一种基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料及其制备和应用

本发明涉及建筑材料，具体而言，涉及一种基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料及其制备和应用。

背景技术：

1、循环流化床粉煤灰是一种特殊的粉煤灰，是在循环流化床燃煤过程中产生的工业副产品。破碎后的循环流化床粉煤灰极细，易在空气中扩散。研究表明，长期暴露于含有循环流化床粉煤灰的环境中可能会对人类健康产生不良影响。循环流化床粉煤灰的大面积堆放不仅占用大量土地，还会导致农田盐碱化，不利于作物生长。长时间堆积还可能渗入水中，对植物生长和土壤系统造成严重威胁。我国每年的循环流化床粉煤灰排放量高达0.8-1.5亿万吨，大量的排放对环境造成了严重影响，迫切需要进行处理。然而，由于循环流化床粉煤灰的形成温度（800-900℃）低于普通粉煤灰（1300-1500℃），导致其火山灰活性较低，且颗粒粗大，无规则形状，因此在建筑领域的应用相对较少。

2、因此，发明一种基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料对于解决循环流化床粉煤灰的环境污染问题，以及寻找其有效的利用途径，具有重大的现实意义。

技术实现思路

1、大量的粉煤灰如不加以处理，会产生扬尘，污染大气，对人体健康危害很大；排入河道水系会造成河流淤塞，污染水质。当前，对粉煤灰的处置方法主要有两种：土地填埋、贮灰池存储。然而，这两种方法都存在潜在的环境风险。土地填埋可能导致土壤污染和地下水污染，而贮灰池存储则可能引发二次污染，如泄漏和溢出。因此，寻找一种既能解决环境污染问题，又能有效利用循环流化床粉煤灰的方法成为了当务之急。本发明提出了一种基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料及其制备和应用，旨在解决上述问题。

2、本发明提出了一种基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，按质量份数计，所述基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料包括以下组分：

3、水50-60份、碱激发剂1-3份、循环流化床粉煤灰70-90份以及水泥10-30份、纤维素1-3份、硅酸盐微珠1-5份、纳米碳酸钙0.5-2份和天然胶黏剂0.5-2份。

4、优选的，所述碱激发剂为硅酸钠、水玻璃、氢氧化钠中的任意一种，其质量浓度为0.5%-2.5%；

5、所述循环流化床粉煤灰的粒径小于0.15mm，且其含碳量小于10%；

6、所述水泥为普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5级；

7、所述纤维素为木质素磺酸钠或羧甲基纤维素钠；

8、所述硅酸盐微珠的平均粒径为5-20μm，且其纯度大于95%；

9、所述纳米碳酸钙的平均粒径小于100nm，且其纯度大于98%；

10、所述天然胶黏剂为植物胶。

11、优选的，所述循环流化床粉煤灰为高钙粉煤灰，cao含量大于35%。

12、优选的，所述植物胶的制备方法包括：

13、将木薯浸泡于水中至少16h，然后破碎、榨汁，得到木薯汁，将木薯汁进行酶解处理，得到酶解液，再将酶解液与甲醛进行缩合反应，得到所述植物胶。

14、优选的，将木薯汁进行酶解处理时，具体包括：

15、将木薯汁加热至40-60℃，然后加入果胶酶和纤维素酶，持续搅拌酶解2-4小时，使木薯汁中的果胶和纤维素被水解；酶解结束后，去除酶解产生的沉淀物，得到澄清的酶解液。

16、优选的，酶解液与甲醛进行缩合反应时，包括：

17、将酶解液与甲醛进行缩合反应，反应条件为温度60-80℃，反应时间2-4小时，反应结束后得到所述植物胶。

18、本发明还提出了一种任一所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料的制备方法，包括：

19、将水、碱激发剂混合均匀；然后加入循环流化床粉煤灰、水泥，充分搅拌，使各组分充分混合；接着，将纤维素、硅酸盐微珠、纳米碳酸钙和天然胶黏剂加入，继续搅拌，直至各组分均匀混合，得到基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料。

