一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶及其制备方法，属于固废资源利用领域。该无机胶包括矿渣微粉、粉煤灰超细粉、钢渣微粉、赤泥超细粉、复合碱激发剂、氧化石墨烯、水。所述钢渣微粉为热闷渣微粉、风淬渣微粉、铁水脱硫渣微粉、铸余渣微粉、转炉热泼渣微粉、转炉滚筒渣微粉、电炉热泼渣微粉、电炉滚筒渣微粉中的一种或多种。本发明专利技术不仅降低了现有无机胶的生产成本，而且提高了无机胶的耐高温性能与剪切力，实现耐高温与高剪切力在无机胶的一体化，大幅增强了无机胶的市场竞争力与应用范围；拓展了矿渣、粉煤灰、钢渣和赤泥的大规模、高附加值应用新思路。本发明专利技术符合相关节能环保、循环经济的政策要求。

A kind of alkali-activated solid waste inorganic adhesive with high temperature resistance and high shear force and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶及其制备方法
本专利技术属于固废资源利用领域，具体涉及一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶及其制备方法。
技术介绍
矿渣是高炉炼铁过程中的副产品，其主要成分为硅酸盐和硅铝酸盐的熔融物。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，其主要组分为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，其主要组分为CaO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、MgO、P2O5、MnO、SO3和少量游离氧化钙。赤泥是氧化铝生产过程中产生的废渣，其主要组分为CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、Na2O、MgO等。目前大量矿渣、粉煤灰、钢渣和赤泥的堆存，不仅占用宝贵土地，而且还会对周围环境和地下水造成污染。因此，如何大规模、高附加值的利用矿渣、粉煤灰、钢渣和赤泥，实现环境减负，企业增效，是一个迫切需要解决的问题。粘贴碳纤维布加固混凝土结构主要使用碳纤维布和粘贴用胶。碳纤维布在绝氧条件下，低于1500℃时其物理力学性能不衰减，具有极好的耐高温性能。但当前使用的配套粘贴用胶均为低软化点的环氧类有机胶，其热稳定性、长期化学稳定性较差，特别是其耐温上限尚不到80℃。建筑火灾温度可达上千摄氏度，若不对粘贴碳纤维布加固结构的抗火性能予以足够重视，一旦发生火灾则极易引起碳纤维布与混凝土剥离，难以发挥补强加固的作用。面对上述问题，矿渣含有硅酸盐和硅铝酸盐、粉煤灰含有大量SiO2与CaO、钢渣含有大量SiO2与CaO可以形成无机胶凝材料；赤泥含有大量Al2O3与MgO具有阻燃性能。因此，将矿渣、粉煤灰、钢渣和赤泥进行混合，再与复合碱激发剂、氧化石墨烯、水进行复合，形成碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，利用碱激发技术与氧化石墨烯进一步提高无机胶的力学性能，尤其是剪切力，实现固废资源的循环利用，促进企业增效。
技术实现思路
为了解决现有技术不能大规模、高附加值的利用矿渣、粉煤灰、钢渣和赤泥，环氧类有机胶热稳定性较差、长期化学稳定性较差、耐温上限尚不到80℃，以及现有无机胶剪切力不足的问题。本专利技术利用矿渣微粉、粉煤灰超细粉、钢渣微粉、赤泥超细粉、复合碱激发剂、氧化石墨烯、水制备碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，同时对搅拌速度、搅拌时间、真空度等进行控制，以期实现矿渣、粉煤灰、钢渣和赤泥的大规模、高附加值循环利用。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术提供了一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，该无机胶按重量百分比原料如下：所述矿渣微粉为粒化高炉矿渣微粉；所述钢渣微粉为热闷渣微粉、风淬渣微粉、铁水脱硫渣微粉、铸余渣微粉、转炉热泼渣微粉、转炉滚筒渣微粉、电炉热泼渣微粉、电炉滚筒渣微粉中的一种或多种；所述赤泥超细粉为拜尔法赤泥超细粉、烧结法赤泥超细粉、混联法赤泥超细粉中的一种或多种；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为1:3～3:1，水玻璃为工业纯、其模数为0.8～1.6，氢氧化钠为工业纯；氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯、Staudemaier法氧化石墨烯、Hummers法氧化石墨烯中的一种或多种；水为去离子水。作为一种优化，所述矿渣微粉的粒径为25μm～45μm。作为一种优化，所述粉煤灰超细粉的粒径为0.5μm～2.5μm。作为一种优化，所述钢渣微粉的粒径为25μm～45μm。作为一种优化，所述赤泥超细粉的粒径为0.5μm～2.5μm。