[发明专利]一种低收缩高强度赤泥-矿渣地聚物及其制备方法

说明书

本发明属固体废弃物资源化利用和新型土木工程材料制备技术领域，为解决大量综合利用山西氧化铝厂生产的赤泥这种工业废物的迫切需求，提供一种低收缩高强度赤泥‑矿渣地聚物及其制备方法，由拜耳法赤泥、矿渣、氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液、附加水、河砂按一定比例混合制备，在特定环境下养护而成，赤泥‑矿渣地聚物得到的自由收缩和干燥收缩应变最大控制在2000με内，14 d的抗折和抗压强度超过5 MPa和35 MPa。解决了赤泥这种工业废弃物大规模利用的问题，且赤泥与矿渣的混合物相互激发起其活性，抗压强度较高，收缩应变较一般地聚物有较大降低。制备工艺相对简单，容易实现工业化生产，较大程度的利用工业废弃物，利于环保。

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用和新型土木工程材料制备技术领域，更具体地说，涉及一种低收缩高强度赤泥-矿渣地聚物及其制备方法。

背景技术

地聚物是由可激发活性的硅铝酸盐材料与碱激发剂发生化学反应生成的一种无机胶凝材料。该类材料具有快硬早强、绿色环保、耐久性好等优点，被广泛应用于土木工程领域，但现有大量试验研究表明，该类材料的收缩变形较大，不适合变形控制较为严格的大跨桥梁或高层房屋等建筑物，这限制了地聚物胶凝材料在土木工程领域的推广应用。

赤泥在山西当地的氧化铝厂每年产量较大，而大量具有强碱性的赤泥材料会污染堆放场地的土地和地下水，对环境产生不良影响，且目前对赤泥的利用率较低。将赤泥作为地聚物胶凝材料，可有效利用赤泥碱性，又可以利用该工业废弃物，因此，亟需开展赤泥基地聚物在土木工程领域的应用研究。

申请号201710126301.2公开了一种赤泥-矿渣地质聚合物及其制备方法，其赤泥原材料中氧化钙和氧化铝的含量较低，且赤泥与矿渣掺量比为6：4，配合比中未考虑细骨料砂子和养护温度的影响，且未进行干燥收缩测试。由于赤泥和矿渣所述产地不同，化学成分不同，采用山西氧化铝厂赤泥，按照上述制备方法制取的地聚物7d抗压强度仅有15 MPa，干燥收缩较大，超过2500 με，不满足现有工程需求。现有专业技术人员（申请号201911136174.X）给出了赤泥+偏高岭土基地聚物，但结果显示14 d抗压强度基本维持在10MPa左右，不满足结构用材料强度的需求；申请号为202010559332.9公开了一种低收缩抗碳化的地聚物混凝土，按照该配方得到的地聚物收缩较小，但没有利用赤泥这种工业废渣。

目前相关学者开展了大量矿渣和粉煤灰基地聚物的强度和干燥收缩试验，对掺入赤泥的地聚物的强度和干燥收缩研究较为欠缺。虽然有学者开展研究，但得出的干燥收缩应变一般为3000 με以上，不满足对变形控制相对严格的大跨桥梁工程的使用要求。这不利于赤泥等工业废弃物的广泛推广利用。目前对赤泥基地聚物收缩性能研究较为欠缺的原因是试验周期较长，且干燥收缩过大，较难找到一种合适的降低干燥收缩的方法，且存在如何尽可能多的利用赤泥等工业废弃物，获得抗压强度较高，收缩变形较小的技术难题。

发明内容

本发明为了解决现有亟需大量综合利用山西氧化铝厂生产的赤泥这种工业废物的迫切需求，提供了一种低收缩高强度赤泥-矿渣地聚物及其制备方法，在保证地聚物抗折和抗压强度，且综合制备方法最简单的前提下，最大程度的利用赤泥，且获得自由收缩和干燥收缩相对较小的地聚物。

本发明由如下技术方案实现的：一种低收缩高强度赤泥-矿渣地聚物，由如下重量份的原料制备而成：拜耳法赤泥5~10份，矿渣10~15份，碱激发剂6~8份，附加水1~3份，河砂25~30份，其中：水与拜耳法赤泥、矿渣、河砂和碱激发剂混合物的质量比为0.33。

所述碱激发剂为硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液配置的混合溶液，其中硅酸钠溶液的重量份为5~7份，氢氧化钠溶液重量份为1~2份；其中：氢氧化钠溶液浓度为10 mol/L，由400g纯度为95 %的片状氢氧化钠固体加入到1000 ml的纯净水中混合配置而成。

优选：氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:2.5，且配置而成的碱激发剂溶液模数为1.92，Na₂O在溶液中的含量为14.3%。