[發明專利]一種堿激發煤矸石粉地質聚合物膠凝材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911382324.5
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111187033B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 王文婧;秦淵;劉元珍;支鑫;李珠;陳強;裴志鵬
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C02F11/00;C04B111/22;C04B111/27
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 易濱

本發明提供一種堿激發煤矸石粉地質聚合物膠凝材料，由固廢料、保溫材料、堿激發劑、減水劑和水混合組成；其中，保溫材料與固廢料的質量比為0.3～0.6:1，堿激發劑與固廢料的質量比為0.06～0.08:1，減水劑與固廢料的質量比為0.007～0.01:1，水與固廢料的質量比為0.3～0.6:1；固廢料由煤矸石粉、粉煤灰、鍋爐渣組成，煤矸石粉、粉煤灰、鍋爐渣的質量比為1～5:0～7:0～5，保溫材料由玻化微珠、膨脹珍珠巖、珍珠巖粉組成，玻化微珠、膨脹珍珠巖、珍珠巖粉的質量比為5～10:0～5:0～3。本發明還提供了上述堿激發煤矸石粉地質聚合物膠凝材料的制備方法。

技術領域

本發明涉及固廢利用技術領域，尤其涉及一種堿激發煤矸石粉地質聚合物膠凝材料及其制備方法。

背景技術

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。煤矸石包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石，其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外還含有數量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素(鎵、釩、鈦、鈷)。煤矸石的大量堆放，不僅占用土地資源，而且會嚴重影響到生態環境。煤矸石溶于水會對附近的土壤和地下水造成污染，煤矸石中含有可燃物，可燃物燃燒后會排放有害氣體，造成大氣污染，進而影響居民的身體健康。因此，如何有效地處理煤矸石亟待解決。

目前國內在處理泥化嚴重的巷道底板固化淤泥時,大多數采用清理淤泥-排水-起底-回填毛石-混凝土硬化-養護的方法。這種方法施工成本高、施工效率低、施工工期長，會嚴重影響掘進工作進度，泥化對設備造成影響的問題沒有等到根本性解決，也不能滿足井巷特殊施工技術和掘進技術的要求。研究者基于此現狀進行了一系列研究，提出了一種新技術，對泥巖進行新型地質聚合物和固結材料加固。該技術的實質是直接利用現有掘進裝備進行底板破碎，然后添加地質聚合物或固體材料進行加固，現場進行拌和、碾壓、養護，使淤泥達到使用強度。因此，提供一種價格低廉、綜合性能優異的地質聚合物顯得尤為重要。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種以煤矸石為原料的堿激發煤矸石粉地質聚合物膠凝材料，還提供了該堿激發煤矸石粉地質聚合物膠凝材料的制備方法。

本發明提供一種堿激發煤矸石粉地質聚合物膠凝材料，由固廢料、保溫材料、堿激發劑、減水劑和水混合組成；其中，保溫材料與固廢料的質量比為0.3～0.6:1，堿激發劑與固廢料的質量比為0.06～0.08:1，減水劑與固廢料的質量比為0.007～0.01:1，水(或淤泥中含水)與固廢料的質量比為0.3～0.6:1；固廢料由煤矸石粉、粉煤灰、鍋爐渣組成，煤矸石粉、粉煤灰、鍋爐渣的質量比為1～5:0～7:0～5，保溫材料由玻化微珠、膨脹珍珠巖、珍珠巖粉組成，玻化微珠、膨脹珍珠巖、珍珠巖粉的質量比為5～10:0～5:0～3。

進一步地，粉煤灰為Ⅰ級低鈣粉煤灰，其CaO含量低于10％，密度≤2.6g/cm³，細度≤12.0％，燒失量≤5.0％。

進一步地，鍋爐渣的質量組分為：SiO₂ 40％～50％，Al₂O₃ 30％～35％，Fe₂O₃ 4％～20％，CaO 1％～5％。

進一步地，玻化微珠為Ⅰ級玻化微珠，堆積密度≤80kg/m³，導熱系數≤0.043W/m·K，體積吸水率≤45％，筒壓強度≥50KPa，體積漂浮率≥80％，表面玻化閉孔率≥80％。

進一步地，所述減水劑選用聚羧酸減水劑。