[發明專利]CNF增強鋼渣基地質聚合物膠凝材料、成型體及其制備和應用

在審

• 申請號: 202011281055.6
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112390578A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 朱興一;李文凱;李峰;杜豫川
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B14/38
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳天寶

本發明涉及一種CNF增強鋼渣基地質聚合物膠凝材料、成型體及其制備和應用，其中CNF增強鋼渣基地質聚合物膠凝材料包括以下重量份的各組分：鋼渣50～70份；水玻璃5～7份；NaOH 0.8～1.2份；水20～30份；還包括CNF，所述CNF的質量為鋼渣質量的0.1～0.5％。與現有技術相比，本發明所提供的CNF增強鋼渣基地質聚合物膠凝材料，其制備獲得的成型體具有更佳的綜合力學性能，能更好地實現地質聚合物材料在建筑工程材料領域的應用，也為鋼渣的資源化利用提供了新方向，具有良好的產業化前景。

技術領域

本發明涉及環保型建筑材料領域，尤其是涉及一種CNF增強鋼渣基地質聚合物膠凝材料、成型體及其制備方法和應用。

背景技術

鋼渣是煉鋼廠粗鋼冶煉過程中排放的固體廢棄物，主要成分是氧化鈣、氧化鐵、二氧化硅和氧化鋁。由于鋼鐵產業的迅速發展和鋼渣的利用率較低，我國擁有大量的堆積鋼渣，這不僅占用寶貴的土地，而且污染環境。地質聚合物材料是指以粉煤灰、高嶺土、冶金礦渣、工業廢渣等含硅鋁氧化合物的礦物和固體廢棄物為原料，經堿液激發，發生地質聚合反應，形成的新型綠色膠凝材料。

與硅酸鹽水泥材料相比，地質聚合物不僅原料來源廣泛、生產能耗低、能實現固廢利用，而且強度高、耐酸堿腐蝕、耐火耐高溫。鋼渣富含硅鋁礦物，且經高溫煅燒過程，具有一定活性，如果能將鋼渣作為一種地質聚合物原料進行固廢利用，并代替部分水泥應用到建筑工程領域，必將給“資源節約型”和“環境友好型”社會做出巨大的貢獻。但是鋼渣成分復雜、活性較低，經堿激發制備的地質聚合物可能存在強度較低，脆性較大，韌性不足的缺點。

因此如何通過增韌補強提高其力學性能，并突出環保優勢，是鋼渣基地質聚合物材料推廣應用的重要問題。

CN1286766C公開了一種無水泥熟料的堿膠凝材料，由鋼渣-偏高嶺土復合膠凝材料，由鋼渣、偏高嶺土、水玻璃溶液、硫酸鈉、氟化鈉混合而成。該技術方案的缺陷為：偏高嶺土作為高嶺石礦產的煅燒產品，相比水泥，其環保優勢并不明顯，其中的膠凝材料的配比規律是，抗壓強度隨著偏高嶺土占比的提升而逐漸提高，因此在膠凝材料強度較高時，偏高嶺土占比很高，鋼渣占比較少；且該技術方案需要用到大量的水玻璃溶液、硫酸鈉和氟化鈉作為堿性激發劑，這些堿激發劑的生產也需要耗費能源和排放污染物，因此本發明中的膠凝材料的環保優勢并不突出，對當前需要解決的技術問題沒有借鑒意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種CNF增強鋼渣基地質聚合物膠凝材料及其制備方法和應用，以此獲得的成型體具有更佳的綜合力學性能，能更好地實現地質聚合物材料在建筑工程材料領域的應用，也為鋼渣的資源化利用提供了新方向。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明中CNF增強鋼渣基地質聚合物膠凝材料，包括以下重量份的各組分：

還包括CNF，所述CNF的質量為鋼渣質量的0.1～0.5％。

進一步地，所述CNF的長度為1～15μm，所述CNF的橫截面的直徑為50～200nm。

進一步地，所述鋼渣的平均粒徑15～25μm。

進一步地，所述鋼渣中CaO的含量為30～40wt％、Fe₂O₃的含量為22～28wt％、SiO₂的含量為13～17wt％、MgO的含量為5～9wt％、Al₂O₃的含量為4～6wt％。