CN114671633A - 一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法 - Google Patents

一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于固废应用在建筑材料技术领域，具体涉及一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法，该胶凝材料由多种固废粉末组成混合粉末，混合粉末由碱渣、钢渣、赤泥、废石膏、生物质灰和矿渣组成，本发明全固废无熟料胶凝材料，不需化学试剂和高温煅烧，提高了固体废弃物的利用途径，且成本极低，在材料中加入导电材质使其产品具有特殊用途，具有高附加值、环境友好和可持续。

Description

一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于固废应用在建筑材料技术领域，具体涉及一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法。
背景技术
工业固废的大量填埋或堆存对空气、土地和水造成严重污染。目前，我国工业固废累计堆存约620亿吨、年新增堆存量超35亿吨。我国大宗工业固废以尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、燃煤炉渣和脱硫石膏为主，占工业固废总量高达78％。而近年来，以稻壳灰为代表的生物质焚烧灰排放量逐年增加。工业固废倾倒丢弃或以不同非环保形式贮存，不仅占用土地、污染环境，而且严重危害人类健康以及动植物生长与生存。水泥行业排放的CO2约占全球总排放量的5％至7％，在“双碳”目标引领下，开展多路径的固废资源综合利用成为必然趋势。
导电混凝土可在军事、建筑工业和道路除冰方面有重要应用。结合电力供应和特殊配置的电极，导电混凝土可用于道路、人行道、桥梁和跑道的除冰。当作为覆盖层浇筑时，具有极低电阻率的导电混凝土可以作为现有阴极保护***中的二次阳极。此外，导电混凝土可以衰减电磁和无线电波，可以用来保护计算机设备免受窃听，并保护电气装置和电子设备免受干扰。
例如，中国发明专利CN104310941A公开了一种碱渣基注浆填充材料，以碱渣、粉煤灰为主要原料并添加适量活性剂制得碱渣基注浆填充材料，解决工业碱渣堆积问题并制备得碱渣建筑材料。又例如，中国发明专利CN110981232B公开了一种钢渣掺杂胶黏剂及其制备方法，以钢渣、粉煤灰、石膏、水泥熟料、碳酸钠等为主要原料，解决大掺量钢渣胶凝材料强度低、安定性差、活性低等问题。又例如，中国发明专利CN112723764A公开了一种赤泥基胶凝材料、赤泥基轻骨料、赤泥基轻骨料混凝土及其制备方法，将赤泥或赤泥基废渣、铝渣、脱硫石膏以及石灰石尾矿烘干、研磨、煅烧后获得赤泥基胶凝材料熟料，再与脱硫石膏混合粉磨，制备赤泥基胶凝材料，提高了耐久性和降低吸水率。
上述专利技术均采用粉煤灰已资源化用于混凝土等建筑材料，因此优质粉煤灰可利用量少。本发明应用的是高碳粉煤灰或生物质灰利用率低，急需资源化利用。在中国发明专利CN104310941A、CN112723764A均采用活性剂是商品化学试剂，中国发明专利CN110981232B采用高温煅烧的活化方法，增加了生产成本，而本发明采用的激发剂为固废材料，成本极低。中国发明专利CN112723764A中掺入碳纤维和石墨使混凝土获得导电特性，使材料成本大幅提高，而本发明通过掺入高碳粉煤灰或生物质灰和铜渣来获取导电性，成本极低，且为全固废材料具有高附加值、环境友好可持续。
发明内容
针对上述问题的不足，本发明提供一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法，该发明所用原料全部为固废材料，仅需对原材料进行烘干、粉磨和筛分处理即可，不需化学试剂和高温煅烧，提高了固体废弃物的利用途径，且成本极低；在材料中加入导电材质使其产品具有特殊用途，具有高附加值、环境友好和可持续。
为实现上述技术方案，本发明通过以下技术方案实现的：
一种全固废无熟料胶凝材料，包括：该胶凝材料为多种固废粉末混合而成，混合粉末为碱渣、钢渣、赤泥、废石膏、生物质灰和矿渣；各成分比例为5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰和15％～65％矿渣。
本发明技术方案的进一步改进在于：废石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的任一种；生物质灰为稻壳灰、草木灰、秸秆灰、木灰、甘蔗渣灰中的任一种。
