【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固废综合利用和工程材料制备领域，主要涉及一种绿色胶凝材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
2、在隧道及地下工程建设中，由于断层破碎带、岩溶裂隙等不良地质的存在，往往遭遇突水突泥等灾害，造成严重的财产损失、工程延期和人员伤亡。注浆技术由于其优异的治理效果，已经被广泛应用。然而在富水侵蚀性环境下，传统水泥浆液存在耐久性较差、凝结时间长、动水留存率较低等问题，无法满足工程治理的需求。
3、目前大宗固体废物的产量大、利用率低，其大量堆放严重污染环境，迫切需要循环利用。统计数据显示，某国大宗固废累积堆存量约600亿吨，年新增堆存量近30亿吨，亟需研发高附加值应用技术，实现工业固废的变废为宝。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种绿色胶凝材料及其制备方法与应用。该绿色胶凝材料具有强度高、成型快、稳定性好等性能，有利于实现地下工程灾害高效治理和大宗固废的资源化利用，并且可以进一步提高地下工程回填的稳定性并减少沉降变形和降低成本。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种绿色胶凝材料，按质量份计，由以下组分组成：矿渣80-100份，粉煤灰120-180份，煤气化渣120-300份，煤矸石80-120份，复合激发剂80-90份，外加剂20-30份；
4、所述复合激发剂的组
5、所述外加剂的组成为：减水剂为7-10份，絮凝剂为8-15份，早强剂为3-5份。
6、粉煤灰为燃煤电厂烟气中的细灰，硅铝质矿物成分约85％，d50为15.46μm，烧失量≤10％。
7、煤气化渣是煤气化生产过程中产生的细渣，硅铝质含量可达70％，烧失量≤20％，经过粉磨筛分处理后粒径≤100μm。
8、煤矸石是采煤和洗煤过程中的伴生废石，主要矿物成分为石英和伊利石，硅铝质含量可达73％。
9、矿渣为s95高炉矿渣。
10、本专利技术提供的绿色无机胶凝材料以低钙固废粉煤灰、煤气化渣及胶凝活性极低的煤矸石作为基体材料，以水泥、碱性物质及盐类物质作为复合激发剂，以减水剂、絮凝剂、早强剂等外加剂实现对材料工作性能的精准调控。
11、复合激发剂包括氢氧化钠、水玻璃、水泥和氯化钙。矿渣、粉煤灰、煤气化渣、煤矸石等固废材料由于自身的活性较低，在自然状态下水化反应较慢。复合激发剂中的水泥、氢氧化钠和水玻璃同时提供碱性环境，加速了硅铝质原料的溶解及其化学键的断裂和重组，促进了-si-o-al-的网状结构的形成。
12、矿渣是高炉炼铁过程中的副产品，含有大量的二氧化硅、氧化钙等具有潜在胶凝活性的矿物成分，在氢氧化钠、水玻璃及水泥水化提供的碱性环境下，矿渣中的氧化物与碱金属离子发生反应，生成大量的csh和cash凝胶。
13、粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，含有大量的二氧化硅、氧化铝和氧化钙等化学成分，在碱性环境下能够持续发生反应，生成大量的水化硅铝酸钠、水化硅酸钠和水化铝酸钠等无定型凝胶，胶结未水化的颗粒并形成致密结构。同时，粉煤灰中具有大量的玻璃微珠颗粒，均匀地分布在浆体中，可以改善材料的和易性。
14、煤气化渣是煤气化生产过程中的主要固体废弃物，含有大量的二氧化硅和氧化铝成分，主要矿相为非晶态硅铝酸盐，在碱性环境下能够很好地溶解并形成凝胶，与粉煤灰相比，煤气化渣具有更高的硬度和密度。在整个体系中可以发挥微骨料作用，与矿渣、粉煤灰、水泥等产生的凝胶结合，形成高强度胶凝结构。
15、煤气化渣是采煤过程中的一种伴生固体废弃物，硅铝质含量可达70％以上，主要矿物成分为石英和伊利石，在碱性环境下可以发生解聚-缩聚生成水化硅铝酸钠凝胶。煤矸石的利用可以降低材料的成本，并减少煤矸石堆积带来的环境污染问题。
16、水泥水化在提供碱性环境的同时，还可以在固废材料解聚-缩聚过程中提供很好的早期强度。
17、在一些实施例中，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
18、优选的，所述水玻璃的模数为3.2，质量浓度为40-50％。
19、水玻璃的模数是指二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔数的比值。
20、在一些实施例中，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂。
