[发明专利]麦秸秆纤维增强煤矸石地聚合物材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化再利用领域，具体涉及一种麦秸秆纤维增强煤矸石地聚合物材料及制备方法。

背景技术

煤矸石是采煤与洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。目前，全国煤矸石的总积存量约45亿t，而且仍在逐年增长。煤矸石中含有残煤、碳质泥岩等可燃物质，长期露天堆积后，往往会发生自燃现象，并排放出大量的有害气体，造成大气、土壤、水资源的污染，更容易造成地质灾害。麦秸秆是小麦收割完成后的残余物。目前，全国麦秸秆的年产量高达7亿吨。大量焚烧麦秸秆不仅污染环境、带来火灾隐患，甚至给民用航空带来影响。然而，这两种材料均是可利用的再生资源，若能对其综合利用，不但能改善环境，还能节约资源、减少占地，从而促进可持续发展。

地聚合物是在常温或蒸压条件下通过强碱激发铝硅酸盐而建立高强度的一类材料。一般以铝硅酸盐为主要成分的工业固体废渣均可作为地聚合物原料，地聚合物中强碱激发剂可以充分激发工业固体废渣的活性。燃烧后煤矸石残渣的主要成分为铝硅酸盐，地聚合物材料的出现为煤矸石在建材资源化利用方面提供了途径。然而未煅烧煤矸石几乎不具备活性，无法配制地聚合物材料。虽然将煤矸石在700-900℃温度下低烧可以增强其活性，但作为聚合材料其活性仍然不足，导致由其制备的地聚合物存在的聚合反应程度低、聚合强度不高等问题。活性钙(矿粉与熟石灰)的掺入可以明显增强煤矸石地聚合物的强度。这是由于活性钙的掺加提高了煤矸石聚合物的含钙量，进一步激发了矸粉活性，显著提高了聚合反应程度。通过活性钙增强的煤矸石地聚合物虽然具备了良好的抗压强度，但其仍然存在脆性大、易开裂的缺点。

纤维的掺加可以强化和韧化混凝土并提高混凝土的抗裂能力，将麦秸秆加工成纤维增强混凝土的抗裂性能是秸秆资源化利用的有效途径。然而当麦秸秆纤维加入到水泥胶凝材料时，不仅会造成水泥胶凝材料长时间不凝结而且还会造成强度骤降等问题。这是由于麦秸秆纤维中含有大量酚类与有机酸等酸性物质，当其加入到水泥胶凝材料时，大量酸性物质降低了水泥胶凝材料的碱度，阻碍了水泥颗粒的水化，所以在水泥胶凝材料中加入麦秸秆纤维不仅不能起到增韧抗裂的效果而且还带来强度骤降的副作用。如果将麦秸秆纤维用于地聚合物，地聚合物中的强碱激发剂可以充分吸收麦秸秆中的酸性物质，从而消除酸性物质对聚合反应的影响，同时也不会影响激发剂的激发效果。掺入的麦秸秆纤维在地聚合物中产生了加筋抗拉的作用，改善了地聚合物的脆性，明显提高聚合物的抗折强度。所以在煤矸石地聚合物材料中加入麦秸秆纤维不仅能够起到明显的增韧抗裂效果而且不会带来其他副作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种麦秸秆纤维增强煤矸石地聚合物材料及制备方法，以提高废弃煤矸石与麦秸秆的利用率、保护环境、代替混凝土拌制过程中所需的水泥，提高经济效益和环保效益。

技术方案：本发明的麦秸秆纤维增强煤矸石地聚合物材料，包括粉体材料、麦秸秆纤维和液态钠水玻璃激发剂，所述粉体材料为矸粉、矿粉、熟石灰；其质量百分比：矸粉为50-70％，矿粉为30-50％，熟石灰为2-10％；所述麦秸秆纤维占粉体材料的1-5％；所述细骨料为ISO标准砂，占粉体材料的250-300％；所述地聚合物材料的激发剂为液态钠水玻璃，占粉体材料的2-5％。

使用上述麦秸秆纤维增强煤矸石地聚合物材料的制备方法：首先进行煤矸石的破碎与煅烧、然后进行材料的称量、配料与混合，最后进行麦秸秆纤维增强煤矸石地聚合物材料的制备，具体步骤如下；

(1)将煤矸石进行破碎、粉磨后制成煤矸石粉，然后将煤矸石粉置于高温炉中在700℃-900℃恒温煅烧0.5小时，制得矸粉；

(2)将矸粉、麦秸秆纤维、矿粉与熟石灰进行称量配料，然后放入混料机中混合均匀得到混合料；

(3)先用自来水将NaOH溶解并置于搅拌锅中，然后缓慢加入混合料，先慢搅10秒再快搅20秒，然后加入液态钠水玻璃激发剂并快搅30秒；

(4)加入标准砂快搅30秒，制得麦秸秆纤维增强煤矸石地聚合物材料。

所述矿粉为符合GB/T 18046-2008标准规定的S95级粒化高炉矿渣微粉，为高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并粉磨使其达到比表面积≥400m²/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90％以上。

所述麦秸秆纤维是由麦秸秆原料经过充分破碎、剥离后形成的细丝状纤维，细丝状纤维的直径d≤3mm，长度L≤20mm。