粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料及其制备方法

本发明涉及固废资源再利用和绿色低碳胶凝材料，具体涉及一种粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

1、根据注浆材料的原材料进行分类可以分为水泥基注浆材料和化学注浆材料两大类。水泥基注浆材料主要是以水泥为主要成分，而水泥生产过程中还会排放大量的温室气体，每生产1t水泥熟料因燃煤和石灰石分解会排放出1tco2，其存在能耗高、污染环境等缺点，势必会对生态环境构成威胁，严重阻碍我国建设资源节约型和环境友好型社会的发展进程。化学注浆材料主要是以各种化学树脂(如环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等)、对于化学材料而言，除了水玻璃(na2sio3)外，所有化学浆材(环氧树脂类、丙烯酸盐类、酚醛树脂类、聚氨酯类等)都是有毒的。因而，研究节能减排、生态环保、经济高效的新型注浆材料意义重大。

2、有些微生物可以在无氧环境通过酶化作用或者在有氧环境下的呼吸作用使其细胞壁产生碳酸钙沉积，该技术应用于石材和普通水泥基材料的修复和性能改善。有人在粉煤灰改性砂浆中内掺芽孢杆菌，结果表明沉积在普通混凝土表面的方解石沉淀可提升其抗渗性能。

3、地质聚合物是一种无机聚合物材料，由硅酸盐和铝酸盐矿物通过化学反应在碱性环境中合成。这种材料具有类似于传统水泥的结构和性能，但其生产过程产生的二氧化碳排放量要低得多。通过对石膏、石灰、矿渣、粉煤灰等工业废弃材料进行研究，得出了其作为注浆材料具有良好的性能与潜力。目前关于地聚物的研究主要集中在原材料和碱激发材料上，其中原材料主要为矿渣、粉煤灰、石膏、煤矸石等，碱激发材料主要为水玻璃。因此对地聚物固化土作为注浆材料进行研究，可实现废弃物资源化利用和建设成本降低，降低能耗co2排放，对环境有益，对我国现阶段发展具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料及其制备方法。

2、本发明第一目的在于提供一种粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料，包括以下质量份数的组分：

3、粉煤灰66～80份；

4、高炉粒化矿渣28～36份；

5、激发剂6～7份；

6、溶剂47～56份；

7、芽孢杆菌3～10份；

8、所述激发剂为水玻璃溶液和氢氧化钠颗粒混合制得的改性水玻璃，所述改性水玻璃的模数为1.2～1.6。

9、优选的，芽孢杆菌为巴氏芽孢杆菌；

10、所述水玻璃溶液包括如下质量分数的组分：29.5～30.0％二氧化硅、13.5～14.0％氢氧化钠和56.0～56.5％水。

11、优选的，粉煤灰的颗粒粒径1～100μm，比表面积为300～420m2/kg或密度为1.8～2.3g/cm3。

12、优选的，高炉粒化矿渣的颗粒粒径为0.01～120μm，比表面积为400～500m2/kg或密度为2.67～3.33g/cm3。

13、优选的，溶剂为水，ph值≥4.5；所述激发剂中氢氧化钠颗粒为分析纯级别，其中固含量为95～99％。

14、优选的，改性水玻璃模数为1.3。

15、优选的，粉煤灰70份、所述高炉粒化矿渣30份、所述激发剂6.5份、所述溶剂48份、所述芽孢杆菌5份。

16、本发明第二目的在于提供一种粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料的制备方法，具体包括如下步骤：

17、s1.按照各重量份数称取粉煤灰、高炉粒化矿渣、水玻璃溶液、氢氧化钠颗粒、溶剂和芽孢杆菌；

18、s2.将氢氧化钠颗粒缓慢掺入到水玻璃溶液中，掺入过程不停搅拌放热至完全溶解，待溶液稳定后覆膜冷却至常温，制备得激发剂；

19、s3.将粉煤灰和高炉粒化矿渣充分搅拌3～5min，直至混合均匀；

20、s4.将激发剂和溶剂加入至步骤s3的混合粉料中搅拌，直至浆液搅拌均匀；

21、s5.配制芽孢菌菌液，接种至步骤s4混合浆液中，再次搅拌3～5min直至完全搅拌均匀，即得到粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料。

22、优选的，步骤s3、s4和s5所述的搅拌，转速为110～130r/min。

23、优选的，芽孢杆菌菌液为巴氏芽孢杆菌菌液，所述巴氏芽孢杆菌菌液的脲酶活性1.6mm urea hydrolysed/min。

24、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

25、现有技术中常使用水泥基胶凝材料加固软弱土层，会面临着高能源消耗和碳排放增加问题，对生态环境造成多重负面影响。本发明使用粉煤灰是混凝土破碎时产生的粉末，能促进废弃混凝土的利用，实现废弃物再利用有利于节约能耗，部分替代水泥；结合高炉矿渣、碱激发制成地聚物胶凝材料用于软土加固也能达到与水泥基胶凝材料相当的固化效果，可有效解决固废资源存放和资源化应用经济性问题；并且在胶凝材料中加入芽孢杆菌菌液联合生物固结法能极大弥补地聚物胶凝材料欠缺的延性，更好的提升其抗渗性；固化效果好。综上，本发明为兼具凝结流动特性和力学强度特性的高性能材料，取材简易经济，施工快捷方便，固化效果可靠稳定。

技术特征：

1.粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：

2.根据权利要求1所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料，其特征在于：所述芽孢杆菌为巴氏芽孢杆菌；

3.根据权利要求2所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料，其特征在于：所述粉煤灰的颗粒粒径1～100μm，比表面积为300～420m2/kg或密度为1.8～2.3g/cm3。

4.根据权利要求3所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料，其特征在于：所述高炉粒化矿渣的颗粒粒径为0.01～120μm，比表面积为400～500m2/kg或密度为2.67～3.33g/cm3。

5.根据权利要求4所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料，其特征在于：所述溶剂为水，ph值≥4.5；所述激发剂中氢氧化钠颗粒为分析纯级别，其中固含量为95～99％。

6.根据权利要求5所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料，其特征在于：所述改性水玻璃模数为1.3。

7.根据权利要求6所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料，其特征在于：所述粉煤灰70份、所述高炉粒化矿渣30份、所述激发剂6.5份、所述溶剂48份、所述芽孢杆菌5份。

8.权利要求1-7任意一项所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s3、s4和s5所述的搅拌，转速为110～130r/min。

10.根据权利要求9所述的粉煤灰-矿渣基地聚物胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述芽孢杆菌菌液为巴氏芽孢杆菌菌液，所述巴氏芽孢杆菌菌液的脲酶活性1.6mm ureahydrolysed/min。

技术总结本发明涉及固废资源再利用和绿色低碳胶凝材料技术领域，具体涉及一种粉煤灰‑矿渣基地聚物胶凝材料及其制备方法。材料包括粉煤灰66～74份、高炉粒化矿渣28～32份、激发剂6～7份、溶剂47～52份、芽孢杆菌3～7份。制备时优先制备激发剂，再与粉煤灰和高炉粒化矿渣混合，最后接种芽孢杆菌，充分搅拌混合形成粉煤灰‑矿渣基地聚物胶凝材料。优点在于：部分替代水泥；可有效解决固废资源存放和资源化应用经济性问题；兼具凝结流动特性和力学强度特性的高性能材料，取材简易经济，施工快捷方便，固化效果可靠稳定；引入微生物，更好的提升其抗渗性；固化效果好。技术研发人员：王志佳,张友良,段书苏,李豪杰,冯志升,许洪清,李磊,候志强受保护的技术使用者：海南大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18