CN109608104A - 一种地质聚合物复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种地质聚合物复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种地质聚合物复合材料，其由A组分和B组分制备得到；所述A组分中包括废旧滤袋短切纤维和粉煤灰，所述B组分中包括碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸盐溶液；所述废旧滤袋短切纤维由废旧滤袋经过处理得到。本申请还提供了地质聚合物复合材料的制备方法。本申请以废旧滤袋与粉煤灰作为原料，使得粉煤灰和废旧滤袋两种工业固体废弃物得到了回收再利用，同时由于两者的配合，使得到的地质聚合物复合材料具有较好的强度。

Description

一种地质聚合物复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种地质聚合物复合材料及其制备方法。
背景技术
地质聚合物(Geopolymer)指由地球化学作用或人工模仿地质合成作用而制备的铝硅酸盐矿物聚合物，其是由硅氧四面体和铝氧四面体聚合的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。地质聚合物具有高强、较强耐腐蚀性和较好的耐久性、快硬早强、耐高温等特点，目前已实现应用的工程有布里斯班机场跑道和昆士兰大学中的全球变化研究所。
燃煤电站在发电的过程中将产生一些固体废弃物，包括煤燃烧产生的工业废弃物粉煤灰以及电袋除尘器或布袋除尘器2～4年左右替换下来的废弃破损滤袋。对于废弃滤袋的处理，电厂通用做法由第三方公司拉走处理，常规处理方法是采用深埋、焚烧等方法处理，这些处理方法势必造成土壤、水或空气的污染，并给燃煤电厂增加处理费用。
粉煤灰是一种严重的环境污染物，颗粒微小，在大风天气易造成扬尘，严重污染大气环境。粉煤灰露天堆存占用土地资源，加上灰场防渗处理不好，粉煤灰中有害的重金属离子、放射性物质及可溶解的SO4 2-、Cl-等离子将渗入地下，对地表水、地下水及土壤造成污染，粉煤灰对资源与环境的负面作用亟待解决。同时，粉煤灰富含硅铝成分(60～85wt％)，是制备地质聚合物很好的原材料。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种地质聚合物复合材料，本申请提供的地质聚合物复合材料可实现废旧滤袋与粉煤灰的再利用，且得到的地质聚合物复合材料具有良好的强度。
有鉴于此，本申请提供了一种地质聚合物复合材料，由A组分和B组分制备得到；所述A组分中包括废旧滤袋短切纤维和粉煤灰，所述B组分中包括碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸盐溶液；所述废旧滤袋短切纤维由废旧滤袋经过预处理得到。
优选的，所述A组分中还包括骨料，所述B组分中还包括减水剂。
优选的，所述A组分和所述B组分的质量比为(1～13)：1。
优选的，以所述地质聚合物复合材料为基，所述废旧滤袋短切纤维的含量为0.05％～2％，所述粉煤灰的含量为15.0％～75％，所述骨料的含量为0～75％，所述碱金属氢氧化物溶液的含量为2％～15％，所述碱金属硅酸钠溶液的含量为5％～36％，所述减水剂的含量为0.5～2％；所述碱金属氢氧化物溶液与所述碱金属硅酸钠溶液的溶剂均为水，浓度为8M～19M。
优选的，所述减水剂选自萘磺酸盐类减水剂。
本申请还提供了一种地质聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将废旧滤袋进行预处理，得到废旧滤袋短切纤维；
将所述废旧滤袋短切纤维与粉煤灰混合，得到A组分；
将碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸盐溶液混合，得到B组分；
将所述A组分和所述B组分依次进行混合、成型、养护，得到地质聚合物复合材料。
优选的，所述预处理具体为：
将废旧滤袋进行裁剪，得到50mm宽的滤布条；
将所述滤布条清除浮灰，使得清除浮灰后的滤布条的表面含尘量为3wt％；
将清除浮灰后的滤布条进行开松，得到废旧滤袋短切纤维。
优选的，所述废旧滤袋短切纤维的纤维长度为3～50mm。
优选的，所述A组分中还包括骨料，所述A组分的制备具体为：
将所述废旧滤袋短切纤维分散于所述粉煤灰中，再与骨料混合，得到A组分。
优选的，所述骨料为7mm～20mm的碎石和砂子中的一种或多种。