一种全固废无熟料胶凝材料制备方法，包括如下步骤：
步骤1.按照5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰和15％～65％矿渣的重量份数，分别脱水、烘干处理后，研磨并过目筛待用；
步骤2.将碱渣粉、钢渣粉、赤泥粉、废石膏粉、生物质灰粉和矿渣粉在搅拌机中充分混合3分钟，使各粉混合均匀，混合粉末即为全固废无熟料胶凝材料。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1中，碱渣、钢渣、矿渣分别在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，再分别研磨并通过325目筛过筛，分别获得碱渣粉、钢渣粉和矿渣粉；赤泥在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，通过325目筛过筛，获得赤泥粉；废石膏在50±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，通过325目筛过筛，获得废石膏粉；生物质灰在25±5℃温度中干燥0.5～1小时后，自然冷却至常温待用。
一种导电砂浆，该导电砂浆主要有全固废无熟料胶凝材料、铜渣和水组成；其全固废无熟料胶凝材料分别为碱渣粉、钢渣粉、赤泥、废石膏粉、生物质灰和矿渣粉，各粉末比例为5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰和15％～65％矿渣；其中，废石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的任一种；生物质灰为稻壳灰、草木灰、秸秆灰、木灰、甘蔗渣灰中的任一种；铜渣量为全固废无熟料胶凝材料总质量的200％～300％，水量为全固废无熟料胶凝材料总质量的40％～50％。
本发明技术方案的进一步改进在于：全固废无熟料胶凝材料成分可替换为碱渣粉、钢渣粉、赤泥、废石膏粉、高碳粉煤灰和矿渣粉，各粉末比例为5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、15％～65％矿渣、10％～30％高碳粉煤灰。
一种导电砂浆制备方法，包括如下步骤：
步骤1.按照5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、15％～65％矿渣、10％～30％高碳粉煤灰的重量份数，分别烘干脱水处理，研磨并过目筛待用；
步骤2.将碱渣粉、钢渣粉、赤泥、废石膏粉末、矿渣粉和高碳粉煤灰在搅拌机中充分混合3分钟，使各粉混合均匀，混合粉即为全固废无熟料胶凝材料；
步骤3.向全固废无熟料胶凝材料净浆中加入铜渣粉，同时加入水量为全固废无熟料胶凝材料总质量的50％，继续搅拌3分钟，获得全固废无熟料胶凝材料的导电砂浆，即导电砂浆。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1中，碱渣、钢渣、矿渣分别在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，再分别研磨并通过325目筛过筛，分别获得碱渣粉、钢渣粉和矿渣粉；赤泥在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，通过325目筛过筛，获得赤泥；废石膏在50±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，通过325目筛过筛，获得废石膏粉；高碳粉煤灰经325目筛过筛后待用。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3中，铜渣在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，研磨并通过200目筛过筛，获得铜渣粉。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1中，按照5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰、15％～65％矿渣的重量份数，分别烘干脱水处理，研磨并过目筛待用。
与现有技术相比，本发明提供的一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法有益效果如下：
