一种利用花岗岩锯泥的胶凝材料及其制备方法与流程

1.本发明属于石材加工废料资源化技术领域，具体涉及一种利用花岗岩锯泥的胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

2.花岗岩锯泥是花岗岩石材加工过程中产生的切割尾料，随着石材行业的发展，花岗岩锯泥储存量与日俱增。在“中国花岗岩之乡”——湖北麻城，未消耗的花岗岩锯泥储量达到3000万吨，且每年还以600万吨的速度增长。花岗岩锯泥具有质地细、高含水、高粘性等特点，从而难以处理，但随意的堆放会对土地资源和水资源造成严重的污染，晴天水分蒸发后遇风四处飘扬，对空气也会造成严重的污染，给当地生态环保工作造成压力，亟需“变废为宝”的新技术。
3.花岗岩锯泥的主要成分为sio2和al2o3，其中sio2含量能达到70％以上。有许多研究人员尝试将花岗岩锯泥直接作为混凝土的矿物掺和料来使用，但是花岗岩锯泥中的sio2和al2o3为结晶形sio2、al2o3，不具备凝胶活性，直接作为矿物掺合料使用时只能起到填充作用。目前针对此类高硅铝矿物活性偏低的问题，常采用碱性激发的办法，但采用碱性激发的粉料在水化反应过程中，会增加水化物的碱度，游离的ca(oh)2含量增加，使得混凝土的耐久性能降低，同时碱性激发后的混凝土还存在潜在的碱骨料反应危险。
4.为此，本发明以花岗岩锯泥为主要原料，采用有机激发的办法增强其凝胶活性制备胶凝材料，符合国家环保及固体废物资源化利用的需求。