本申请提供了一种地质聚合物复合材料，其由A组分和B组分制备得到，其中所述A组分中包括废旧滤袋短切纤维和粉煤灰，所述B组分中包括碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸盐溶液；所述废旧滤袋短切纤维由废旧滤袋经过处理得到。本申请提供的地质聚合物复合材料利用废旧滤袋短切纤维和粉煤灰作为主要原料，其中细小颗粒粉煤灰可渗入废旧滤袋短切纤维的内部，在B组分碱性激发剂的作用下上述两者发生反应生成地质聚合物复合材料，且废旧滤袋短切纤维和地质聚合物复合材料表面的粘结力强，可发挥废旧滤袋短切纤维的剩余强度，改善地质聚合物复合材料的脆性，以提高地质聚合物复合材料的强度。
附图说明
图1为本发明地质聚合物复合材料的制备流程示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
针对现有技术中废旧滤袋与粉煤灰两种工业固体废弃物处理的问题，本发明提供了一种地质聚合物复合材料，该地质聚合物复合材料以废旧滤袋和粉煤灰为原料且加入了碱性激发剂，由此使得到的地质聚合物复合材料具有较好的强度。具体的，本发明首先提供了一种地质聚合物复合材料，其由A组分和B组分制备得到；所述A组分中包括废旧滤袋短切纤维和粉煤灰，所述B组分中包括碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸盐溶液；所述废旧滤袋短切纤维由废旧滤袋经过处理得到。
在本申请提供的地质聚合物复合材料中，所述A组分是固体混合物，其具体包括废旧滤袋短切纤维和粉煤灰，还进一步包括骨料，所述骨料具体选自7～20mm的碎石和砂子中的一种或多种；所述骨料根据具体情况选择性添加。本申请以废旧滤袋短切纤维作为地质聚合物复合材料的主要原料，其可使纤维在复合材料中呈舒展状态，以提高地质聚合物复合材料的综合性能。在本申请中，以所述地质聚合物复合材料为基，所述废旧滤袋短切纤维的含量为0.05％～2％，所述粉煤灰的含量为15.0％～75％，所述骨料的含量为0～75％。
上述原料废旧滤袋短切纤维是由废旧滤袋经过预处理制备得到，上所述废旧滤袋是电厂替换下来的废弃滤袋；所述粉煤灰为电厂干排的粉煤灰及磨细的干渣。
本申请的B组分实际是激发剂溶液，其可以激发废旧滤袋短切纤维与粉煤灰反应由此得到地质聚合物复合材料。所述激发剂溶剂具体包括碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸盐溶液，根据实际需要B组分中还包括减水剂，所述减水剂为本领域技术人员熟知的减水剂，对此本申请不进行特别的限制，示例的，所述减水剂具体为萘磺酸盐类减水剂。以地质聚合物复合材料为基，所述碱金属氢氧化物溶液的含量为2％～15％，所述碱金属硅酸钠溶液的含量为5％～36％，所述减水剂的含量为0.5～2％；所述碱金属氢氧化物溶液与所述碱金属硅酸钠溶液的溶剂均为水，浓度为8M～19M。
在本申请所述地质聚合物复合材料中，所述A组分和所述B组分的质量比为(1～13)：1。
如图1所示，图1为本申请制备地质聚合物复合材料的流程示意图，具体的，所述地质聚合物复合材料的制备方法包括以下步骤：
将废旧滤袋进行预处理，得到废旧滤袋短切纤维；
将所述废旧滤袋短切纤维与粉煤灰混合，得到A组分；
将碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸钠溶液混合，得到B组分；
将所述A组分和所述B组分依次进行混合灌模，成型固化，得到地质聚合物复合材料。
在上述制备地质聚合物复合材料的过程中，本申请首先将所述废旧滤袋进行预处理，以得到废旧滤袋短切纤维；本申请提供了废旧滤袋预处理的过程，具体为：
将废旧滤袋进行裁剪，得到50mm宽的滤布条；
将所述滤布条清除浮灰，使得清除浮灰后的滤布条的表面含尘量为3wt％；
将清除浮灰后的滤布条进行开松，得到废旧滤袋短切纤维。
在上述对废旧滤袋进行预处理的过程中，所述清除浮灰时，不需要对废旧滤袋表面的各类化学清洗而去除粉煤灰，只需要通过除尘设备去除裁剪后的滤袋中的滤袋纤维外面松散的浮灰即可。上述过程更具体为：
将废旧滤袋进行裁剪：去除回收的废弃滤袋上的金属环，后沿着废弃滤袋轴向方向在缝线处切开铺平，送入切断机裁剪成50mm宽的滤布条；
将得到的滤布条进行清除浮灰：分切后的滤布条放入除尘设备清除浮灰，粉尘进入收集袋，滤布条经除尘设备处理后含尘量为3％，此时滤布条中的滤袋纤维压紧并且相互缠绕；
将除尘后的滤布条采用刺辊开松：将除尘后的滤布条放入开松机，在开松机中将滤布条开松成絮状纤维，将开松后含尘的絮状纤维碎化成纤维长度在3mm-50mm间的废旧滤袋短切纤维。
经过上述处理后，废旧滤袋短切纤维的表面覆盖有少量的粉煤灰，以有助于增加短切纤维和粉煤灰基的相容性，使得短切纤维的分散性较好。
按照本发明，在得到废旧滤袋短切纤维之后，则将其与粉煤灰混合，即得到A组分，所述A组分中还包括骨料，在该种情况下，所述A组分具体是按照下述方式制备：
将所述废旧滤袋短切纤维分散于所述粉煤灰中，再与骨料混合，得到A组分。