1、本发明提供的一种全固废无熟料胶凝材料，该全固废无熟料胶凝材料净浆，随养护时间增加，生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石产物，进而产生强度，全固废无熟料胶凝材料还可以与细骨料拌合而成全固废无熟料胶凝材料砂浆，与细骨料、粗骨料拌合而成全固废无熟料胶凝材料混凝土。
2、本发明提供的一种全固废无熟料胶凝材料，该全固废无熟料胶凝材料中，碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂，以废石膏为硫酸盐激发剂，矿渣和生物质灰作为活性材料；矿渣和生物质灰在碱-硫酸盐双重激发作用下生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，使浆体具有粘结性，替代水泥使用；同时本发明所用原料全部为固废材料，仅需对原材料进行烘干、粉磨和筛分处理即可，不需化学试剂和高温煅烧，是一种环境友好的可持续胶凝材料。
3、本发明提供的一种导电砂浆，该导电砂浆中的胶凝材料碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂，以废石膏为硫酸盐激发剂，矿渣和高碳粉煤灰作为活性材料；矿渣和高碳粉煤灰在碱-硫酸盐双重激发作用下生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，使浆体具有粘结性，替代水泥使用，同时导电砂浆中高碳粉煤和铜渣作为导电介质，使硬化砂浆具有导电性能。
4、本发明提供的一种导电砂浆，该导电砂浆所用原料全部为固废材料，仅需对原材料进行烘干、粉磨和筛分处理即可，不需化学试剂和高温煅烧，且提高了固体废弃物的利用途径，产品的导电性使其具有特殊用途，是一种具有高附加值、环境友好的可持续材料。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种全固废无熟料胶凝材料，该胶凝材料由多种固废粉末组成混合粉末，混合粉末由碱渣、钢渣、赤泥、废石膏、生物质灰及矿渣组成，粉末组成比例为5％～15％的碱渣、5％～15％的钢渣、5％～15％的赤泥，5％～25％的废石膏，15％～65％的矿渣，10％～30％的生物质灰组成。其中，废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏、氟石膏，生物质灰可以是稻壳灰、木灰或甘蔗渣灰。
一种全固废无熟料胶凝材料制备方法，包括如下步骤：
S1.分别将碱渣、钢渣、废石膏、生物质灰及矿渣，分别制成碱渣粉末、钢渣粉、废石膏粉、矿渣粉；赤泥需经过烘干脱水处理，干燥的赤泥经筛分后可直接使用；生物质灰干燥后可直接使用；废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏、氟石膏，生物质灰可以是稻壳灰、木灰或甘蔗渣灰；
制备碱渣粉的具体步骤：
(d1)将碱渣在100±5℃的条件下干燥2小时后静置冷却至常温；
(d2)将干燥碱渣研磨并通过325目筛过筛，获得碱渣粉末；
制备钢渣粉的具体步骤：
(d1)将钢渣在100±5℃的条件下干燥2小时后静置冷却至常温；
(d2)将干燥钢渣研磨并通过325目筛过筛，获得钢渣粉末；
制备废石膏粉的具体步骤：
(d1)将废石膏在50±5℃的条件下干燥2小时后静置冷却至常温；
(d2)将干燥废石膏研磨并通过325目筛过筛，获得废石膏粉末；
制备矿渣粉的具体步骤：
(d1)将矿渣在100±5℃的条件下干燥2小时后静置冷却至常温；
(d2)将干燥矿渣研磨并通过325目筛过筛，获得矿渣粉末；
烘干赤泥的具体步骤：
(d1)将赤泥在100±5℃的条件下干燥后2小时静置冷却至常温；
(d2)干燥赤泥不需研磨，通过325目筛过筛即可，获得赤泥粉末；
生物质灰的具体步骤：
(d1)生物质灰在25±5℃温度中干燥0.5～1小时后，自然冷却至常温；
(d2)即可使用；
S2.将上述S1中制得的10％的碱渣粉末、15％的钢渣粉末、5％的赤泥，10％的废石膏粉末、45％的矿渣粉末、15％的生物质灰，在搅拌机中充分混合3分钟，使粉末混合均匀；混合粉末即为全固废无熟料胶凝材料。
