[发明专利]一种胶凝材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种胶凝材料及其制备方法和应用，所述胶凝材料包含以下组分：煤矸石、电石渣和碱激发剂。所述碱激发剂为氢氧化钠水溶液和水玻璃的混合溶液。本发明所述的胶凝材料将电石渣引入到煤矸石中，改善了碱激发剂溶液碱性条件的同时，减少了氢氧化钠的使用量，也为煤矸石的聚合反应提供丰富中的钙离子，促进聚合反应效率，提高抗压强度。实现了降低氢氧化钠使用量的目标即：在较低碱性条件下制备高强度煤矸石‑电石渣地聚物胶凝材料。制备得到的胶凝材料具有较好的抗压强度，可以运用于隧道和路面的快速修补、地基渗漏的快速堵渗和软弱土体的固化等工程，既可实现绿色低碳胶凝材料的制备，亦可实现固废资源化。

技术领域

本发明属于胶凝材料领域，具体涉及一种胶凝材料及其制备方法和应用。

背景技术

众所周知，水泥是建筑工程中使用的主要材料。中国作为世界上最大的水泥生产国和消费国，在2013年，水泥产量达到24.2亿吨，占全球产量的58.6％，其中95％的水泥是普通硅酸盐水泥。然而，生产硅酸盐水泥的过程会对环境产生较大的不良影响，需要消耗大量的自然资源和能源。因为水泥熟料的燃烧温度约1400度，所以普通硅酸盐水泥的生产过程需要高能量来燃烧原材料。另外，在此过程中还会释放出大量的CO₂等温室气体，排放的温室气体占全球的5％～7％，成为大气污染。因此，开发利用能够替代普通硅酸盐水泥的新型绿色低碳胶凝材料具有重要意义。目前人们已经开发了几种可替代的粘合剂，来实现减少使用水泥的目标，这些粘合剂主要是利用工业废料中产生的，即碱活化材料和地聚物材料。

地聚物是一种无机高分子材料。地质聚合反应是多步同时进行的，前体材料铝硅酸盐的铝和硅在高碱性反应物中溶解，活性表面基团和可溶性物质缩聚形成水化铝硅酸盐凝胶相凝胶，凝胶再硬化形成刚性固体。近些年，许多学者已经开始对偏高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、稻壳灰、赤泥、废玻璃和煤矸石等工业副产物开发地聚物的进行了研究。研究表明，地聚物混凝土在耐腐蚀性、耐火性、耐久性和强度等方面具有突出的性能，可以替代水泥，作为混凝土粘结剂。因此，地聚物技术有望成为可持续性副产物的重要组成部分。

但大部分的研究均是将铝硅酸盐粉末与碱金属氢氧化物或碱金属硅酸盐溶液混合生成地聚物。用碱金属氢氧化物激发活性，常见的是氢氧化钠，过高的氢氧化钠用量存在以下问题：如凝结时间快、经济效率低、能耗大、pH值高的物料处理风险等，而且导致地聚物的强度低。过高的碱性条件限制了地聚物技术的推广应用。因此急需一种新的新型胶凝材料。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的凝结时间太快、经济效率低、能耗大、pH值高的物料处理风险以及地聚物强度低的问题，提供一种煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料。

本发明的第二个目的在于，提供上述胶凝材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于，提供上述胶凝材料的应用。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供一种煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料，包含以下组分：煤矸石、电石渣和碱激发剂。

根据本发明第一个方面所述的胶凝材料，所述煤矸石和电石渣的重量比为1～9。

优选地，根据本发明第一个方面所述的胶凝材料，所述煤矸石和电石渣的重量比为4。

根据本发明第一个方面所述的胶凝材料，所述碱激发剂与煤矸石和电石渣之和的重量比为0.45～0.6。

优选地，根据本发明第一个方面所述的胶凝材料，所述碱激发剂与煤矸石和电石渣之和的重量比为0.5。

根据本发明第一个方面所述的胶凝材料，所述碱激发剂为氢氧化钠水溶液和水玻璃的混合溶液。

根据本发明第一个方面所述的胶凝材料，所述氢氧化钠水溶液和水玻璃的重量比为0.25～1。