[发明专利]一种胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种胶凝材料及其制备方法。方法包括：将城市生活垃圾焚烧底灰进行预处理，得到不同粒径范围的底灰粉末；选取两类粒径范围的底灰粉末进行混合，得到钙硅比在预设范围内的底灰组合；将底灰组合、碱和水混合，并搅拌后，静置，得到第一混合料；将第一混合料、氢氧化钙和矿物掺合料混合，得到第二混合料；将第二混合料与激发剂混合，并搅拌，得到胶凝浆体；将胶凝浆体进行养护，得到胶凝材料。本发明考虑到不同粒径的城市垃圾生活焚烧底灰的活性成分的差异性，通过将不同粒径范围的底灰进行组合，确保组合后底灰中钙硅比在预设范围内，这样能够优化碱激发的效果，提高制得的碱激发胶凝材料的抗压性能。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种以城市生活垃圾焚烧底灰为原料制备胶凝材料的方法及胶凝材料。

背景技术

全球人口的增长和城镇化发展，大量城市生活垃圾需要处理。焚烧使垃圾体积大大减少，减少填埋土地资源浪费，且焚烧过程产生的电能和热能可以进一步利用。焚烧后会产生数量巨大的灰渣，如何高效合理处理灰渣成为一项难题。灰渣主要成分是底灰，底灰约占灰渣质量的80％，目前底灰最主要处理方法是直接填埋。因此，需要一种安全、大规模处理和可持续化利用城市垃圾焚烧底灰方法。

发明内容

城市生活垃圾焚烧底灰主要的成分有氧化硅、氧化钙、氧化铝，城市生活垃圾焚烧底灰来源于城市生活垃圾，含有氧化硅的垃圾一般较难磨碎和烧融，该类垃圾多为玻璃、石头等；含有氧化钙的垃圾容易碾碎。因此，不同粒径的城市生活垃圾焚烧底灰粉末化学成分含量差异较大，氧化钙含量随着粒径的增大而减少，氧化硅含量随着粒径得增大而增大。

城市生活垃圾焚烧底灰组成成分复杂，生活中垃圾大部分为稳定状态的晶体，城市生活垃圾焚烧底灰难以被碱溶解，碱激发活性表现偏低，研究发现未经过粒径组合的城市生活垃圾焚烧底灰制成胶凝材料的效果偏低。

因此，本发明通过将不同粒径城市生活垃圾焚烧底灰进行组合，使组合后的底灰中钙与硅的摩尔比值(简称钙硅比)控制在一定范围内，优化碱激发底灰的活性，将底灰利用率最大化。采用上述方法制成的胶凝材料可以大量消耗城市生活垃圾焚烧底灰，具有节约土地资源、废品资源再利用、变废为宝的特点；胶凝材料具有一定的抗压强度能满足建筑工程使用，为建筑行业提供一种低碳绿色可持续发展的建筑用胶凝材料。

具体地，本发明的技术方案如下：

一种以城市生活垃圾焚烧底灰为原料制备胶凝材料的方法，其中，包括步骤：

提供城市生活垃圾焚烧底灰，将所述城市生活垃圾焚烧底灰进行预处理，得到不同粒径范围的底灰粉末；

从所述不同粒径范围的底灰粉末中选取两类粒径范围的底灰粉末进行混合，得到钙硅比在预设范围内的底灰组合，所述钙硅比是指底灰组合中钙与硅的物质的量的比值；

将所述底灰组合、碱和水混合，并搅拌后，静置，得到第一混合料；

将所述第一混合料、氢氧化钙和矿物掺合料混合，得到第二混合料；

将所述第二混合料与激发剂混合，并搅拌，得到胶凝浆体；

将所述胶凝浆体注入模具中，将所述模具密封，静置1～2天后，拆除所述模具得到块体，将所述块体进行养护，得到所述胶凝材料。

可选地，所述不同粒径范围的底灰粉末包括：粒径为0mm～2mm的底灰粉末、粒径为2mm～4mm的底灰粉末、粒径为4mm～8mm的底灰粉末、粒径为8mm～16mm的底灰粉末。

可选地，所述钙硅比在预设范围内的底灰组合，其中，所述预设范围为1～1.3，或者所述预设范围为1.4～1.5，或者所述预设范围为1.6～1.8。

可选地，所述将所述城市生活垃圾焚烧底灰进行预处理的步骤，具体包括：将所述城市生活垃圾焚烧底灰依次进行自然风化、磁选、球磨、煅烧和过筛。