依据本实施例制得的全固废无熟料胶凝材料，是利用碱性固废作为碱性激发剂，硫酸盐固废作为硫酸盐激发剂，碱-硫酸盐耦合激发具有火山灰活性的固废，制备一种无需高温煅烧、无需化学激发试剂的全部采用固废材料制备的全固废无熟料胶凝材料。碱渣是制碱工业废料，钢渣是炼钢过程中的一种副产品，赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废物，碱渣、钢渣和赤泥均具有碱性，因此采用碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂。脱硫石膏是烟气排放过程中吸收SO2后产生的废弃物，磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，氟石膏是硫酸与氟石制取氟化氢的副产品，脱硫石膏、磷石膏、氟石膏均含有大量硫酸钙，可作为硫酸盐激发剂。稻壳灰是用于发电或蒸汽和室外燃烧稻壳产生的灰渣，木灰是焚烧木材及其制品(木屑、锯屑、树皮)用于发电或其他用途而产生的残渣，甘蔗渣灰是制糖过程中从甘蔗中提取果汁后得到的残渣燃烧后的产物。稻壳灰、木灰、甘蔗渣灰含有大量SiO2、Al2O3和Fe2O3，具有火山灰活性。本发明采用碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂，以废石膏为硫酸盐激发剂，废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏或氟石膏，共同激发矿渣和生物质灰，生物质灰可以是稻壳灰、木灰或甘蔗渣灰。本发明所用原料全部为固废材料，仅需对原材料进行烘干、粉磨和筛分处理即可，不需化学试剂和高温煅烧，是一种对环境友好和可持续的胶凝材料。
本发明的全固废无熟料胶凝材料的力学性能实验如下；
该实验方法：国家标准《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ 70，将全固废无熟料胶凝材料(粉末)中掺入0.5倍粉末质量的水和3倍粉末质量的标准砂混合制备砂浆，将拌制完成的砂浆装入70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底试模中，经振动成型后，放入20±5℃的环境下静置24±2h,拆模后立即放入温度为20±2℃，相对湿度为90％以上的标准养护箱中，待试件养护至28天龄期后，利用水泥压力机测试试件的抗压强度可达25MPa。
Figure BDA0003627892050000081
图表1
上述图表1为：制得的一种钢渣激发稻壳灰胶砂的配比和力学性能。
Figure BDA0003627892050000082
图表2
上述图表2为：制得的一种钢渣激发木灰胶砂的配比和力学性能。
图表1、2中的质量均是以固废粉末组成的混合粉末质量之和为基数。通过上述图表1、2结果表明，矿渣和生物质灰在碱-硫酸盐双重激发作用下生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，进而产生强度、全固废无熟料胶凝材料可替代低标号水泥使用，可用于基坑回填、沟槽回填、采空区回填以及临时建筑工程等。
实施例2
一种导电砂浆，该导电砂浆由全固废无熟料胶凝材料、铜渣和水组成；全固废无熟料胶凝材料由碱渣粉末、钢渣粉末、赤泥、废石膏粉末、高碳粉煤灰和矿渣粉末组成，粉末组成比例为5％～15％的碱渣、5％～15％的钢渣、5％～15％的赤泥、5％～25％的废石膏、15％～65％的矿渣、10％～30％的高碳粉煤灰；其中，废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏、氟石膏；导电砂浆中拌合水用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的50％，铜渣用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的300％。
一种导电砂浆制备方法，包括如下步骤：
S1，分别取碱渣、钢渣、废石膏、高碳粉煤灰、赤泥、矿渣和铜渣，分别制成碱渣粉末、钢渣粉末、废石膏粉末、矿渣粉末、铜渣粉末；赤泥需经过烘干脱水处理，干燥的赤泥、高碳粉煤灰经筛分后可直接使用；废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏、氟石膏。
制备碱渣粉末的具体步骤：
(d1)将碱渣在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥碱渣研磨并通过325目筛过筛，获得碱渣粉末。
制备钢渣粉的具体步骤：
(d1)将钢渣在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥钢渣研磨并通过325目筛过筛，获得钢渣粉末。
制备废石膏粉的具体步骤：
