CN116891354B - 一种速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料及其制备方法，属于地质聚合物材料技术领域。本发明以赤泥、粉煤灰为基本原材料，以电石渣粉为活性剂，在活性剂和碱激发剂溶液的共同作用下得到的地质聚合物灌浆材料，其中赤泥、粉煤灰、电石渣粉和碱激发剂溶液的质量比为1:1:(0.8‑1.0):(1.95‑3.5)。本发明通过调节电石渣粉比例和液固比来控制其初凝时间和终凝时间，满足灌浆材料速凝的要求。最优配方凝结速率快，早期强度高，并且制备方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及地质聚合物材料技术领域，特别涉及一种速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料及其制备方法。
背景技术
在隧道与地下工程建设工程中，注浆材料在不良地质地质体治理过程中发挥着重要作用。然而，目前应用最为广泛的注浆材料—水泥，不仅面临着原材料紧缺、矿石日益枯竭、生产高能耗高碳排放的困局，还因为其凝结时间长、早期强度增长率低等原因，难以满足日益复杂的地下工程建设要求。
地质聚合物是一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，从无定形到半晶态，属于非金属材料。这种材料具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能，有取代普通波特兰水泥的可能和可利用矿物废物和建筑垃圾作为原料的特点，在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料和耐高温材料等方面均有应用。
拜耳法赤泥是铝土矿提炼氧化铝之后排出的固体废弃物，富含地聚物反应所需的Na2O、SiO2和Al2O3等，已被证实可用于制备高性能地聚物材料，近年来逐渐成为赤泥综合利用的有效途径之一。但是，由于受到技术工艺的限制，赤泥粉煤灰地质聚合物在自然环境下初凝时间较长，因此如果能够利用赤泥粉煤灰制备一种速凝的地质聚合物注浆材料，不仅可以实现固废的资源化利用，还可以节能减排，走绿色发展可持续之路。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料及其制备方法，本发明提供的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料凝结速率快，早期强度高，可广泛用于不良地质体注浆治理、地基注浆加固等工程。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料，由赤泥、粉煤灰、电石渣粉和碱激发剂溶液制备得到，所述赤泥、粉煤灰、电石渣粉和碱激发剂溶液的质量比为1:1:(0.8-1.0):(1.95-3.5)。
优选地，所述粉煤灰为二级粉煤灰。
优选地，所述碱激发剂溶液为氢氧化钠溶液和水玻璃的混合液。
进一步优选地，所述氢氧化钠溶液与水玻璃质量比为(1:1.5)-(1:2.5)。
进一步优选地，所述氢氧化钠溶液浓度为8-10mol/L。
本发明还提供了上述技术方案所述速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将赤泥干燥后研磨、过筛，配置碱激发剂溶液；
(2)按重量份数称量赤泥、粉煤灰、电石渣粉和碱激发剂溶液；
(3)将碱激发剂溶液倒入搅拌机中，再加入赤泥、粉煤灰和电石渣粉，搅拌均匀得到拌合物；
(4)取部分拌合物制成圆模试件，放入湿汽养护箱内，将开始搅拌时间作为凝结时间的起始时间，在湿汽养护箱内养护一定时间后用维卡仪进行凝结时间的测定试验，测定该配比下拌合物的初凝时间和终凝时间；
(5)将剩余的拌合物倒入已涂有脱模剂的试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动60S～180S，至试块表面不再冒出气泡，用油灰刀刮平；
(6)在25-30℃条件下，将试模平放24小时脱模，养护至28天。
优选地，步骤(1)所述干燥温度为105℃，干燥时间为10-24h。
优选地，步骤(1)所述研磨时间为30-60min；所述过筛为过0.3-0.6mm圆孔筛。
有益技术效果：
本发明以赤泥、粉煤灰为基本原材料，以电石渣粉为活性剂，在活性剂和碱激发剂溶液的共同作用下得到的地质聚合物灌浆材料，通过调节电石渣粉掺加比例和液固比来控制其初凝时间和终凝时间，可以达到凝结速率快，早期强度高，并且制备方法简单，同时能够消耗大量赤泥，可广泛用于不良地质体注浆治理、地基注浆加固等工程，能有效解决赤泥的堆存问题和污染问题，对赤泥和粉煤灰的资源化利用具有推动作用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
