| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411437715.3 | 申请日 | 2024-10-15 |
| 公开(公告)号 | CN119285285A | 公开(公告)日 | 2025-01-10 |
| 申请人 | 武汉理工大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 吴少鹏; 杨鑫馗; 许实; 陈东雨; 冯建林; 宋昱; | 第一发明人 | 吴少鹏 |
| 权利人 | 武汉理工大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 武汉理工大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：湖北省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：湖北省武汉市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：湖北省武汉市洪山区珞狮路122号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：430070 |
| 主IPC国际分类 | C04B28/00 | 所有IPC国际分类 | C04B28/00 ; C04B40/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 9 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 | 专利代理人 | 崔友明; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 钢 渣基单组分地聚物 砂浆 及其制备方法。本发明的钢渣基单组分地聚物砂浆，按重量份计，包括以下组分：钢渣粉50‑120份， 硅 铝 质固废掺和料30‑50份，固体 碱 激发剂15‑30份，钢渣细 骨料 250‑500份和 水 50‑100份；所述钢渣基单组分地聚物砂浆由所述钢渣粉、所述硅铝质固废掺和料和所述固体碱激发剂混合料经机械活化后，加入所述水和所述钢渣细骨料搅拌得到。本发明利用球磨过程中的机械活化作用和固体碱激发剂对钢渣粉和硅铝质固废前驱体的化学活化作用制备单组分地聚物，再将其与钢渣细骨料和水进行配合比设计，配制出强度和工作性能满足工程实际应用要求且成本相对较低的钢渣基单组分地聚物砂浆，且在有效降低 碳 排放的同时可提高钢渣的资源化利用率。 | ||
| 权利要求 | 1.一种钢渣基单组分地聚物砂浆，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：钢渣粉50‑ |
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| 说明书全文 | 一种钢渣基单组分地聚物砂浆及其制备方法技术领域背景技术[0002] [0003] 地聚物是一种由无机硅铝酸盐前体通过碱激发反应形成的无机聚合物。其不同于传统水泥基材料，不需要石灰或硅酸盐作为原材料，而是利用碱激发剂溶液促使硅铝质前体中的硅铝组分溶解并发生聚合反应。地聚物生产过程中产生的二氧化碳显著低于传统水泥，并且可以利用硅铝质固废(如矿渣和粉煤灰)作为原材料。 [0004] 传统地聚物由硅铝酸盐前体和碱激发溶液两部分制备而成。碱激发溶液的使用不仅会增加生产成本，其储存和运输还需要特殊的容器和条件，增加了运输和管理成本。虽然地聚物本身具有环保优势，但碱激发溶液的生产过程涉及高能耗和一定的环境污染，部分抵消了其环保效益。综合来看，碱激发溶液增加了地聚物的成本和制备难度，限制了其实际应用。 [0005] 单组分地聚物是一种通过将固体碱激发剂和地聚物前体预先配制而成的固体地聚物材料，只需添加水即可启动固化过程。与传统地聚物相比，固体形式的单组分地聚物便于储存和运输，减少了生产成本和安全隐患。中国发明专利CN111548068 B公开了一种单组分再生地聚合物水泥混凝土，该材料采用粉煤灰、矿渣粉和再生砂制备单组分地聚物混凝土，在不使用液体碱激发剂的同时提高了固体废弃物的再生利用率。