20、优选的，将纤维素、硅酸盐微珠、纳米碳酸钙和天然胶黏剂加入，继续搅拌时，所述搅拌的方式包括：

21、先慢搅60s，暂停15s，刮掉搅拌锅壁浆体，继续快搅60s；

22、所述慢搅和快搅的搅拌转速分别为100-120r/min和280-300r/min；所述快搅结束后，保持搅拌转速为280r/min，继续搅拌30s。

23、本发明还提出了一种任一所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料在制备工程建筑材料中的应用。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

25、1.本发明通过采用碱激发循环流化床粉煤灰作为主要的胶凝材料，不仅充分利用了工业废弃物，降低了环境负担，而且通过碱激发剂的作用，使得粉煤灰中的活性组分得以充分激发，提高了胶凝材料的性能。

26、2.循环流化床粉煤灰的高钙特性以及纳米碳酸钙的加入，增强了胶凝材料的强度和硬度，使得制备的混凝土具有更高的抗压、抗折强度。

27、3.通过特定的植物胶制备方法，得到的植物胶与硅酸盐微珠、纳米碳酸钙等组分的协同作用，进一步提高了胶凝材料的黏结性、抗渗性和耐久性。

28、4.本发明的制备方法简单易行，操作方便，适合工业化生产。同时，制备过程中通过合理的搅拌方式和搅拌转速，确保了各组分的均匀混合，提高了产品的稳定性。

29、5.本发明的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料具有广泛的应用前景，可用于建筑、道路、桥梁等土木工程领域，为工程结构的长期稳定和安全提供了可靠的保障。

30、综上所述，本发明的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，通过精心设计的组分和制备方法，使得其具有良好的工作性能和强度特性。其中，碱激发剂的使用，可以有效地激发循环流化床粉煤灰的活性，提高其利用率，降低环境污染。同时，循环流化床粉煤灰的加入，不仅可以增加材料的强度，还可以改善其耐久性。此外，纤维素、硅酸盐微珠、纳米碳酸钙和天然胶黏剂的加入，进一步提高了材料的密实性和强度。本发明的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，通过优化组分配比和制备工艺，实现了高性能、环保和可持续发展的目标。同时，本发明的植物胶制备方法简单易行，原料来源广泛，为基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料的制备提供了有力的支持。本发明对于推动循环经济和绿色建筑的发展具有重要意义。本发明提供的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，不仅可以广泛应用于土木工程、建筑工程等领域，还可以为工业废弃物的综合利用提供新的途径，具有良好的经济效益和社会效益。同时，本发明的制备方法简单易行，可工业化生产，具有较强的实用价值。

技术特征：

1.一种基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，其特征在于，按质量份数计，所述基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，其特征在于，所述碱激发剂为硅酸钠、水玻璃、氢氧化钠中的任意一种，其质量浓度为0.5%-2.5%；

3.根据权利要求2所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，其特征在于，所述循环流化床粉煤灰为高钙粉煤灰，cao含量大于35%。

4.根据权利要求2所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，其特征在于，所述植物胶的制备方法包括：

5.根据权利要求4所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，其特征在于，将木薯汁进行酶解处理时，具体包括：

6.根据权利要求4所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，其特征在于，酶解液与甲醛进行缩合反应时，包括：

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料的制备方法，其特征在于，将纤维素、硅酸盐微珠、纳米碳酸钙和天然胶黏剂加入，继续搅拌时，所述搅拌的方式包括：

9.一种根据权利要求1-6任一项所述的基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料在制备工程建筑材料中的应用。

技术总结本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料及其制备和应用，按质量份数计，所述基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料包括以下组分：水50‑60份、碱激发剂1‑3份、循环流化床粉煤灰70‑90份以及水泥10‑30份、纤维素1‑3份、硅酸盐微珠1‑5份、纳米碳酸钙0.5‑2份和天然胶黏剂0.5‑2份。本发明基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料，通过优化组分配比和制备工艺，实现了高性能、环保和可持续发展的目标。同时，本发明的植物胶制备方法简单易行，原料来源广泛，为基于循环流化床粉煤灰的水泥胶凝材料的制备提供了有力的支持。技术研发人员：张婷婷,韩俊南,杨洁受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11