胶凝材料及其应用

技术领域

本申请涉及固废利用的技术领域，尤其涉及胶凝材料及其应用。

背景技术

碱渣是氨碱法生产纯碱过程中产生的碱性废渣，呈碱性，碱渣的化学成分以CaO为主，占总量66.5％，SO

现在碱渣的资源化利用程度很低，故有效利用碱渣，变废为宝，具有明显的社会效益和经济效益，前景广阔。

矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品，我国是钢铁大国，每年高炉炼铁产生的矿渣达亿吨，矿渣的化学成分有CaO、SiO

磷石膏是磷肥产业采用湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，磷石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO

利用碱渣，矿渣等固体废物制备胶凝材料的文献资料较多，学者喻光勇等以脱硫石膏、碱渣和矿渣作为主要原料，配入一定比例的粉煤灰及适量的激发剂，制出的胶凝材料达到了复合32.5水泥的工程标准。研究发现，掺入大约15％的脱硫石膏时，胶凝材料的抗压强度最好；矿渣的掺入量越多，所制得的胶凝材料强度越好由于碱渣、矿渣和脱硫石膏均属于副产物，来源广泛、成本较低，应用于胶凝材料的制备，具有一定的成本优势。

以上相关技术中，凝胶材料的强度有待提升。

发明内容

有鉴于此，本申请提供胶凝材料及其应用，能够提高强度。

本申请提供一种胶凝材料，包含70％～90％配合料A和10％～30％配料B；其中，所述合料A成分包含10％～30％的碱渣和70％～90％的矿渣，所述配料B包含70％～80％原状磷石膏和20％～30％的热活化磷石膏。

应当说明的是，此处热活化磷石膏是指将原状磷石膏进行热处理以活化所得，鉴于热活化的操作过程已为本领域技术人员所了解，在此略述。热活化的温度优选为260～500℃。

可选地，还包含减水剂，所述减水剂比配合料A的0.5％～2％。

可选地，水占比配合料A质量的25％～35％。

第二方面，本申请提供一种如上述胶凝材料的应用，应用于回填矿山采空区的注浆。

本申请的凝胶材料，碱渣中的氧化钙组分含量高，而矿渣含量成分上和水泥相同，但其氧化钙含量比起水泥较低，故需要利用碱渣的高氧化钙组分来激发矿渣的高活性，碱渣中存在的大量活化钙离子与矿渣组分混合可以发挥出比单一组分更优良的水硬性胶凝性质。热活化的磷石膏与水发生的水化反应时间短而且可以为胶凝材料提供很好地强度支撑，通过热活化磷石膏与原状磷石膏混合来增加热活化磷石膏凝固时间，且磷石膏提供硫酸钙参与胶凝材料的水化过程，材料中同时含有CaO、SiO

具体实施方式

下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

<原料来源及具体形式>

如本文所用，碱渣来源于中国武汉某纯碱工厂的固废产物，矿渣购于昂国集团旗下全资子公司微神科技的为S95级磨细矿渣粉，原状磷石膏来源于湖北三宁化工股份有限公司，减水剂为聚羧酸系高效减水剂、HSB脂肪族高效减水剂或萘系高效减水剂。

<胶凝材料在回填矿山采空区的注浆的应用>

(1)材料准备：碱渣废物需要粉碎机粉碎过2mm筛，购买的矿渣产品本身为粉末状，原状磷石膏可能存在结块情况则需要粉碎机粉碎过2mm筛，热活化磷石膏为工厂加工处理后的产品本身为粉末状，试验开始前将碱渣，矿渣在65℃恒温干燥箱中储存备用。

(2)配料：按比例将碱渣与矿渣混合搅拌3～5min保证充分混合，配合料A成分占比：10％～30％的碱渣，70％～90％的矿渣，减水剂占比配合料A的0.5％～2％，水占比配合料A质量的25％～35％，配合料B按比例将原状磷石膏与热活化磷石膏混合，配合料B成分占比为原状磷石膏70％～80％，热活化磷石膏(热活化温度为260～500℃)占混合料B质量的20％～30％，将配合料A与配合料B投入搅拌器中搅拌混合均匀得到混合料AB，配合料A占混合料AB的70％～90％，配合料B占混合料AB的10％～30％。