(d1)将废石膏在50±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥废石膏研磨并通过325目筛过筛，获得废石膏粉末。
烘干赤泥的具体步骤：
(d1)将赤泥在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)干燥赤泥不需研磨，通过325目筛过筛即可，获得赤泥粉末。
制备矿渣粉的具体步骤：
(d1)将矿渣在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥矿渣研磨并通过325目筛过筛，获得矿渣粉末。
制备铜渣粉末的具体步骤：
(d1)将铜渣在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥铜渣研磨并通过200目筛过筛，获得矿渣粉末。
制备高碳粉煤灰的具体步骤：
(d1)将高碳粉煤灰在常温下，通过200目筛过筛，即可使用。
S2.将上述S1中制得的10％的碱渣粉末、15％的钢渣粉末、5％的赤泥、10％的废石膏粉末、45％的矿渣粉末、15％的高碳粉煤灰，使粉末混合均匀；混合粉末即为全固废无熟料胶凝材料；
S3.向S2中混合粉末中加入拌合水用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的50％，并继续搅拌3分钟，获得全固废无熟料胶凝材料的净浆；
S4.向S3中的全固废无熟料胶凝材料的净浆中加入铜渣粉末，铜渣粉末用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的300％，同时加入拌合水用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的50％，继续搅拌3分钟，获得全固废无熟料胶凝材料的导电砂浆，即导电砂浆。上述S2、S3、S4中均在常温下操作即可。
依据本实施例制得的导电砂浆中，是利用碱性固废作为碱性激发剂，硫酸盐固废作为硫酸盐激发剂，碱-硫酸盐耦合激发具有火山灰活性的固废，制备一种无需高温煅烧、无需化学激发试剂的全部采用固废材料制备的全固废无熟料胶凝材料，并利用铜渣作为骨料，制备一种全固废材料的导电砂浆，用作沟槽回填和路基材料可去除路面结冰。碱渣是制碱工业废料，钢渣是炼钢过程中的一种副产品，赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废物，碱渣、钢渣和赤泥均具有碱性，因此采用碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂。脱硫石膏是烟气排放过程中吸收SO2后产生的废弃物，磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，氟石膏是硫酸与氟石制取氟化氢的副产品，脱硫石膏、磷石膏、氟石膏均含有大量硫酸钙，可作为硫酸盐激发剂。高碳粉煤灰是指未燃碳颗粒含量高的粉煤灰，其回收利用率低。矿渣是炼铁过程中，熔融物经急速冷却获得的废弃物。高碳粉煤灰和矿渣中含有大量SiO2、Al2O3和Fe2O3，具有火山灰活性。铜渣是铜冶炼过程中矿石产生的粒状工业废料，虽然铜渣可以在磨具、道路建设和压载等方面进行有益的再利用，但仍有相当数量的铜渣被处理在垃圾填埋场中，铜渣可作为细骨料替代天然砂。本发明采用碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂，以废石膏为硫酸盐激发剂，废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏或氟石膏，共同激发矿渣和高碳粉煤灰，矿渣和高碳粉煤灰在碱、硫酸盐双重激发作用生成水化硅酸钙和钙矾石，成为全固废无熟料胶凝材料，在掺入具有导电性能的铜渣，制备成全部使用固废的无熟料导电砂浆。本发明所用原料全部为固废材料，仅需对原材料进行烘干、粉磨和筛分处理即可，不需化学试剂和高温煅烧，且提高了固体废弃物的利用途径，产品的导电性使其具有特殊用途，是一种具有高附加值、环境友好的可持续材料。
本发明全固废无熟料胶凝材料的导电砂浆力学性能实验；
该实验方法：国家标准《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ 70，将全固废无熟料胶凝材料(粉末)中掺入0.5倍粉末质量的水和3倍粉末质量的铜渣混合制备砂浆，将拌制完成的砂浆装入70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底试模中，经振动成型后，放入20±5℃的环境下静置24±2h,拆模后立即放入温度为20±2℃，相对湿度为90％以上的标准养护箱中，待试件养护至28天龄期后，利用水泥压力机测试试件的抗压强度可达25MPa。