同时将碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸钠溶液混合，即得到B组分；在B组分中包括减水剂的情况下，将碱金属氢氧化物溶液、碱金属硅酸钠溶液与减水剂混合即得到B组分。
本申请最后将A组分和B组分依次进行混合、成型、养护，即得到地质聚合物复合材料；所述成型的方式采用浇注成型或压制成型，成型后放置蒸养箱中，利用燃煤电站低品位蒸汽进行蒸汽养护，即得到地质聚合物复合材料。
本申请提供了一种地质聚合物复合材料及其制备方法，其以废旧滤袋和粉煤灰两种工业固废作为原料，为目前燃煤电站粉煤灰、废弃滤袋的回收利用增加了新的处理方法，同时细小颗粒粉煤灰渗入至废旧滤袋短切纤维内部在B组分(碱性激发剂)的作用下发生反应，生成地质聚合物复合材料，使得废旧滤袋短切纤维与地质聚合物复合材料表面的粘结力强，发挥了废旧滤袋短切纤维的剩余强度，改善了地质聚合物复合材料脆性大的缺点。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的地质聚合物复合材料进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例
废旧的滤袋纤维处理
①进行裁剪：去除回收的废弃滤袋上的金属环，后沿着废弃滤袋轴向方向在缝线处切开铺平，送入切断机裁剪成50mm宽的滤布条；
②清除浮灰：分切后的滤布条放入除尘设备清除浮灰，粉尘进入收集袋，滤布条经除尘设备处理后含尘量为3％，此时滤布条中的滤袋纤维压紧并且相互缠绕；
③用刺辊开松：将除尘后的滤布条放入开松机，在开松机中将滤布条开松成絮状纤维，将开松后含尘的絮状纤维碎化成纤维长度在3mm-50mm间的短纤维备用；
将废旧滤袋短切纤维与粉煤灰搅拌4min，然后与骨料一起干拌4min，得到固体混合物；
液体激发剂提前一天配置并将液体激发剂和固体混合物混合后搅拌8min，浇筑入模、振动成型，在60℃下固化24h后拿出在室温下养护至7D，测试抗压和抗折强度。表1为不同配比原料得到的地质聚合物复合材料的相关数据表。
表1不同配比原料下的地质聚合物复合材料的相关数据表
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种地质聚合物复合材料，由A组分和B组分制备得到；所述A组分中包括废旧滤袋短切纤维和粉煤灰，所述B组分中包括碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸盐溶液；所述废旧滤袋短切纤维由废旧滤袋经过预处理得到。
2.根据权利要求1所述的地质聚合物复合材料，其特征在于，所述A组分中还包括骨料，所述B组分中还包括减水剂。
3.根据权利要求1或2所述的地质聚合物复合材料，其特征在于，所述A组分和所述B组分的质量比为(1～13)：1。
4.根据权利要求2所述的地质聚合物复合材料，其特征在于，以所述地质聚合物复合材料为基，所述废旧滤袋短切纤维的含量为0.05％～2％，所述粉煤灰的含量为15.0％～75％，所述骨料的含量为0～75％，所述碱金属氢氧化物溶液的含量为2％～15％，所述碱金属硅酸钠溶液的含量为5％～36％，所述减水剂的含量为0.5～2％；所述碱金属氢氧化物溶液与所述碱金属硅酸钠溶液的溶剂均为水，浓度为8M～19M。
5.根据权利要求2所述的地质聚合物复合材料，其特征在于，所述减水剂选自萘磺酸盐类减水剂。
6.一种地质聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将废旧滤袋进行预处理，得到废旧滤袋短切纤维；
将所述废旧滤袋短切纤维与粉煤灰混合，得到A组分；
将碱金属氢氧化物溶液和碱金属硅酸盐溶液混合，得到B组分；
将所述A组分和所述B组分依次进行混合、成型、养护，得到地质聚合物复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述预处理具体为：
将废旧滤袋进行裁剪，得到50mm宽的滤布条；
将所述滤布条清除浮灰，使得清除浮灰后的滤布条的表面含尘量为3wt％；
将清除浮灰后的滤布条进行开松，得到废旧滤袋短切纤维。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述废旧滤袋短切纤维的纤维长度为3～50mm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述A组分中还包括骨料，所述A组分的制备具体为：
将所述废旧滤袋短切纤维分散于所述粉煤灰中，再与骨料混合，得到A组分。
10.根据权利要9所述的制备方法，其特征在于，所述骨料为7mm～20mm的碎石和砂子中的一种或多种。
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