本發(fā)明屬于建筑材料，尤其涉及一種凝膠材料、包含其的工業(yè)固廢固化生土材料及其制備方法。

背景技術：

1、生土材料，是指以原狀生土為主要原料，無需焙燒僅需簡單加工便可用于房屋建造的建筑材料。生土材料具有突出的蓄熱性能，使房屋室內(nèi)冬暖夏涼；可就地取材，因地制宜，具有可再生性；加工過程低能耗、無污染，據(jù)測算其加工能耗和碳排放量分別為黏土磚和混凝土的3％和9％。然而，生土材料的缺點也是非常顯著的，其力學性能差、抗震能力不足，耐水性差、缺乏抵抗凍融和風蝕能力，故其使用發(fā)展受到很大限制，其在房建中逐漸被混凝土、砌體、鋼材替代。另一方面，生土材料通常以土坯、夯土的形式用于建筑施工，這種夯筑成型制作工藝費時費力，并且不適合狹窄或異形空間施工。

2、當前生土強化材料仍以水泥、石灰、聚磷酸鹽、聚季銨鹽、水玻璃等材料為主，這些材料的生產(chǎn)均屬于高能耗、高碳排放的過程，這會極大地降低生土建筑材料的綠色、環(huán)保特征。與此同時，我國大量具備潛在水硬活性的工業(yè)固廢，如脫硫石膏、電石渣、礦渣粉和赤泥等，每年在以數(shù)億噸的規(guī)模產(chǎn)生并大量堆存。其中，脫硫石膏是煤炭或石油工業(yè)企業(yè)處理煙道氣中的二氧化硫后得到的工業(yè)副產(chǎn)品石膏，主要成分為二水硫酸鈣caso4·2h2o；電石渣是電石通過水解獲取乙炔氣體后的廢渣，主要成分為氫氧化鈣和水；礦渣粉由鋼鐵廠冶煉生鐵時產(chǎn)生的廢渣經(jīng)干燥磨粉而成，主要由cao、mgo、sio2和al2o3組成；赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時排出的工業(yè)固體廢棄物，亦以al2o3、sio2、fe2o3和cao為主要組成。若能以這些工業(yè)固廢作為生土的強化材料，并開發(fā)一種適合澆筑施工的高性能、高流態(tài)的生土材料，使生土材料具備力學性能高、耐久性好、綠色環(huán)保、成本低廉、制備工藝簡單的優(yōu)點，可促進其在資源相對短缺、經(jīng)濟相對落后地區(qū)的使用，還可利用該技術處理工程泥漿，使其應用于管廊、臨時地面硬化、道路等填充工程。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種凝膠材料、包含其的工業(yè)固廢固化生土材料及其制備方法?；谌虖U膠凝體系和陳化包覆-攪拌的“兩步法”制備工藝的聯(lián)合使用，在不額外引進添加劑的前提下，最終制備出一種高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：

3、本發(fā)明的技術方案之一：

4、一種凝膠材料，按照重量份數(shù)計，原料包括：

5、脫硫石膏4～6份、電石渣8～10份、礦渣粉10～12份和赤泥6～9份。

6、優(yōu)選的，所述脫硫石膏的平均粒徑小于50μm。

7、優(yōu)選的，所述電石渣中的cao含量大于60％，平均粒徑小于8μm。

8、優(yōu)選的，所述礦渣粉的比表面積≥400m2/kg，28d活性指數(shù)≥95％。

9、優(yōu)選的，所述赤泥為拜耳法赤泥，其ph值小于12.5，平均粒徑小于15μm。

10、有益效果：本發(fā)明限定了各原料的粒徑和比表面積，是為了保證其膠凝活性；控制電石渣中的cao含量大于60％，為了體系中有充足的鈣；控制赤泥的ph值，是為了控制體系的堿含量。通過工業(yè)固廢脫硫石膏、電石渣、礦渣粉和赤泥的四種組分的協(xié)同復配，組成全固廢膠凝體系，該膠凝體系以硅酸鈣(c-s-h)凝膠、硅鋁酸鈣(c-a-s-h)凝膠和鈣礬石(aft)為主要水化產(chǎn)物，可大幅提高生土材料的力學性能以及耐水性、抗凍融等耐久性能。

11、本發(fā)明的技術方案之二：

12、一種高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料，原料包括生土，減水劑和水，還包括上述凝膠材料。