本专利技术同时提供了上述碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶的制备方法，具体包括如下步骤：(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将矿渣微粉与钢渣微粉进行混合，其搅拌速度为300r/min～600r/min、搅拌时间为1h～3h，获得矿渣-钢渣混合微粉；(2)利用恒温磁力搅拌器在常温与真空度为0.03MPa～0.09MPa条件下将粉煤灰超细粉、赤泥超细粉与矿渣-钢渣混合微粉进行混合，其搅拌速度为300r/min～600r/min、搅拌时间为2h～4h，获得混合粉料；(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将复合碱激发剂、氧化石墨烯与水进行混合，其搅拌速度为300r/min～600r/min、搅拌时间为1h～3h，获得混合溶液；(4)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(2)制备的混合粉料与步骤(3)制备的混合溶液进行混合，其搅拌速度为600r/min～900r/min、搅拌时间为5min～25min，获得碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶。本专利技术的科学原理：(1)矿渣含有硅酸盐和硅铝酸盐、粉煤灰含有大量SiO2与CaO、钢渣含有大量SiO2与CaO，矿渣、粉煤灰、钢渣与水进行化学反应形成硅酸三钙、硅酸二钙等具有胶凝性能的无机材料；赤泥含有大量Al2O3(熔点为2054℃)与MgO(熔点为2852℃)具有阻燃性能，可以提高无机胶凝材料的耐高温性能。(2)复合碱激发剂由水玻璃与氢氧化钠组成，一方面水玻璃可以形成骨架网络，充填或镶嵌于无机胶凝材料中，从而提高无机胶的力学性能；另一方面水玻璃与氢氧化钠可以提供碱环境，有利于促进硅酸三钙、硅酸二钙等具有胶凝性能的无机材料水化，从而提高无机胶的早期强度。(3)氧化石墨烯具有二维层状结构，表面承载了多种活性含氧基团，一方面氧化石墨烯可以形成卷曲片状结构，提高无机胶的耐冲击性；另一方面氧化石墨烯片层的共轭结构能够产生范德华作用力，提高无机胶的剪切力。(4)利用真空负压技术，实现粉煤灰超细粉、赤泥超细粉在矿渣-钢渣混合微粉的表面孔结构中牢固吸附，形成分散性均匀、结构稳定的混合粉料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术解决了现有技术不能大规模、高附加值的利用矿渣、粉煤灰、钢渣和赤泥，环氧类有机胶热稳定性较差、长期化学稳定性较差、耐温上限尚不到80℃，以及现有无机胶剪切力不足的问题。上述问题的解决不仅降低了现有无机胶的生产成本，而且提高了无机胶的耐高温性能与剪切力，实现耐高温与高剪切力在无机胶的一体化，大幅增强了无机胶的市场竞争力与应用范围。2、本专利技术利用矿渣微粉、粉煤灰超细粉、钢渣微粉、赤泥超细粉、复合碱激发剂、氧化石墨烯、水制备碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，拓展了矿渣、粉煤灰、钢渣和赤泥的大规模、高附加值应用新思路。3、本专利技术一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶及其制备方法符合相关节能环保、循环经济的政策要求。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1以制备本专利技术产品100g为例所用的组分及其质量配比为：所述矿渣微粉为粒化高炉矿渣微粉，其粒径为25μm～45μm；所述粉煤灰超细粉的粒径为0.5μm～2.5μm；所述钢渣微粉为热闷渣微粉，其粒径为25μm～45μm；所述赤泥超细粉为烧结法赤泥超细粉，其粒径为0.5μm～2.5μm；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为2:1，水玻璃为工业纯、其模数为1.2，氢氧化钠为工业纯；氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯物；水为去离子水。(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将矿渣微粉与钢渣微粉进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为2h，获得矿渣-钢渣混合微粉。(2)利用恒温磁力搅拌器在常温与真空度为0.05本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，其特征在于，该无机胶按重量百分比原料如下：

【技术特征摘要】
1.一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，其特征在于，该无机胶按重量百分比原料如下：所述矿渣微粉为粒化高炉矿渣微粉；所述钢渣微粉为热闷渣微粉、风淬渣微粉、铁水脱硫渣微粉、铸余渣微粉、转炉热泼渣微粉、转炉滚筒渣微粉、电炉热泼渣微粉、电炉滚筒渣微粉中的一种或多种；所述赤泥超细粉为拜尔法赤泥超细粉、烧结法赤泥超细粉、混联法赤泥超细粉中的一种或多种；所述复合碱激发剂为水玻璃与氢氧化钠的混合物，水玻璃与氢氧化钠的质量比为1:3～3:1，水玻璃为工业纯、其模数为0.8～1.6，氢氧化钠为工业纯；所述氧化石墨烯为Brodie法氧化石墨烯、Staudemaier法氧化石墨烯、Hummers法氧化石墨烯中的一种或多种；所述水为去离子水。2.如权利要求1所述的一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，其特征在于，所述矿渣微粉的粒径为25μm～45μm。3.如权利要求1所述的一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，其特征在于，所述粉煤灰超细粉的粒径为0.5μm～2.5μm。4.如权利要求1所述的一种碱激发固废型耐高温、高剪切力无机胶，其特征在于，所述钢渣微粉的粒径为25μm～45...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴胜华，张浩，唐刚，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34