一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料

本发明涉及碱激发材料的，特别涉及一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料。

背景技术：

1、在建筑材料领域，碱激发材料(alkali-activated materials,aam)因其环境友好性和优异的力学性能而受到重视。短切纤维的加入可以显著提高碱激发材料的抗裂性和韧性，从而增强其在结构应用中的安全性和可靠性。借鉴高延性水泥基复合材料的设计理念，在碱激发材料中引入适量的短切纤维，研制出了高延性碱激发复合材料。

2、然而，碱激发材料的制备过程普遍依赖于化学激发剂，如氢氧化钠(naoh)和硅酸钠(na2sio3)，这些传统激发剂具有高腐蚀性和潜在的环境危害，对操作人员健康和周围生态系统构成威胁。此外，传统碱激发剂的生产和使用过程中的能耗和碳排放，也与可持续发展的目标相悖。赤泥是铝土矿冶炼过程中的副产品，其生成伴随着大量的高碱性溶液使用，如氢氧化钠(naoh)溶液。全球范围内，赤泥的产生量庞大，其强碱性质和含有的重金属元素使其成为一种难以处理的工业废弃物。赤泥的不当处置可能导致重大的环境和生态问题，如土壤和水体污染。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，有效地利用赤泥中的碱性成分，减少了对传统化学碱激发剂的依赖，同时实现了对这一工业废弃物的再利用，降低了环境影响和制造成本。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，包括：

2、赤泥20-40份，矿渣粉20-30份，微硅粉5-7份，砂12-15份，化学激发剂8-17份，外加剂0.1-0.2份，纤维1-2份，拌合水12-15份。

3、优选的，按赤泥取代碱的比例，取代比例10％，按照重量份数计，包括以下各组分：赤泥25.6份，矿渣粉25.9份，微硅粉6份，砂14份，碱激发剂14.5份，外加剂0.1份，纤维1份，拌合水12.9份。

4、优选的，按赤泥取代碱的比例，取代比例20％，按照重量份数计，包括以下各组分：赤泥28.9份，矿渣粉24.9份，微硅粉5.8份，砂13.5份，碱激发剂12.4份，外加剂0.1份，纤维1.1份，拌合水13.3份。

5、优选的，按赤泥取代碱的比例，取代比例40％，按照重量份数计，包括以下各组分：赤泥36份，矿渣粉22.8份，微硅粉5.2份，砂12.3份，碱激发剂8.5份，外加剂0.1份，纤维1.3份，拌合水13.8份。

6、优选的，化学激发剂成分由naoh和液体na2sio3组成，其激发模数为0.9～1.2，naoh和液体na2sio3混合重量比例为naoh：na2sio3＝4.0:1～4.5:1，且naoh纯度≥90％，液体na2sio3模数≥2。

7、优选的，化学激发剂为提前12h制备，制备后应密封、冷却备用，冷却后温度≤35℃。

8、优选的，赤泥既是基体，又有与化学激发剂复合激发的作用，且赤泥的组分随化学激发剂组分的减少而增加，其计算方法是：减少的化学激发剂中的na2o含量等于增加的赤泥中的na2o含量；

9、赤泥为拜耳法赤泥，粒径范围1～300μm，其ph值为11～13。

10、优选的，矿渣粉为粒化高炉矿渣s95级矿渣粉，粒径范围1～20μm，比表面积≥350m2/kg；

11、微硅粉sio2含量为92％，粒径范围0.1～1μm，比表面积为25m2/kg；

12、细骨料为洁净河砂，粒径范围0.1～1mm，其细度模数为1.3～1.5，含泥量为1.0％；

13、纤维为聚乙烯纤维，长径比为500，抗拉强度为3000mpa，弹性模量为110gpa。

14、优选的，外加剂为聚羧酸系，含固量≥20％，减水率≥25％，并含有引气组份质量占比为0％～0.2％。

15、一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料的制备方法，包括以下步骤：

16、s1、依次确定基体胶凝材料组成比例及用量，外加剂组分构成、比例及掺量，激发剂用量及拌合水用量；

17、s2、按重量份称取各组份制备激发剂、外加剂，备用；

18、s3、搅拌机挂浆，加入准确称量的胶凝材料及细骨料干搅1min～3min后加入激发剂、拌合水以及外加剂，继续搅拌呈流态后掺入纤维，混合均匀后浇筑成型。

19、本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明的制备方法简单，降低了生产成本、提高环境效益，还充分利用赤泥的特性变废为宝，减少了碱激发剂的使用，探寻一条“以废制宝，变废为宝”的新途径，在技术创新和环境保护方面具有重大的理论和实践意义。

技术特征：

1.一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，按赤泥取代碱的比例，取代比例10％，按照重量份数计，包括以下各组分：赤泥25.6份，矿渣粉25.9份，微硅粉6份，砂14份，碱激发剂14.5份，外加剂0.1份，纤维1份，拌合水12.9份。

3.如权利要求2所述的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，按赤泥取代碱的比例，取代比例20％，按照重量份数计，包括以下各组分：赤泥28.9份，矿渣粉24.9份，微硅粉5.8份，砂13.5份，碱激发剂12.4份，外加剂0.1份，纤维1.1份，拌合水13.3份。

4.如权利要求3所述的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，按赤泥取代碱的比例，取代比例40％，按照重量份数计，包括以下各组分：赤泥36份，矿渣粉22.8份，微硅粉5.2份，砂12.3份，碱激发剂8.5份，外加剂0.1份，纤维1.3份，拌合水13.8份。

5.如权利要求1所述的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，化学激发剂成分由naoh和液体na2sio3组成，其激发模数为0.9～1.2，naoh和液体na2sio3混合重量比例为naoh：na2sio3＝4.0:1～4.5:1，且naoh纯度≥90％，液体na2sio3模数≥2。

6.如权利要求5所述的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，化学激发剂为提前12h制备，制备后应密封、冷却备用，冷却后温度≤35℃。

7.如权利要求1所述的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，赤泥既是基体，又有与化学激发剂复合激发的作用，且赤泥的组分随化学激发剂组分的减少而增加，其计算方法是：减少的化学激发剂中的na2o含量等于增加的赤泥中的na2o含量；

8.如权利要求1所述的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，矿渣粉为粒化高炉矿渣s95级矿渣粉，粒径范围1～20μm，比表面积≥350m2/kg；

9.如权利要求1所述的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，其特征在于，外加剂为聚羧酸系，含固量≥20％，减水率≥25％，并含有引气组份质量占比为0％～0.2％。

10.如权利要求1-9所述的任一的一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种赤泥与化学激发剂复合激发的高延性、可持续工程材料，包括：赤泥20‑40份，矿渣粉20‑30份，微硅粉5‑7份，砂12‑15份，化学激发剂8‑17份，外加剂0.1‑0.2份，纤维1‑2份，拌合水12‑15份。根据本发明，有效地利用赤泥中的碱性成分，减少了对传统化学碱激发剂的依赖，同时实现了对这一工业废弃物的再利用，降低了环境影响和制造成本。技术研发人员：阚黎黎,吕罗豪,戴澜青,甘元巧受保护的技术使用者：上海理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2