Figure BDA0003627892050000111
图表3
上述图表3为：制得的一种全固废无熟料胶凝材料的导电砂浆配比的电阻和力学性能。
上述图表3中的质量均是以胶凝材料总质量(碱渣、钢渣、赤泥、石膏、矿渣、高碳粉煤灰质量和)为基数。
本实施例，通过上述图表结果表明，矿渣和高碳粉煤灰在碱-硫酸盐双重激发作用下生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，进而产生强度，全固废无熟料胶凝材料可替代低标号水泥使用。胶凝材料与水、铜渣粉末混合后，获得导电砂浆，用作沟槽回填和路基材料可去除路面结冰，同时高碳粉煤灰和钢渣结合，使导电砂浆导电性能更好。
实施例3
一种导电砂浆，该导电砂浆由全固废无熟料胶凝材料、铜渣和水组成；全固废无熟料胶凝材料分别为碱渣、钢渣、赤泥、废石膏、生物质灰和矿渣，并分别干燥、研磨、过目筛制得粉末，各粉末比例为5％～15％的碱渣、5％～15％的钢渣、5％～15％的赤泥、5％～25％的废石膏、10％～30％的生物质灰和15％～65％的矿渣；其中，废石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的任一种，生物质灰为稻壳灰、草木灰、秸秆灰、木灰、甘蔗渣灰中的任一种；导电砂浆中拌合水用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的40％，铜渣用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的200％。
一种导电砂浆制备方法，包括如下步骤：
S1，分别取碱渣、钢渣、废石膏、赤泥、生物质灰、矿渣和铜渣，分别制成碱渣粉末、钢渣粉末、废石膏粉末、矿渣粉末、铜渣粉末；赤泥需经过烘干脱水处理，干燥的赤泥、生物质灰轻微烘干可直接使用；废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏、氟石膏。
制备碱渣粉末的具体步骤：
(d1)将碱渣在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥碱渣研磨并通过325目筛过筛，获得碱渣粉末。
制备钢渣粉的具体步骤：
(d1)将钢渣在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥钢渣研磨并通过325目筛过筛，获得钢渣粉末。
制备废石膏粉的具体步骤：
(d1)将废石膏在50±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥废石膏研磨并通过325目筛过筛，获得废石膏粉末。
烘干赤泥的具体步骤：
(d1)将赤泥在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温
(d2)将干燥赤泥不需研磨，通过325目筛过筛即可，获得赤泥粉末。
制备矿渣粉的具体步骤：
(d1)将矿渣在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥矿渣研磨并通过325目筛过筛，获得矿渣粉末。
制备铜渣渣粉末的具体步骤：
(d1)将铜渣在100±5℃的条件下干燥后静置冷却至常温；
(d2)将干燥铜渣研磨并通过200目筛过筛，获得矿渣粉末。
生物质灰的具体步骤：
(d1)生物质灰在25±5℃温度中干燥0.5～1小时后，自然冷却至常温；
(d2)即可使用；
S2.将上述S1中制得的10％的碱渣粉末、15％的钢渣粉末、5％的赤泥、10％的废石膏粉末、45％的矿渣粉末、15％的生物质灰，使粉末混合均匀；混合粉末即为全固废无熟料胶凝材料；
S3.向S2中混合粉末中加入拌合水用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的50％，并继续搅拌3分钟，获得全固废无熟料胶凝材料的净浆；
S4.向S3中的全固废无熟料胶凝材料的净浆中加入铜渣粉末，铜渣粉末用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的200％，同时加入拌合水用量为全固废无熟料胶凝材料总质量的40％，继续搅拌3分钟，获得全固废无熟料胶凝材料的导电砂浆，即导电砂浆。上述S2、S3、S4中均在常温下操作即可。
