[发明专利]一种煤矿废弃物地质聚合物基混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以煤矸石废料制备的地质聚合物混凝土的制备方法。为克服传统混凝土的高耗能、重污染的缺点，以煤炭废弃物煤矸石基地聚物作为胶凝材料，制备煤矸石基地聚物混凝土。本发明选用氢氧化钠溶液与碳酸钙粉末制备碱性干粉激发剂，采取正交设计法进行地质聚合物混凝土的配合比设计，其中煤矸石、粉煤灰、氢氧化钠、碳酸钙试剂、细骨料砂和粗骨料碎石的配比为煤矸石：粉煤灰：氢氧化钠：碳酸钙：砂：碎石＝1:1:0.37:1.01:3:6.37。制作时按照一定最优和顺序将原材料进行搅拌、浇筑、养护、成型。本发明为煤炭废弃物的资源化利用开辟了新的前景和方向，节约资源、减少污染、提高经济效益有重要的意义。

技术领域

本发明具体涉及一种煤矿废弃物地质聚合物基混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

随着人类社会科技迅速发展和环保意识提升，各行各业都加大节能环保方面的研究力度，以促进人与自然的和谐共生，经济与生态的协调发展。

我国是混凝土消费大国，而目前传统混凝土大都采用硅酸盐水泥作为胶凝材料，硅酸盐水泥在生产过程中耗能高、污染严重，而以煤矸石废料制备的地质聚合物这一新型环保材料的出现，无疑为克服传统混凝土的高耗能、重污染的缺点开辟了新的前景和方向。因此，研究新型胶凝材料制备混凝土及其性能，对于节约资源、减少污染具有重要的理论意义和良好的社会效益。

发明内容

本发明主要研究煤矿废弃物地质聚合物基混凝土制备配合比的优化，提高其抗压强度和抗折强度，提供一种煤矿废弃物地质聚合物基混凝土及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

首先，试验选用碱性干粉激发剂，采取正交设计法进行地质聚合物混凝土的配合比设计，以得到煤矿废弃物地质聚合物基混凝土最优配合比：煤矸石：粉煤灰：氢氧化钠：碳酸钙：砂：碎石＝1：1：0.37：1.01：3：6.37。

其次，根据最优配合比制备煤矿废弃物地质聚合物基混凝土，步骤如下：

步骤1：将氢氧化钠溶液与碳酸钙粉末混合，生成成分为氢氧化钙、碳酸钠和钙水碱的溶液，在80度烘箱中干燥8小时，然后粉碎到固定粒径，最后取激发剂粉末中粒径小于0.03mm的粉体；

步骤2：将(自燃)煤矸石块体先经过大锤破碎，然后放入破碎机中反复破碎至小颗粒，过筛取其粒径在0.01mm-0.09mm之间的粉体；

步骤3：制作时将砂子和石子倒入搅拌机中，搅拌140s左右，再将煤矸石粉末、粉煤灰倒入，搅拌20s左右，最后加入干粉激发剂粉末，搅拌120s，最后搅拌完成后，将地质聚合物混凝土倒进模具中，振捣密实，最后抹平，制成地质聚合物混凝土试块。

然后，再对地质聚合物混凝土进行养护，不同养护温度不同时间后(3d、7d、28d)的抗压强度和抗折强度对比分析，并与普通混凝土试件的抗压强度和抗折强度进行对比，得到满足工程需要力学性能的混凝土，并将此时的混凝土配合比作为规模生产的配合比。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用干粉激发剂的煤矸石基地质聚合物混凝土的抗压强度和抗折强度要大于NaOH溶液激发剂的煤矸石基地质聚合物混凝土的抗压强度和抗折强度，抗压强度平均大25.1％，抗折强度平均大21.4％。

(2)本发明制备的煤矸石基地质聚合物混凝土的抗压强度和抗折强度均大于普通混凝土的相应数值，其中抗压强度比普通混凝土平均大28.6％，抗折强度平均大24.2％

(3)本发明地质聚合物混凝土提高养护温度可以较大幅度提高混凝土早期强度，且受养护温度影响更大。

具体实施方式

下面对本发明具体实施方式加以详细的说明。