[发明专利]一种碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料，由固废料、保温材料、碱激发剂、减水剂和水混合组成；其中，保温材料与固废料的质量比为0.3～0.6:1，碱激发剂与固废料的质量比为0.06～0.08:1，减水剂与固废料的质量比为0.007～0.01:1，水与固废料的质量比为0.3～0.6:1；固废料由煤矸石粉、粉煤灰、锅炉渣组成，煤矸石粉、粉煤灰、锅炉渣的质量比为1～5:0～7:0～5，保温材料由玻化微珠、膨胀珍珠岩、珍珠岩粉组成，玻化微珠、膨胀珍珠岩、珍珠岩粉的质量比为5～10:0～5:0～3。本发明还提供了上述碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及固废利用技术领域，尤其涉及一种碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料及其制备方法。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是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。煤矸石包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石，其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。煤矸石的大量堆放，不仅占用土地资源，而且会严重影响到生态环境。煤矸石溶于水会对附近的土壤和地下水造成污染，煤矸石中含有可燃物，可燃物燃烧后会排放有害气体，造成大气污染，进而影响居民的身体健康。因此，如何有效地处理煤矸石亟待解决。

目前国内在处理泥化严重的巷道底板固化淤泥时,大多数采用清理淤泥-排水-起底-回填毛石-混凝土硬化-养护的方法。这种方法施工成本高、施工效率低、施工工期长，会严重影响掘进工作进度，泥化对设备造成影响的问题没有等到根本性解决，也不能满足井巷特殊施工技术和掘进技术的要求。研究者基于此现状进行了一系列研究，提出了一种新技术，对泥岩进行新型地质聚合物和固结材料加固。该技术的实质是直接利用现有掘进装备进行底板破碎，然后添加地质聚合物或固体材料进行加固，现场进行拌和、碾压、养护，使淤泥达到使用强度。因此，提供一种价格低廉、综合性能优异的地质聚合物显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种以煤矸石为原料的碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料，还提供了该碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料的制备方法。

本发明提供一种碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料，由固废料、保温材料、碱激发剂、减水剂和水混合组成；其中，保温材料与固废料的质量比为0.3～0.6:1，碱激发剂与固废料的质量比为0.06～0.08:1，减水剂与固废料的质量比为0.007～0.01:1，水(或淤泥中含水)与固废料的质量比为0.3～0.6:1；固废料由煤矸石粉、粉煤灰、锅炉渣组成，煤矸石粉、粉煤灰、锅炉渣的质量比为1～5:0～7:0～5，保温材料由玻化微珠、膨胀珍珠岩、珍珠岩粉组成，玻化微珠、膨胀珍珠岩、珍珠岩粉的质量比为5～10:0～5:0～3。

进一步地，粉煤灰为Ⅰ级低钙粉煤灰，其CaO含量低于10％，密度≤2.6g/cm³，细度≤12.0％，烧失量≤5.0％。

进一步地，锅炉渣的质量组分为：SiO₂ 40％～50％，Al₂O₃ 30％～35％，Fe₂O₃ 4％～20％，CaO 1％～5％。

进一步地，玻化微珠为Ⅰ级玻化微珠，堆积密度≤80kg/m³，导热系数≤0.043W/m·K，体积吸水率≤45％，筒压强度≥50KPa，体积漂浮率≥80％，表面玻化闭孔率≥80％。

进一步地，所述减水剂选用聚羧酸减水剂。