21、在一些实施例中，所述絮凝剂为纤维素醚或聚丙烯酰胺。
22、絮凝剂的作用是提高材料在动水环境中的抗分散性，其作用原理是改变分子间的作用力，通过桥联作用链接胶凝分子。因此，絮凝剂的选择应根据胶凝体系中的分子特性进行选择，絮凝剂的用量需要通过试验进行调整。絮凝剂用量过少无法达到预期的抗分散效果，用量过高会导致絮凝剂凝胶化，胶凝分子间无法胶连，导致絮凝效果减低。
23、在一些实施例中，所述早强剂为三乙醇胺、硫酸铝钾或三异丙胺。
24、第二方面，本专利技术提供所述绿色胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：将煤矸石、煤气化渣进行粉磨；
25、然后按比例称取矿渣、粉煤灰、煤气化渣、煤矸石、复合激发剂和外加剂，混合均匀，即得。
26、在一些实施例中，在制备胶凝浆液时，将得到的绿色胶凝材料与水拌合均匀，即得。
27、优选的，胶凝浆液中，水灰比为0.5-0.7。
28、第三方面，本专利技术提供所述绿色胶凝材料在富水侵蚀性环境下注浆充填工程中的应用。
29、上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
30、本专利技术采用高钙固废矿粉以及低钙固废粉煤灰、煤气化渣、煤矸石替代水泥材料，利用碱-盐-水泥作为复合激发剂，充分发挥了固废材料的潜在活性；采用多种功能外加剂对胶凝材料的综合性能进行改性处理。最终制备的材料具有抗渗性强、体积稳定性高、粘接性好、抗侵蚀能力强、胶凝时间可控可调、抗动水分散性强、绿色低碳、成本低等诸多优点，适用于富水侵蚀性环境下注浆充填工程，解决了传统水泥浆液难留存、收缩大、易劣化、成本高的问题，具有很高的生态及经济价值。
31、本专利技术的胶凝材料中固废类掺量较高，很好的消纳了煤气化渣、煤矸石的堆存量，有效提高了固废材料的利用率。
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1.一种绿色胶凝材料，其特征在于：按质量份计，由以下组分组成：矿渣80-100份，粉煤灰120-180份，煤气化渣120-300份，煤矸石80-120份，复合激发剂80-90份，外加剂20-30份；
2.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述水玻璃的模数为3.2，质量浓度为40-50％。
4.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂。
5.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述絮凝剂为纤维素醚或聚丙烯酰胺。
6.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述早强剂为三乙醇胺、硫酸铝钾或三异丙胺。
7.权利要求1-6任一所述绿色胶凝材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将煤矸石、煤气化渣进行粉磨；
8.根据权利要求7所述的绿色胶凝材料的制备方法，其特征在于：在制备胶凝浆液时，将得到的绿色胶凝材料与水拌合均匀，即得。
9.根据权利要求8
10.权利要求1-6任一所述绿色胶凝材料在富水侵蚀性环境下注浆充填工程中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种绿色胶凝材料，其特征在于：按质量份计，由以下组分组成：矿渣80-100份，粉煤灰120-180份，煤气化渣120-300份，煤矸石80-120份，复合激发剂80-90份，外加剂20-30份；
2.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述水玻璃的模数为3.2，质量浓度为40-50％。
4.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂。
5.根据权利要求1所述的绿色胶凝材料，其特征在于：所述絮凝剂为...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘泉维，叶守杰，邵长志，陈孟军，朱志敬，宗超，姜金言，刘林胜，闫佳，
申请(专利权)人：青岛市地铁六号线有限公司，
类型：发明
国别省市：
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