中国发明专利CN115974465 A公开了一种铅锌尾矿单组分地聚物砌筑砂浆及其制备方法，采用碱热活化后的铅锌尾矿作为前驱体，配制出强度和工作性能满足工程实际应用要求的单组分地聚物砌筑砂浆。然而，上述的单组分地聚物制备工艺虽然选择了粉煤灰和矿渣等成本相对较低的固体废弃物作为前驱体，但是需要对原材料采用碱热活化等成本较高的预处理方式以提升其反应活性，这提高了生产成本。虽然选择钢渣作为前驱体能够显著降低生产成本，然而，钢渣的硅铝质组分含量相对较低，且其矿物相晶体结构复杂，胶凝活性不高，需要对其进行预活化以提高其活性，这部分抵消了使用钢渣作为前驱体带来的经济效益。因此需要一种成本相对较低的活化工艺以提升钢渣的活性。此外，上述工艺对细骨料的筛选要求严格，若能将钢渣细骨料用于制备单组分地聚物砂浆，则能在降低地聚物砂浆的生产成本的同时进一步提高钢渣的利用率。 发明内容[0006] 有鉴于此，本发明旨在提供一种钢渣基单组分地聚物砂浆，其采用钢渣粉、硅铝质固废掺和料与固体碱激发剂混合后进行高速球磨制备成钢渣基单组分地聚物，并采用钢渣细骨料生产钢渣基单组分地聚物砂浆，可有效提高钢渣的资源化利用率并配制出性能满足实际工程应用的低碳绿色砂浆材料。 [0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： [0008] 一种钢渣基单组分地聚物砂浆，按重量份计，包括以下组分：钢渣粉50‑120份，硅铝质固废掺和料30‑50份，固体碱激发剂15‑30份，钢渣细骨料250‑500份和水50‑100份；所述钢渣基单组分地聚物砂浆由所述钢渣粉、所述硅铝质固废掺和料和所述固体碱激发剂混合料经机械活化后，加入所述水和所述钢渣细骨料搅拌得到。 [0009] 可选地，所述钢渣粉和所述硅铝质固废掺和料的细度均大于300目。 [0010] 可选地，所述硅铝质固废掺和料为矿渣、粉煤灰中的一种或多种。 [0011] 可选地，所述固体碱激发剂为Na2SiO3、NaOH、Na2CO3和Na2SO4中的一种或多种。 [0013] 本发明的第二目的在于提供一种制备上述钢渣基单组分地聚物砂浆的方法，该制备方法包括以下步骤： [0014] 1)先将所述钢渣粉和所述硅铝质固废掺和料进行烘干，再与所述固体碱激发剂混合均匀后倒入装有钢球的球磨罐内并密封，放置于球磨机上高速球磨一段时间后，得到混合料A； [0015] 2)将所述混合料A与所述水和所述钢渣细骨料放置于搅拌机中搅拌3‑5min，得到钢渣基单组分地聚物砂浆。 [0016] 可选地，步骤1)中所述钢渣粉、所述硅铝质固废掺和料与所述固体碱激发剂的总质量与所述钢球的质量比为1∶3～5。 [0017] 可选地，步骤1)中所述钢球由质量比为2∶1～3∶1～2的8mm、5mm以及3mm三种直径钢球组成。 [0018] 可选地，步骤1)中所述高速球磨的转速为400‑500r/min，球磨时间为20‑30min。 [0019] 相对于现有技术，本发明所述的钢渣基单组分地聚物砂浆具有以下优势： [0020] 1、本发明的单组分地聚物制备工艺简单有效，其在机械化学活化的作用下，钢渣粉/硅铝质固废掺和料的火山灰反应活性显著提高，制备的单组分地聚物只需加水即可快速固化，并使用钢渣细骨料代替天然细骨料生产单组分地聚物砂浆，进一步提高了钢渣的资源化利用率。 [0021] 2、本发明以粒径小于5mm的钢渣作为细骨料，钢渣的棱角性丰富，且硬度高于传统天然细骨料，因此使用钢渣细骨料代替天热细骨料能够提高砂浆的力学性能。此外，钢渣是一种碱性骨料，因此其对碱性环境下的地质聚合反应没有负面影响。 具体实施方式[0022] 为使本领域技术人员更好地理解本发明技术方案及技术效果，下面将提供若干实施例，显然下文所描述的仅为实施例，其并不限制本发明的保护范围。 [0023] 实施例1 [0024] 一种钢渣基单组分地聚物砂浆，按重量份计，包括以下组分：钢渣粉70份，矿渣粉50份，Na2SiO3 30份，钢渣细骨料450份，水75份，其中，钢渣粉和矿渣粉的细度均为400目；钢渣细骨料的粒径小于5mm，游离氧化钙含量低于3％。 [0025] 上述钢渣基单组分地聚物砂浆具体通过以下方法制得： [0026] 1)先将钢渣粉和矿渣粉进行烘干，再与Na2SiO3混合均匀后倒入装有钢球的球磨罐内并密封，放置于球磨机上于500r/min转速下高速球磨20min，得到混合料A，其中，钢球由质量比为2∶3∶1的8mm、5mm以及3mm三种直径钢球组成，且钢渣粉、矿渣粉与Na2SiO3的总质量与钢球的质量比为1∶4； [0027] 2)将混合料A与水和钢渣细骨料放置于搅拌机中搅拌3‑5min，得到钢渣基单组分地聚物砂浆。 [0028] 将制备的钢渣基单组分地聚物砂浆倒入模具中制成40mm×40mm×160mm的砂浆试块，在相对湿度95％以上，环境温度20±2℃的条件下养护1天后拆模，并继续养护27天，养护龄期28d的强度为48.8MPa。 [0029] 对比例1 [0030] 本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中细骨料为天然细骨料(河砂)，也即本对比例采用河砂替代实施例1中的钢渣细骨料，其他与实施例1相同。 [0031] 将制备的单组分地聚物砂浆倒入模具中制成40mm×40mm×160mm的砂浆试块，在相对湿度95％以上，环境温度20±2℃的条件下养护1天后拆模，并继续养护27天，养护龄期28d的强度为42.6MPa。 [0032] 对比例2 [0033] 本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中不加硅铝质固废掺和料，具体地，按重量份计，包括以下组分：钢渣粉120份，Na2SiO3 30份，钢渣细骨料450份，水75份。 [0034] 将制备的单组分地聚物砂浆倒入模具中制成40mm×40mm×160mm的砂浆试块，在相对湿度95％以上，环境温度20±2℃的条件下养护1天后拆模，并继续养护27天，养护龄期28d的强度为27.8MPa。 [0035] 对比例3 [0036] 本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中不加固体碱激发剂，具体地，按重量份计，包括以下组分：钢渣粉100份，矿渣粉50份，钢渣细骨料450份，水75份。 [0037] 将制备的单组分地聚物砂浆倒入模具中制成40mm×40mm×160mm的砂浆试块，在相对湿度95％以上，环境温度20±2℃的条件下养护1天后拆模，并继续养护27天，养护龄期28d的强度为17.2MPa。 [0038] 对比例4 [0039] 本对比例与实施例1的区别在于：本对比例不机械球磨。也即本对比例的钢渣基单组分地聚物砂浆具体通过以下方法制得： [0040] 1)将烘干的钢渣粉和矿渣粉与Na2SiO3混合均匀，得到混合料A； [0041] 2)将混合料A与水和钢渣细骨料放置于搅拌机中搅拌3‑5min，得到钢渣基单组分地聚物砂浆。 [0042] 将制备的钢渣基单组分地聚物砂浆倒入模具中制成40mm×40mm×160mm的砂浆试块，在相对湿度95％以上，环境温度20±2℃的条件下养护1天后拆模，并继续养护27天，养护龄期28d的强度为28.4MPa。 [0043] 通过实施例1和对比例1的对比可知，在使用天然骨料的情况下，对比例1制备的单组分地聚物砂浆的28d抗压强度相较于实施例1降低了12.7％。这说明钢渣细骨料的加入能够提高钢渣基单组分地聚物砂浆的抗压强度。 [0044] 通过实施例1和对比例2的对比可知，在不加硅铝质固废掺和料的情况下，对比例2制备的钢渣基单组分地聚物砂浆的28d抗压强度相较于实施例1降低了43％。这说明钢渣的硅铝成分含量低，加入硅铝质固废掺和料能够提高地聚物前体中的活性硅铝质组分，加速地质聚合反应，从而提高砂浆抗压强度。 [0045] 通过实施例1和对比例3的对比可知，在不加固体碱激发剂的情况下，对比例3制备的钢渣基单组分地聚物砂浆的28d抗压强度相较于实施例1降低了54.4％。这说明在机械球磨过程中固体碱激发剂会与钢渣和硅铝质固废掺和料发生化学反应，从而提高钢渣基单组分地聚物的活性。 [0046] 通过实施例1和对比例4的对比可知，在不机械球磨的情况下，对比例4制备的钢渣基单组分地聚物砂浆的28d抗压强度相较于实施例1降低了24.7％。这说明机械活化能够显著提高钢渣和硅铝质固废掺和料的地质聚合反应活性。 |
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