[发明专利]利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料及其制备工艺

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料及制备工艺，属于无机非金属材料及环境保护技术领域。

(二)背景技术：

目前国内外有大量的工程需要高固水能力、高膨胀性且具有一定胶凝能力的胶凝材料。如地基处理的软土固化工程，软土在我国分布很广，对软土地基的处理是进行土木工程建设必须首先解决的关键问题，软土固化技术(如深层搅拌桩)是应用最为广泛的、经济效益较高的地基加固技术，而固化胶凝材料的选择是影响技术经济效益的重要因素；采矿工程中的巷道支护、采空区充填、壁后充填支护、及锚喷支护等工程也需要大量的具有一定胶凝能力且高膨胀性、快速凝结的胶凝材料；地下空洞充填工程、注浆堵漏等工程需要大量具有高膨胀性、快速凝结的胶凝材料；城市污泥、河道疏浚淤泥等也需要高固水、高膨胀填孔且具有一定胶凝能力的胶凝材料实现其对环境的无害化处理。由此可见，对低成本、高膨胀性且具有一定胶凝能力的胶凝材料的需求量是巨大的。

目前国内外在这些工程中普遍使用的是硅酸盐系列水泥。研究表明，硅酸盐系列水泥在固化软土时有较大的缺陷，尤其是在固化高含水量软土时效果更差，如不能为固化土水化硬化提供足够的碱度环境、不能产生大量的膨胀性水化物填充密实土结构、不能大量将土内自由水消耗变成结合水等，从而造成使用硅酸盐系列水泥固化剂时，用量过大，费用较高，加固效果不佳。硅酸盐系列水泥胶凝材料在采矿工程、地下空洞充填工程、注浆堵漏等工程也存在一定的问题，如凝结时间较慢、用量较大、导致费用较高，同时水泥在生产制备过程中也对环境产生污染。国内虽然有可以快速凝结的胶凝材料，但是该材料制作成本较大，费用较高，在这些需要量大的工程中应用极不合适。由此可见，必须寻求一种低成本、低能耗制备满足这些特殊工程需要的胶凝材料。

(三)发明内容：

本发明的目的是针对上述胶凝材料的不足，提出一种利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料及其制备工艺，以制备出低成本、快速凝结、承载力更强的胶凝材料。

本发明一种利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料，其具体包括三种组分：1、组分(i)。该组分由三种成分构成：①成分一：粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石、赤泥渣等含硅铝酸盐成分的工业废渣中的一种或多种组合，也可以是含硅铝酸盐成分的天然材料，其掺量占组分(i)总质量的30-70％；②成分二：磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，或天然石膏中，其掺量占组分(i)总质量的10-50％；③成分三：电石渣、碱渣、生石灰或熟石灰中的一种或多种组合，其掺量占组分(i)总质量的15-50％。；(2)组分(ii)。原料是生石灰或熟石灰、电石渣、矿渣、钢渣、煤矸石、硅酸盐系列水泥中的一种或多种组合，磨细至比表面积200-500m²/kg；(3)组分(iii)。原料是磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，或天然石膏，磨细至比表面积200-500m²/kg。

各组分所占的质量比例分别为：30-75％的组分(i)、5-40％组分(ii)、5-40％组分(iii)。各组分可均匀混合后备用，也可以使用时将各组分分别加到预处理料中使用。

其中，该高膨胀性胶凝材料可用于处理超高含水量软土、饱和软土及非饱和软土等地基工程；处理巷道支护、采空区充填、壁后充填支护、锚喷支护等采矿工程；用于地下工程、地下空洞充填、注浆堵漏等；固化城市下水道污泥、湖泊河道疏浚淤泥；作为建材行业中的膨胀剂等。

其中，该胶凝材料各组分可均匀混合后备用，也可以使用时将各组分分别加到预处理料中使用；在应用时，与预处理材料的质量掺入比为2-100％。

本发明一种利用工业废渣制备复合型高膨胀性胶凝材料的制备工艺如下：(1)首先将组分(i)的三种原材料称量、拌合拌匀；然后将拌合拌匀后的三种原料经过4小时～10天的50-100℃蒸汽养护，养护期间可以采用研磨辅助手段以提高反应速率；最后在400-1000℃的高温下煅烧0.5-24小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积200-500m²/kg，得到组分(i)；(2)将组分(ii)和组分(iii)的原料分别烘干、磨细至比表面积200-500m²/kg，得到组分(ii)、组分(iii)；(3)将质量比的30-75％组分(i)、质量比的5-40％组分(ii)和质量比的5-40％组分(iii)均匀混合，便得到复合型高膨胀性胶凝材料。