依据本实施例制得的导电砂浆中，是利用碱性固废作为碱性激发剂，硫酸盐固废作为硫酸盐激发剂，碱-硫酸盐耦合激发具有火山灰活性的固废，制备一种无需高温煅烧、无需化学激发试剂的全部采用固废材料制备的全固废无熟料胶凝材料。碱渣是制碱工业废料，钢渣是炼钢过程中的一种副产品，赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废物，碱渣、钢渣和赤泥均具有碱性，因此采用碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂。脱硫石膏是烟气排放过程中吸收SO2后产生的废弃物，磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，氟石膏是硫酸与氟石制取氟化氢的副产品，脱硫石膏、磷石膏、氟石膏均含有大量硫酸钙，可作为硫酸盐激发剂。稻壳灰是用于发电或蒸汽和室外燃烧稻壳产生的灰渣，木灰是焚烧木材及其制品(木屑、锯屑、树皮)用于发电或其他用途而产生的残渣，甘蔗渣灰是制糖过程中从甘蔗中提取果汁后得到的残渣燃烧后的产物。稻壳灰、木灰、甘蔗渣灰含有大量SiO2、Al2O3和Fe2O3，具有火山灰活性。本发明采用碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂，以废石膏为硫酸盐激发剂，废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏或氟石膏，共同激发矿渣和生物质灰，生物质灰可以是稻壳灰、木灰或甘蔗渣灰，铜渣是铜冶炼过程中矿石产生的粒状工业废料，虽然铜渣可以在磨具、道路建设和压载等方面进行有益的再利用，但仍有相当数量的铜渣被处理在垃圾填埋场中，铜渣可作为细骨料替代天然砂。本发明采用碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂，以废石膏为硫酸盐激发剂，废石膏可以是脱硫石膏、磷石膏或氟石膏，共同激发矿渣和高碳粉煤灰，矿渣和高碳粉煤灰在碱-硫酸盐双重激发作用生成水化硅酸钙和钙矾石，成为全固废无熟料胶凝材料，在掺入具有导电性能的铜渣，制备成全部使用固废的无熟料导电砂浆。本发明所用原料全部为固废材料，仅需对原材料进行烘干、粉磨和筛分处理即可，不需化学试剂和高温煅烧，且提高了固体废弃物的利用途径，产品的导电性使其具有特殊用途，是一种具有高附加值、环境友好的可持续材料。
本发明全固废无熟料的导电砂浆力学性能实验；
该实验方法：国家标准《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ 70，将全固废无熟料胶凝材料(粉末)中掺入0.4倍粉末质量的水和2倍粉末质量的铜渣混合制备砂浆，将拌制完成的砂浆装入70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底试模中，经振动成型后，放入20±5℃的环境下静置24±2h,拆模后立即放入温度为20±2℃，相对湿度为90％以上的标准养护箱中，待试件养护至28天龄期后，利用水泥压力机测试试件的抗压强度可达30MPa。
Figure BDA0003627892050000141
Figure BDA0003627892050000151
图表4
上述图表4为：制得的一种生物质灰的导电砂浆配比的电阻和力学性能。
上述图表4中的质量均是以胶凝材料总质量(碱渣、钢渣、赤泥、石膏、矿渣、生物质灰质量和)为基数。通过上述图表结果表明，矿渣和生物质灰在碱-硫酸盐双重激发作用下生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，进而产生高强度，全固废无熟料胶凝材料可替代低标号水泥使用。胶凝材料与水、铜渣粉末混合后，获得导电砂浆，其用作沟槽回填和路基材料性能更优。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明装置权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全固废无熟料胶凝材料，其特征在于，包括：该无熟料胶凝材料为多种固废粉末混合而成，混合粉末为碱渣、钢渣、赤泥、废石膏、生物质灰和矿渣；各成分比例为5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰和15％～65％矿渣。
2.根据权利要求1所述一种全固废无熟料胶凝材料，其特征在于：废石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的任一种；生物质灰为稻壳灰、草木灰、秸秆灰、木灰、甘蔗渣灰中的任一种。
