[发明专利]地质聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种地质聚合物及其制备方法和应用，上述地质聚合物至少由粉煤灰、盾构渣土以及碱性激发剂为原料制备而成，盾构渣土的主要成分为黏土，粉煤灰与烘干后的盾构渣土的质量比为1～2∶3；粉煤灰和烘干后的盾构渣土的混合物与碱性激发剂的质量比为1∶0.14～0.18。该地质聚合物，将高含泥率盾构渣土进行资源化利用，制备原料不包括任何类型的水泥和石灰等传统胶凝材料，避免较大的碳排放量，成本低；上述地质聚合物强度高且耐水性好。上述地质聚合物的制备方法，将碱性激发剂采用喷雾的方式加入到粉煤灰与盾构渣土的混合物中，避免出现较大的团粒；并将混合湿料在模具中压紧从而使地质聚合物试件具有较高强度和耐水性。

技术领域

本发明涉及渣土的回收利用技术领域，特别地，涉及一种地质聚合物。此外，本发明还涉及一种地质聚合物的制备方法和应用。

背景技术

地质聚合物是一种新型绿色建材，可用富含硅铝成分的固体废弃物、矿物与碱溶液或碱金属硅酸盐溶液反应制备，特别是偏高岭土、粉煤灰或矿渣等废弃物或矿物。目前，我国75％的电力由火力发电站供应，火电厂燃煤产生大量粉煤灰，随着用电量增加，电厂排除的粉煤灰也在急剧增加。粉煤灰来源广、成本低，且某些性能优于偏高岭土，所以采用粉煤灰制作地质聚合物具有广泛的发展前景。

随着城市开发建设的发展，尤其是近年来地铁建设的高速发展，产生了大量的建筑渣土，渣土的排放与处置，成为困扰城市环境治理的一大难题。盾构机掘进是国内地铁开挖普遍采用的施工方法，其产生的盾构渣土含水率高、危害性大。总的来说，盾构渣土是一种土石混合物，由碎石、砂、黏土以及水组成，其各组分含量主要受原始地层特征影响。如，盾构机在各种微风化岩层掘进时，渣土主要成分为碎石和石粉，无论是筛分和脱水都比较容易，经过简单处理即可资源化利用；在粉砂层和风化砂岩掘进时，渣土含砂率较高，经处理可用作注浆材料；而在各种高度风化的黏土岩或土层掘进时，产生的渣土含泥量较高，由于泥块粘性大，资源化利用难度高。有企业尝试用上述高含泥率盾构渣土烧制标准砖，一方面烧结法能耗大、污染环境，另一方面烧砖厂一般在郊区，而大型开挖项目都在城区，渣土运输成本大。因此，开展高含泥率盾构渣土的资源化利用，具有重要的经济效益和环境效益。

发明内容

本发明提供了一种地质聚合物及其制备方法和应用，以解决高含泥率盾构渣土难于资源化利用的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种地质聚合物，其至少由粉煤灰、盾构渣土以及碱性激发剂为原料制备而成，盾构渣土的主要成分为黏土，粉煤灰与烘干后的盾构渣土的质量比为1～2∶3；粉煤灰和烘干后的盾构渣土的混合物与碱性激发剂的质量比为1∶0.14～0.18。

进一步地，盾构渣土使用前需要烘干和粉碎。

进一步地，盾构渣土粉碎后筛分，使其粒径小于2mm。

进一步地，粉煤灰与烘干后的盾构渣土含水率均小于3％。

进一步地，碱性激发剂为水玻璃与NaOH溶液的混合液。

根据本发明的另一方面，还提供了上述地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将盾构渣土烘干、粉碎，得到处理后的盾构渣土；将处理后的盾构渣土与粉煤灰按比例混合得到混合物；

(2)将碱性激发剂采用喷雾的方式加入到步骤(1)的混合物中，搅拌，得到混合湿料；

(3)将步骤(2)得到的混合湿料装入模具中并压紧，静置后脱模，即可得到地质聚合物。

进一步地，步骤(1)中将盾构渣土粉碎后进行筛分，取粒径小于2mm的盾构渣土与粉煤灰混合。

进一步地，粉煤灰的粒径小于2mm。

进一步地，步骤(2)中采用密闭的喷雾搅拌装置将碱性激发剂加入到混合物中。