[发明专利]以河湖淤泥为单一原材料的土工聚合物环保节能材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以河湖淤泥为单一原材料的土工聚合物环保节能材料，使用Na2SiO3以及KOH和/或NaOH溶液作为碱激发剂，利用淤泥作为单一原材料，其中，作为原材料的淤泥采用经初步脱水处理后，含水率为35%~50%的淤泥，含水率定义为淤泥中自由水与固形物的质量比，Na2SiO3用量与淤泥中固形物的质量比为7.1%~29.7%，KOH和/或NaOH用量与淤泥中固形物的质量比为6.6%~28.9%；本发明的以河湖淤泥为单一原材料的土工聚合物环保节能材料，原材料采用江河湖、自来水厂等淡水淤泥作为土工聚合物反应的单一原材料，来源广泛，成本低廉，解决了大量淤泥堆放所产生的一系列环境污染问题和社会问题，具有明显的社会效益和经济效益。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种以河湖淤泥为单一原材料的土工聚合物环保节能材料及其制备方法。

背景技术

混凝土是建筑业中最为常见用于建造和维修的建筑材料。硅酸盐水泥作为混凝土生产中最常见的粘结剂，其生产过程消耗数量可观的不可再生自然资源并排放出大量的温室气体。每生产1吨硅酸盐水泥需要消耗1.5吨不可再生原材料并向空气中排放0.9吨CO2。随着对于全球变暖的关注以及可持续发展理念的深入人心，全球土木工程行业都在积极探索，寻求一种新的环保节能材料替代传统的硅酸盐水泥。

在各级政府、科研机构、企业积极寻求新材料的同时，每年各种产业活动造成了大量的工业固废阻碍了我国经济建设的发展，淤泥就是其中一种巨量且难以处理的废料；例如，来自江河流域中自来水水厂沉淀的淤泥（下文简称淤泥），这些淤泥若不能被及时有效地处理，将会对当地的空气、土壤及地下水造成污染，并且严重占用紧张的土地资源，造成一系列社会问题。各地政府每年投入大量的人力和物力来治理、消化这些淤泥，但并没有找到行之有效且能够从根本上解决污染问题和社会问题的方案。

针对上述难题，一些专家学者一直致力于研究如何将淤泥固化或通过生产淤泥烧结砖来解决因淤泥造成的污染问题及土地资源的浪费。目前采取的主要固化做法是使用一定参量的硅酸盐水泥或石灰与淤泥混合，这种方法存在较为明显的局限性，例如对酸的耐受度较低、不能够有效地锁定淤泥中的重金属等；另一种处理方法是高温煅烧，即将一定量的生石灰、石膏等与淤泥混合制坯，在60-90℃环境中养护数天后进而在不低于1050℃的高温下进行6小时以上的煅烧获得各种烧结粘土砖。这种方法的缺点是在生产过程中消耗了大量的能源、排放出可观的温室气体的同时，并不能做到100%使用淤泥作为原材料，仍旧需要消耗其他自然资源。

近几十年来，由法国学者Davidovits提出的土工聚合物技术引起了材料工业界和土木工程界的广泛性趣。土工聚合物反应是通过碱激发剂将原材料中的Si、Al激发成游离态，重组成非晶体各向异性的3D网络，从而将原材料转化为一种无机粘结剂材料。相较于硅酸盐水泥，土工聚合水泥具有养护时间短、较好的耐酸、碱腐蚀性、高效锁定原材料中重金属和其他有害化学元素以及生产过程中极低的能耗和极低的温室气体排放量等优点。基于这些优点，大量企业和科研单位寻求使用工业固废通过土工聚合反应来生产环保节能的新型粘结剂产品。

现有的土工聚合物生产技术中，原材料的选择范围较窄，主要采用高岭土、偏高岭土、经过高温燃烧后产生的粉煤灰及硅微粉等高反应活性物质。对于低反应活性原材料，传统工艺并不能有效利用，生产的产品也因强度低、导热系数高等问题不能广泛使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用Na2SiO3，KOH溶液作为碱激发剂，利用低反应活性淤泥作为单一原材料生产的高强度土工聚合物环保节能材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种以河湖淤泥为单一原材料的土工聚合物环保节能材料，使用Na2SiO3以及KOH和/或NaOH溶液作为碱激发剂，利用淤泥作为单一原材料，其中，作为原材料的淤泥采用经初步脱水处理后，含水率为35%~50%的淤泥，含水率定义为淤泥中自由水与固形物的质量比，Na2SiO3用量与淤泥中固形物的质量比为7.1%~29.7%，KOH和/或NaOH用量与淤泥中固形物的质量比为6.6%~28.9%。