所用原材料包括山东某铝电厂经过曝晒和球磨的赤泥(RM)、二级粉煤灰(F2)、电石渣粉和10mol/LNaOH溶液和水玻璃。F2和RM的化学组成见表1所示。
表1原材料的化学组成
(1)将赤泥放入电热鼓风干燥箱105℃，烘10小时后研磨60min、过0.6mm圆孔筛筛，按照氢氧化钠溶液和水玻璃溶液的质量比1:2.5，氢氧化钠溶液浓度为10mol/L配置碱激发剂溶液；
(2)按赤泥、粉煤灰、电石渣粉、碱激发剂溶液按照配比称取足量原材料；
(3)将碱激发剂溶液倒入搅拌机中，再加入赤泥、粉煤灰和高炉矿渣粉，搅拌均匀得到拌合物；
(4)取部分拌合物制成圆模试件，放入湿汽养护箱内，将开始搅拌时间作为凝结时间的起始时间，在湿汽养护箱内养护一定时间后用维卡仪进行凝结时间的测定试验，测定该配比下拌合物的初凝时间；
(5)将剩余的拌合物倒入已涂有脱模剂的试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动180s至试块表面不再冒出气泡，用油灰刀刮平；
(6)在25-30℃条件下，将试模平放24小时脱模，养护至28d；
(7)按0.3mm/min的应变速率，测试试件的抗压强度，测试结果见表2。
表2各配比试件抗压强度值
由表2发现，掺加电石渣粉的赤泥粉煤灰地质聚合物凝结速率和强度远高于未掺加电石渣粉的，且通过调节电石渣粉比例和液固比，可得到不同速凝时间、不同强度的赤泥地质聚合物材料。
当液固比为0.65，配比为赤泥：粉煤灰：电石渣粉＝1：1：1时，在10mol/L碱激发剂溶液的激发下，地质聚合物的初凝时间15-20min，终凝时间25-30min，凝结速率快，强度最高，28d强度达30.5MPa，可满足注浆材料速凝和可灌性的需要，为最优配比。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料，其特征在于，由赤泥、粉煤灰、电石渣粉和碱激发剂溶液制备得到，所述赤泥、粉煤灰、电石渣粉和碱激发剂溶液的质量比为1:1:(0.8-1.0):(1.95-3.5)；
所述碱激发剂溶液为氢氧化钠溶液和水玻璃的混合液；
所述氢氧化钠溶液与水玻璃质量比为1:2.5；
所述氢氧化钠溶液浓度为10mol/L；
所述粉煤灰为二级粉煤灰；
所述速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料的初凝时间为15-30min，终凝时间为25-55min。
2.权利要求1所述的速凝的赤泥粉煤灰地质聚合物注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将赤泥干燥后研磨、过筛，配置碱激发剂溶液；
(2)按重量份数称量赤泥、粉煤灰、电石渣粉和碱激发剂溶液；
(3)将碱激发剂溶液倒入搅拌机中，再加入赤泥、粉煤灰和电石渣粉，搅拌均匀得到拌合物；
(4)取部分拌合物制成圆模试件，放入湿汽养护箱内，将开始搅拌时间作为凝结时间的起始时间，在湿汽养护箱内养护一定时间后用维卡仪进行凝结时间的测定试验，测定该配比下拌合物的初凝时间和终凝时间；
(5)将剩余的拌合物倒入已涂有脱模剂的试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动60S～180S，至试块表面不再冒出气泡，用油灰刀刮平；
(6)在25-30℃条件下，将试模平放24小时脱模，养护至28天。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述干燥温度为105℃，干燥时间为10-24h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述研磨时间为30-60min；所述过筛为过0.3-0.6mm圆孔筛。
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| CN106477985A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-03-08 | 河北建设勘察研究院有限公司 | 一种赤泥地质聚合物材料配方及其制备方法 |
| CN111574078A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-08-25 | 燕山大学 | 利用电石渣激发粉煤灰-赤泥基地聚合物及其制备方法 |
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