(3)搅拌：按比例掺自来水于搅拌器中搅拌，同时加入减水剂再搅拌2～5min。

(4)充填：充填料浆从砂仓放出，通过充填管路进入采场充填。布置管道时考虑管路总长度与充填管路入口至出口的高度差之比，实现自流输送或者采取加压措施。

<实施及比较>

按照前文所说明的胶凝材料的应用方法，按照以下各实验组的配方制备不同的矿山回填区充填样品。

实验组1

(热活化温度260～300℃)

混合料AB由70％配合料A和30％的配合料B组成，配合料A由20％碱渣、80％矿渣组成，配合料B由70％的原状磷石膏和30％热活化磷石膏组成。

实验组2

(热活化温度300～450℃)

混合料AB由70％配合料A和30％的配合料B组成，配合料A由30％碱渣、70％矿渣组成，配合料B由70％的原状磷石膏和30％热活化磷石膏组成。

实验组3

(热活化温度450～500℃)(对比原状、热活化磷石膏作用)

混合料AB由80％配合料A和20％的配合料B组成，配合料A由30％碱渣、70％矿渣组成，配合料B由100％脱硫石膏组成。

实验组4

(热活化温度450～500℃)(对比热活化磷石膏作用)

混合料AB由80％配合料A和20％的配合料B组成，配合料A由30％碱渣、70％矿渣组成，配合料B由100％的原状磷石膏组成。

实验组5

(热活化温度450～500℃)

混合料AB由80％配合料A和20％的配合料B组成，配合料A由30％碱渣、70％矿渣组成，配合料B由70％的原状磷石膏和30％热活化磷石膏组成。

实验组6

(热活化温度300～450℃)

混合料AB由65％配合料A和35％的配合料B组成，配合料A由35％碱渣、65％矿渣组成，配合料B由70％的原状磷石膏和30％热活化磷石膏组成。

实验组7

(热活化温度450～500℃)

混合料AB由60％配合料A和40％的配合料B组成，配合料A由35％碱渣、65％矿渣组成，配合料B由80％的原状磷石膏和20％热活化磷石膏组成。

实验组8

(热活化温度300～450℃)

混合料AB由60％配合料A和40％的配合料B组成，配合料A由35％碱渣、65％矿渣组成，配合料B由80％的原状磷石膏和20％热活化磷石膏组成。

实验组9

(热活化温度260～300℃)

混合料AB由60％配合料A和40％的配合料B组成，配合料A由35％碱渣、65％矿渣组成，配合料B由由80％的原状磷石膏和20％热活化磷石膏组成。

<评价>

在常温常压下进行如下测试，根据《磷石膏建筑材料应用统一技术规范》及《固废基胶凝材料应用技术规程》所给的技术规范要求进行固废材料的处理和配比，以及水化率、凝固时间和抗压强度的测试，根据《JC/T2478-2018矿山采空区充填用尾砂混凝土》所给的技术要求进行胶凝材料的充填，参照文献利用碱性固体废弃物碱渣(SR)和电石渣(CS)协同活化磨粒高炉矿渣(GGBS)和粉煤灰(FA)。Guo W,Zhang Z,Bai Y,et al.Development andcharacterization of anew multi-strength level binder system using sodaresidue-carbide slag as composite activator[J].Construction and BuildingMaterials,2021,291:123367。

测试结果表

由以上表格可以看出：

1、实验组3、实验组4的3d抗压强度、7d抗压强度要明显低于实验组5，这充分说明了原状磷石膏、热活化磷石膏二者之间的协同作用以及热活化温度的提高对强度提升所产生的技术贡献；

2、实验组7的3d抗压强度、7d抗压强度要明显高于实验组8、9，这充分说明实验组7中热活化磷石膏的特定的热活化温度对抗压强度所产生的技术贡献。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。