通過以下步驟制得的：
[0049]步驟1，回收工業(yè)固體廢棄物，去除雜質(zhì)，分別獲得粉煤灰和煤矸石；
[0050]分別將粉煤灰和煤矸石研磨至粒徑為0.15mm的顆粒，然后，按照重量份，取60份粉煤灰與30份煤矸石送入攪拌機(jī)中混合均勻，以150r/min的轉(zhuǎn)速攪拌2min后，加入0.2份消泡劑和1.5份花崗巖石粉，以150r/min的轉(zhuǎn)速攪拌2min混合均勻，然后加入20份堿性激發(fā)劑，以150r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min混合均勻，以形成無定形的硅鋁酸鹽凝膠；再加入0.2份憎水劑混合均勻，即獲得工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料。
[0051]本實(shí)施例中，粉煤灰中含有氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，且氧化硅、氧化鋁和氧化鐵的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％。
[0052]本實(shí)施例中，煤矸石中包含以下百分?jǐn)?shù)含量組分：
[0053]氧化硅和氧化鋁70％，氧化鈣8％。
[0054]本實(shí)施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為1.60。
[0055]本實(shí)施例中，花崗巖石粉的粒徑為0.1mm。
[0056]本實(shí)施例中，憎水劑為甲基硅酸鉀。
[0057]本實(shí)施例中，消泡劑為有機(jī)硅消泡劑。
[0058]實(shí)施例4
[0059]本實(shí)施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實(shí)施例的一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料是通過以下步驟制得的：
[0060]步驟1，回收工業(yè)固體廢棄物，去除雜質(zhì)，分別獲得粉煤灰和煤矸石；
[0061]分別將粉煤灰和煤矸石研磨至粒徑為0.075mm的顆粒，然后，按照重量份，取100份粉煤灰與20份煤矸石送入攪拌機(jī)中混合均勻，以50r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5min后，加入0.6份消泡劑和3.5份花崗巖石粉，以50r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5min混合均勻，然后加入30份堿性激發(fā)劑，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌45min混合均勻，以形成無定形的硅鋁酸鹽凝膠；再加入0.6份憎水劑混合均勻，即獲得工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料。
[0062]本實(shí)施例中，粉煤灰中含有氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，且氧化硅、氧化鋁和氧化鐵的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％。
[0063]本實(shí)施例中，煤矸石中包含以下百分?jǐn)?shù)含量組分：
[0064]氧化硅和氧化鋁85％，氧化鈣5％。
[0065]本實(shí)施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為3.85。
[0066]本實(shí)施例中，花崗巖石粉的粒徑為0.15mm。
[0067]本實(shí)施例中，憎水劑為甲基三羥硅烷。
[0068]本實(shí)施例中，消泡劑為OFX-0193聚醚改性有機(jī)硅消泡劑。
[0069]實(shí)施例5
[0070]本實(shí)施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實(shí)施例的一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料是通過以下步驟制得的：
[0071]步驟1，回收工業(yè)固體廢棄物，去除雜質(zhì)，分別獲得粉煤灰和煤矸石；
[0072]分別將粉煤灰和煤矸石研磨至粒徑為0.012mm的顆粒，然后，按照重量份，取80份粉煤灰與20份煤矸石送入攪拌機(jī)中混合均勻，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3min后，加入0.4份消泡劑和2.5份花崗巖石粉，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3min混合均勻，然后加入25份堿性激發(fā)劑，以150r/min的轉(zhuǎn)速攪拌35min混合均勻，以形成無定形的硅鋁酸鹽凝膠；再加入0.4份憎水劑，攪拌均勻，即獲得工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍混凝土材料。
[0073]本實(shí)施例中，粉煤灰中含有氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，且氧化硅、氧化鋁和氧化鐵的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％。
[0074]本實(shí)施例中，煤矸石中包含以下百分?jǐn)?shù)含量組分：
[0075]氧化硅和氧化鋁80％，氧化鈣6％。
[0076]本實(shí)施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為2。
[0077]本實(shí)施例中，花崗巖石粉的粒徑為0.12mm。
[0078]本實(shí)施例中，憎水劑為硬脂酸鈣。
[0079]本實(shí)施例中，消泡劑為KSG-210聚醚改性有機(jī)硅消泡劑。
[0080]實(shí)驗(yàn)部分
[0081](一)抗?jié)B壓力測試
[0082]本發(fā)明將實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料進(jìn)行抗?jié)B壓力測試，結(jié)果如圖1所示，可以看出，實(shí)施例1工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料的抗?jié)B壓力可達(dá)到1.2MPa，比實(shí)施例2工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料的抗?jié)B壓力提高了0.1MPa。
[0083](二)抗凍性能測試
[0084]本發(fā)明將實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料在凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行反復(fù)凍融，每間隔30個(gè)循環(huán)對(duì)試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量進(jìn)行測試，直至相對(duì)動(dòng)彈性模量值低于80％，并記錄對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)，結(jié)果如圖2所示，凍融次數(shù)提高到300次，抗凍能力提高了20％。
[0085]顯然，上述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
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聲明：
“工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：南京林業(yè)大學(xué)
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