技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种利用花岗岩锯泥的胶凝材料及其制备方法，以花岗岩加工产生的切割尾料花岗岩锯泥为主要原料，采用有机激发增强花岗岩锯泥的凝胶活性，提升花岗岩锯泥作为矿物掺和料的利用率，实现花岗岩锯泥高效利用。
6.为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种利用花岗岩锯泥的胶凝材料，所述胶凝材料包括以下质量份数的原料：水泥30～70份、花岗岩锯泥40～120份、有机硅膨润土5～30份、沸石3～8份、草炭3～8份、甲基二乙醇胺10～60份、水40～70份、减水剂1～7份。
7.上述方案中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
8.上述方案中，所述花岗岩锯泥的粒径为1～45μm，含水量为4～7％，其sio2和al2o3含量之和为85～90％。
9.上述方案中，所述有机硅膨润土的粒径为19～44μm，其蒙脱石含量为85～95％。
10.上述方案中，所述沸石的粒径为80～120μm，其sio2含量为55～65％。
11.上述方案中，所述草炭的粒径为0.6～1.2mm，密度为1.1～1.5g/cm3，其有机质含量为50～70％，粗纤维含量为10～15％，腐殖酸含量为25～35％。
12.上述方案中，所述甲基二乙醇胺的纯度为95％～99％，含水量＜1％。
13.上述方案中，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量为25～30％。
14.本发明还提供一种利用花岗岩锯泥的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
15.1)称取水泥、花岗岩锯泥、有机硅膨润土、沸石和草炭，混合均匀，得到粉体材料；
16.2)称取甲基二乙醇胺、水和减水剂，混合均匀，得到激发溶液；将激发溶液在负压及加热条件下进行活性预激发，得到活性激发溶液；
17.3)将粉体材料和活性激发溶液混合并匀速搅拌，材料充分融合后，得到利用花岗岩锯泥的胶凝材料。
18.上述方案中，所述负压为40～60kpa，所述加热温度为60～80℃，预激发时间为15～30min。
19.上述方案中，所述慢速搅拌的搅拌速率为15～25r/min，搅拌时间为8～12min。
20.本发明的技术构思及原理是：
21.1)有机硅膨润土具有良好的疏水性、悬浮稳定性、高分散性和吸附特性，利用有机硅膨润土对花岗岩锯泥进行改性，花岗岩锯泥颗粒插入有机硅膨润土的层间结构，层间距增加，表面能增大，活性增强，同时有机膨润土疏水轻油的特性还可有效降低花岗岩锯泥的含水率，避免了花岗岩锯泥的二次晾晒、烘干处理，简化处理流程，此外，有机硅膨润土高分散性的特点也会使得颗粒较细的花岗岩锯泥在胶凝体系中得以均匀分布。
22.2)草炭是沼泽发育过程中的产物，内部含有大量的有机质、腐殖质和植物纤维；有机质带有多种活性基团(羟基、羧基、胺基等)，可促进有机激发过程中si-o键和al-o键的断裂；腐殖质中含有较多游离的腐殖酸，具有较高的反应活性(吸附作用、络合作用等)，是具有胶体性质的有机物，能够有效改善花岗岩锯泥的团粒结构及反应活性；草炭中的植物纤维由于有机硅膨润土独特的一维层状结构使其层间具有可设计的反应性，使得植物纤维的韧性增强，植物纤维在凝胶体系中互相交错，形成三维网状结构，更有利于基体强度的形成。
23.3)甲基二乙醇胺中的n和o原子具有较强的极性，n中含有一堆弧对电子，可与金属阳离子发生络合反应，矿物成分的si-o键和al-o键发生断裂和重组，使原本稳定的晶体形态转化为活跃的非晶态，在晶体内部形成无序的矿物结构，同时甲基二乙醇胺还可吸附在矿物颗粒表面，提高水化反应过程中产物分布，促进结构体系强度形成；甲基二乙醇胺的激发效果在水化后期比前期要好，因此在激发前通过负压高温的处理手段对甲基二乙醇胺进行活性预激发，负压高温状态下的自由基处于失稳状态，活性更高，同时混合溶液中的一些杂性基团还可进一步分解为羟基，具有更高的活性。
24.4)沸石粉中含有较多的活性氧化硅，可先参与水化反应，对花岗岩锯泥的水化起到诱导作用，进而加速激发花岗岩锯泥中的铝硅质氧化物参与反应生成凝胶物质。
25.5)花岗岩锯泥、有机硅膨润土、沸石粉、草炭的粒径呈阶梯式分布，粒径最大的草炭内部孔隙率较高，可吸附粒径较小的其它粉体颗粒，形成致密颗粒，同时不同粒径大小的颗粒相互填充形成整体致密结构，有效降低混凝土基体内部孔隙率，提高力学性能。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
27.1)本发明采用有机激发增强花岗岩锯泥的凝胶活性，通过有机硅膨润土对花岗岩锯泥进行初步改性处理，简化处理流程，利用甲基二乙醇胺作为主要激发剂，在激发前通过
负压高温的处理手段对甲基二乙醇胺进行活性预激发，并利用草炭中的大量有机质进行辅助激发，草炭中的植物纤维经过有机硅膨润土的增韧后形成的三维网状结构可增强混凝土基体的强度和韧性，沸石作为补充料加速水化进程，促进花岗岩锯泥中的硅铝氧化物参与反应，最终达到提升花岗岩锯泥作为矿物掺和料的利用率，实现花岗岩锯泥高效利用的目的。
28.2)本发明能够避免碱激发过程中可能产生的碱集料反应等问题，同时还能减少水泥的使用量，间接的降低混凝土生产过程中的碳排放量。
具体实施方式
29.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
30.以下实施例中，采用的水泥为po42.5普通硅酸盐水泥；采用的花岗岩锯泥为灰白粉状颗粒，粒径为15μm，含水量为5.2％，sio2和al2o3含量之和为87.2％；采用的有机硅膨润土为徳谦sd-3，粉末状，粒径为32μm，蒙脱石含量为92.6％；采用的沸石为粉末状，粒径为103μm，sio2含量为58.3％；采用的草炭为灰褐粉体，粒径为0.8mm，密度为1.31g/cm3，有机质含量为62.5％，粗纤维含量为12.8％，腐殖酸含量为27.6％；采用的甲基二乙醇胺为无油状液体，纯度为98％，含水量0.7％；采用的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为30％，固含量为25％。
31.实施例1-4
32.实施例1-4中利用花岗岩锯泥的胶凝材料由水泥、花岗岩锯泥、有机硅膨润土、沸石、草炭、甲基二乙醇胺、水和减水剂组成，各原料的质量份数见表1。
33.表1实施例1-4胶凝材料的原料组成(份)
[0034][0035]
实施例1-4中利用花岗岩锯泥的胶凝材料的制备方法为：
[0036]
1)称取水泥、花岗岩锯泥、有机硅膨润土、沸石和草炭，混合均匀，得到粉体材料；
[0037]
2)称取甲基二乙醇胺、水和减水剂，混合均匀，得到激发溶液；将激发溶液在负压及加热条件下进行活性预激发，得到活性激发溶液；
[0038]
3)将粉体材料和活性激发溶液混合并匀速搅拌，材料充分融合后，得到利用花岗岩锯泥的胶凝材料。
[0039]
表2实施例1-4胶凝材料制备过程中的主要工艺参数
[0040]
[0041][0042]
对比例1
[0043]
对比例1与实施例1的不同之处仅在于：在胶凝材料的组成和制备过程中不添加有机硅膨润土、沸石、草炭和甲基二乙醇胺。
[0044]
对比例2
[0045]
对比例2与实施例1的不同之处仅在于：在胶凝材料的组成和制备过程中不添加草炭。
[0046]
对比例3
[0047]
对比例4与实施例1的不同之处仅在于：在胶凝材料的制备过程中不对激发溶液进行活性预激发。
[0048]
对实施例1-4及对比例1-4中胶凝材料的性能进行测试，其中，扩展度测试依照gb/t 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》；抗压强度和抗折强度参照gb/t 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》；测试结果见表3。
[0049]
表3实施例1-4和对比例1-4胶凝材料的性能测试结果
[0050][0051]
表3的数据显示：扩展度在水胶比一定的情况下，随着粉体材料的增加而增大，说明各材料在浆体中分散良好，无团聚现象；对比实施例1和对比例1的数据发现，有机硅膨润土、沸石、草炭和甲基二乙醇胺添加后，能大幅提升胶凝材料的抗压强度和抗折强度，说明有机激发的方法可有效激发花岗岩锯泥潜在的凝胶活性，促进强度形成；对比实施例1和对比例2的数据发现，不添加草炭时，抗压强度有小幅降低，但降低更为明显的是抗折强度，这是由于草炭中的植物纤维具有一定程度的增韧效果；对比实施例1和对比例3的数据发现，不对激发溶液进行活性预激发时，抗压强度和抗折强度有不同幅度的降低，这说明活性预激发能够增强激发溶液的活性，从而更有效地激发花岗岩锯泥的胶凝活性。
[0052]
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