13、優(yōu)選的，按照質(zhì)量份數(shù)計，原料包括：

14、生土65～75份、脫硫石膏4～6份、電石渣8～10份、礦渣粉10～12份、赤泥6～9份，減水劑0.3～0.6份和水28～31份。

15、本發(fā)明的技術方案之三：

16、上述高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料的制備方法，包括以下步驟：將所述原料進行陳化包覆和攪拌處理，制備得到所述工業(yè)固廢固化生土材料。

17、優(yōu)選的，該制備方法包括以下步驟：

18、(1)將20wt.％的所述膠凝材料與所述生土混合攪拌3-5min，然后加入30wt.％的水，繼續(xù)攪拌5-7min，再進行養(yǎng)護；

19、(2)將養(yǎng)護后得到的粉狀材料與剩余的膠凝材料、剩余的水以及減水劑，混合并攪拌5-7min，得到所述高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料。

20、有益效果：本發(fā)明提出了一種“兩步法”制備工藝，該制備工藝分為陳化包覆、再攪拌兩個步驟。在陳化包覆這一步驟，預先加入的部分膠凝材料可在生土顆粒表面形成一層凝膠包覆層，一方面增強土顆粒間的緊密粘結(jié)，另一方面，還能降低生土顆粒之間的接觸面積及其對水的吸附，從而在體系中釋放出更多的自由水，提高生土材料的流動性，使制備得到的固化生土材料更適于澆筑施工。

21、優(yōu)選的，所述養(yǎng)護的操作為：

22、在密封，溫度為20±2℃，相對濕度大于95％的條件下放置3天。

23、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術效果：

24、本發(fā)明利用脫硫石膏、電石渣、礦渣粉和赤泥等工業(yè)固廢組成全固廢膠凝體系，替代當前常用的水泥、石灰、聚磷酸鹽、聚季銨鹽、水玻璃，在提高生土材料力學性能和耐久性的同時，具備顯著的低碳環(huán)保效益和成本優(yōu)勢；且采用陳化包覆-再攪拌的“兩步法”制備工藝，在生土顆粒表面預先形成凝膠包覆層，釋放出更多的自由水，制備出高流態(tài)的固化生土材料。

技術特征：

1.一種凝膠材料，其特征在于，按照重量份數(shù)計，原料包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的凝膠材料，其特征在于，所述脫硫石膏的平均粒徑小于50μm。

3.根據(jù)權利要求1所述的凝膠材料，其特征在于，所述電石渣中的cao含量大于60％，平均粒徑小于8μm。

4.根據(jù)權利要求1所述的凝膠材料，其特征在于，所述礦渣粉的比表面積≥400m2/kg，28d活性指數(shù)≥95％。

5.根據(jù)權利要求1所述的凝膠材料，其特征在于，所述赤泥為拜耳法赤泥，其ph值小于12.5，平均粒徑小于15μm。

6.一種高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料，原料包括生土，減水劑和水，其特征在于，原料還包括權利要求1-5任一項所述的凝膠材料。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料，其特征在于，按照質(zhì)量份數(shù)計，原料包括：

8.一種如權利要求6或7所述的高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料的制備方法，其特征在于，將所述原料進行陳化包覆和攪拌處理，制備得到所述工業(yè)固廢固化生土材料。

9.根據(jù)權利要求8所述的高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權利要求9所述的高性能、高流態(tài)的工業(yè)固廢固化生土材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述養(yǎng)護的操作為：

技術總結(jié)
本發(fā)明提出了一種凝膠材料、包含其的工業(yè)固廢固化生土材料及其制備方法，屬于建筑材料技術領域，本發(fā)明利用脫硫石膏、電石渣、礦渣粉和赤泥等工業(yè)固廢組成全固廢膠凝體系，與生土，減水劑和水混合，通過兩步法“陳化包覆?攪拌”在不額外引進添加劑的前提下即可制備出適合澆筑施工的高流態(tài)和高性能的工業(yè)固廢固化生土材料。即該工業(yè)固廢固化生土材料具備工作性好、力學性能高、耐久性好、綠色環(huán)保、成本低廉、制備工藝簡單的優(yōu)點，促進其在資源相對短缺、經(jīng)濟相對落后地區(qū)的使用，還可利用其處理工程泥漿，使其應用于管廊、臨時地面硬化、道路等填充工程。

技術研發(fā)人員：李輝,迂晨,朱繪美,常寧
受保護的技術使用者：西安建筑科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9