3.一种全固废无熟料胶凝材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.按照5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰和15％～65％矿渣的重量份数，分别脱水、烘干处理后，研磨并过目筛待用；
步骤2.将碱渣粉、钢渣粉、赤泥粉、废石膏粉、生物质灰粉和矿渣粉在搅拌机中充分混合3分钟，使各粉末混合均匀，混合粉末即为全固废无熟料胶凝材料。
4.根据权利要求3所述一种全固废无熟料胶凝材料制备方法，其特征在于：
步骤1中，碱渣、钢渣、矿渣分别在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，再分别研磨并通过325目筛过筛，分别获得碱渣粉、钢渣粉和矿渣粉；赤泥在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，通过325目筛过筛，获得赤泥粉；废石膏在50±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，通过325目筛过筛，获得废石膏粉；生物质灰在25±5℃温度中干燥0.5～1小时后，自然冷却至常温。
5.一种导电砂浆，其特征在于，该导电砂浆主要由全固废无熟料胶凝材料、铜渣和水组成；其全固废无熟料胶凝材料为碱渣粉、钢渣粉、赤泥、废石膏粉、生物质灰和矿渣粉，各粉末比例为5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰和15％～65％矿渣；其中，废石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的任一种；生物质灰为稻壳灰、草木灰、秸秆灰、木灰、甘蔗渣灰中的任一种；铜渣量为全固废无熟料胶凝材料总质量的200％～300％，水量为全固废无熟料胶凝材料总质量的40％～50％。
6.根据权利要求5所述一种导电砂浆，其特征在于：全固废无熟料胶凝材料成分可替换为碱渣粉、钢渣粉、赤泥、废石膏粉、高碳粉煤灰和矿渣粉，各粉末比例为5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、15％～65％矿渣、10％～30％高碳粉煤灰。
7.一种导电砂浆制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.按照5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、15％～65％矿渣、10％～30％高碳粉煤灰的重量份数，分别烘干脱水处理，研磨并过目筛待用；
步骤2.将碱渣粉、钢渣粉、赤泥、废石膏粉末、矿渣粉和高碳粉煤灰在搅拌机中充分混合3分钟，使各粉混合均匀，混合粉即为全固废无熟料胶凝材料；
步骤3.向全固废无熟料胶凝材料净浆中加入铜渣粉，同时加入水量为全固废无熟料胶凝材料总质量的50％，继续搅拌3分钟，获得全固废无熟料胶凝材料的导电砂浆，即导电砂浆。
8.根据权利要求7所述一种导电砂浆制备方法，其特征在于：步骤1中，碱渣、钢渣、矿渣分别在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，再分别研磨并通过325目筛过筛，分别获得碱渣粉、钢渣粉和矿渣粉；赤泥在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，通过325目筛过筛，获得赤泥；废石膏在50±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，通过325目筛过筛，获得废石膏粉；高碳粉煤灰经325目筛过筛后直接使用。
9.根据权利要求7所述一种导电砂浆制备方法，其特征在于：步骤3中，铜渣在100±5℃温度中干燥2小时后，自然冷却至常温，研磨并通过200目筛过筛，获得铜渣粉。
10.根据权利要求7所述一种导电砂浆制备方法，其特征在于：将步骤1中的材料成分替换为碱渣、钢渣、赤泥、废石膏、生物质灰和矿渣，按照5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰、15％～65％矿渣的重量份数，分别脱水、烘干处理，研磨并过目筛待用。
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