技术特征：

1.一种利用花岗岩锯泥的胶凝材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：水泥30～70份、花岗岩锯泥40～120份、有机硅膨润土5～30份、沸石3～8份、草炭3～8份、甲基二乙醇胺10～60份、水40～70份、减水剂1～7份。2.根据权利要求1所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料，其特征在于，所述花岗岩锯泥的粒径为1～45μm，含水量为4～7％，sio2和al2o3含量之和为85～90％。3.根据权利要求1所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料，其特征在于，所述有机硅膨润土的粒径为19～44μm，其蒙脱石含量为85～95％。4.根据权利要求1所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料，其特征在于，所述沸石的粒径为80～120μm，其sio2含量为55～65％。5.根据权利要求1所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料，其特征在于，所述草炭的粒径为0.6～1.2mm，密度为1.1～1.5g/cm3，其有机质含量为50～70％，粗纤维含量为10～15％，腐殖酸含量为25～35％。6.根据权利要求1所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料，其特征在于，所述甲基二乙醇胺的纯度为95％～99％，含水量＜1％。7.根据权利要求1所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量为25～30％。8.一种如权利要求1-7任一项所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取水泥、花岗岩锯泥、有机硅膨润土、沸石和草炭，混合均匀，得到粉体材料；2)称取甲基二乙醇胺、水和减水剂，混合均匀，得到激发溶液；将激发溶液在负压及加热条件下进行活性预激发，得到活性激发溶液；3)将粉体材料和活性激发溶液混合并匀速搅拌，材料充分融合后，得到利用花岗岩锯泥的胶凝材料。9.根据权利要求8所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述负压为40～60kpa，所述加热温度为60～80℃，预激发时间为15～30min。10.根据权利要求8所述的利用花岗岩锯泥的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述慢速搅拌的搅拌速率为15～25r/min，搅拌时间为8～12min。

技术总结

本发明属于石材加工废料资源化技术领域，公开了一种利用花岗岩锯泥的胶凝材料及其制备方法。所述混凝土包括以下质量份数的原料：水泥30～70份、花岗岩锯泥40～120份、有机硅膨润土5～30份、沸石3～8份、草炭3～8份、甲基二乙醇胺10～60份、水40～70份、减水剂1～7份。本发明以花岗岩加工产生的切割尾料花岗岩锯泥为主要原料，采用有机激发增强花岗岩锯泥的凝胶活性，提升花岗岩锯泥作为矿物掺和料的利用率，实现花岗岩锯泥高效利用。实现花岗岩锯泥高效利用。