權利要求
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量比為2～6:1。
2.如權利要求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，所述消泡劑為有機硅消泡劑、聚醚改性有機硅消泡劑和聚醚消泡劑中的任意一種。
7.如權利要求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，所述聚醚改性有機硅消泡劑為OFX-0193、KSG-210和SF-8427中的一種或多種。
8.一種權利要求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，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，攪拌時間均為2～5min。
10.如權利要求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，攪拌時間為30～45min。
說明書
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及聚合物混凝土技術領域，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
[0002]隨著人民生活水平的提高，對于嚴寒地區(qū)建筑材料的耐久性要求進一步提升，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，嚴重影響了建筑功能和人民財產(chǎn)安全。
[0003]所以，提高嚴寒地區(qū)用建筑材料的抗凍性是材料耐久性得到保證的關鍵，現(xiàn)有技術提高嚴寒地區(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釋放大量水化熱的情況發(fā)生，從而對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)有技術中的建筑材料多為混凝土，并且現(xiàn)有技術在制備混凝土時能耗高，且制備的混凝土容易產(chǎn)生有害孔及多害孔，導致混凝土的滲透性不佳且材料密實度不高，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方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的第一個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量比為2～6:1。
[0011]進一步地，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量分數(shù)為50％～70％。
[0012]進一步地，所述煤矸石中包含以下百分數(shù)含量組分：
[0013]氧化硅和氧化鋁70％～85％，氧化鈣5％～8％。
[0014]進一步地，所述堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為1.60～3.85。
[0015]進一步地，所述花崗巖石粉的粒徑為0.1～0.15mm。
[0016]進一步地，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]進一步地，所述消泡劑為有機硅消泡劑、聚醚改性有機硅消泡劑和聚醚消泡劑中的任意一種。
[0018]進一步地，所述聚醚改性有機硅消泡劑為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，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，攪拌時間均為2～5min。
[0024]進一步地，所述第三次攪拌處理的攪拌速率為100～150r/min，攪拌時間為30～45min。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，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成分作為膠凝材料，在堿性激發(fā)劑的激發(fā)作用下會溶出硅酸鹽和鋁酸鹽，溶出的硅酸鹽和鋁酸鹽又會發(fā)生解聚反應，共價鍵裂解形成硅酸根和鋁酸根；并且在解聚的同時，硅酸根和鋁酸根會在膠凝材料中重組聚合形成立體空間非晶體凝膠，養(yǎng)護后形成混凝土材料，從而獲得具有較高強度、良好的流動性，成型密實，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，將回收的粉煤灰和煤矸石去除雜質后，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構聚合物，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，從而進一步提升了材料的密實度；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行，從成型原理，內(nèi)部結構，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)明對粉煤灰、煤矸石進行有效再利用，有效減少了工業(yè)固廢填埋處置對生態(tài)環(huán)境造成的破壞。且本發(fā)明的制備方法既實現(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，增加了材料的密實度及孔隙粗糙度，降低了由于水分滲透、遷移與凍結后產(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)明實施例1和實施例2的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料的滲壓力測試結果對比圖；其中，左側柱狀圖為實施例1，右側柱狀圖為實施例2；
[0031]圖2為本發(fā)明實施例1和實施例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果對比圖；其中，左側柱狀圖為實施例1，右側柱狀圖為實施例2。
具體實施方式
[0032]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。需要說明的是，本發(fā)明以下實施例中，有機硅消泡劑、聚醚改性聚硅氧烷消泡劑和聚醚消泡劑均為市售。
[0033]實施例1
[0034]本實施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實施例的一種工業(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，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中混合均勻，以100r/min的轉速攪拌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量分數(shù)為60％。
[0038]本實施例中，煤矸石中包含以下百分數(shù)含量組分：
[0039]氧化硅和氧化鋁70％，氧化鈣7％。
[0040]本實施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為1.8。
[0041]本實施例中，花崗巖石粉的粒徑為0.1mm。
[0042]本實施例中，憎水劑為甲基硅酸鉀。
[0043]本實施例中，消泡劑為聚醚消泡劑。
[0044]實施例2
[0045]本實施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實施例的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料的制備方法與實施例1的區(qū)別僅在于：
[0046]本實施例中，粉煤灰的重量份數(shù)為70份。
[0047]實施例3
[0048]本實施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實施例的一種工業(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，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中混合均勻，以150r/min的轉速攪拌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量分數(shù)為50％。
[0052]本實施例中，煤矸石中包含以下百分數(shù)含量組分：
[0053]氧化硅和氧化鋁70％，氧化鈣8％。
[0054]本實施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為1.60。
[0055]本實施例中，花崗巖石粉的粒徑為0.1mm。
[0056]本實施例中，憎水劑為甲基硅酸鉀。
[0057]本實施例中，消泡劑為有機硅消泡劑。
[0058]實施例4
[0059]本實施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實施例的一種工業(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，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中混合均勻，以50r/min的轉速攪拌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量分數(shù)為70％。
[0063]本實施例中，煤矸石中包含以下百分數(shù)含量組分：
[0064]氧化硅和氧化鋁85％，氧化鈣5％。
[0065]本實施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為3.85。
[0066]本實施例中，花崗巖石粉的粒徑為0.15mm。
[0067]本實施例中，憎水劑為甲基三羥硅烷。
[0068]本實施例中，消泡劑為OFX-0193聚醚改性有機硅消泡劑。
[0069]實施例5
[0070]本實施例提供一種工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料，且本實施例的一種工業(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，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中混合均勻，以100r/min的轉速攪拌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量分數(shù)為60％。
[0074]本實施例中，煤矸石中包含以下百分數(shù)含量組分：
[0075]氧化硅和氧化鋁80％，氧化鈣6％。
[0076]本實施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，且其模數(shù)為2。
[0077]本實施例中，花崗巖石粉的粒徑為0.12mm。
[0078]本實施例中，憎水劑為硬脂酸鈣。
[0079]本實施例中，消泡劑為KSG-210聚醚改性有機硅消泡劑。
[0080]實驗部分
[0081](一)抗?jié)B壓力測試
[0082]本發(fā)明將實施例1和實施例2制備的工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料進行抗?jié)B壓力測試，結果如圖1所示，可以看出，實施例1工業(yè)固廢聚合物抗?jié)B抗凍材料的抗?jié)B壓力可達到1.2MPa，比實施例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)明將實施例1和實施例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)試驗機中進行反復凍融，每間隔30個循環(huán)對試件的相對動彈性模量進行測試，直至相對動彈性模量值低于80％，并記錄對應的循環(huán)次數(shù)，結果如圖2所示，凍融次數(shù)提高到300次，抗凍能力提高了20％。
[0085]顯然，上述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
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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” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術網(wǎng)
來源：南京林業(yè)大學
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2025年03月25日 ~ 27日 
