CN100340517C - 碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料及其制备方法。以质量份数计，将0.5～2份外加剂加10～25份水稀释，并将30～50份矿渣粉加入到所制备的外加剂溶液中，搅拌均匀，然后加入30～65份模数为1.4～1.8，氧化钠和氧化硅质量浓度之和为45%～55%的激发剂，再加入50～70份边缘性碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。该复合胶凝材料是利用边缘性碳酸盐矿粉和矿渣粉于常温下直接获得，能耗和成本低，对环境污染小，具有绿色环保性。所制得的复合胶凝材料的凝结时间在2～10小时可调，其胶砂强度与矿渣用量、激发剂的模数和浓度有关，3天抗压强度可达20～50MPa，28天抗压强度可达30～90MPa，且有持续增长趋势。

Description

碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及胶凝材料领域，具体是指一种碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。
背景技术
硅酸盐水泥是使用量最大的无机胶凝材料，但是其“两磨一烧”的生产工艺消耗大量资源、能源，破坏生态环境。1996年，我国已经探明的可用于水泥生产的石灰石储量约为250亿吨，而2003年我国水泥产量达8.62亿吨，照此发展速度，估计我国生产水泥用石灰石资源在30～50年内将面临枯竭的危险，这对我们这样一个水泥生产大国来说是一个非常严重的问题。近年来国际上争相研究开发出了一系列碱激发胶凝材料，已成为常温下制备胶凝材料的重要方法和新技术。碱激发碳酸盐胶凝材料是以边缘性碳酸盐矿和工业水玻璃为基本原材料，通过对碳酸盐矿粉进行机械力化学活化，对工业水玻璃改性，可以实现碱激发条件下惰性碳酸盐与溶解状态的SiO2在常温下反应，生成水合硅酸钙(镁)凝胶产物，从而获得胶凝材料。所谓的边缘性碳酸盐矿是指其CaO质量百分比含量小于45％和MgO质量百分比含量为6％～20％、在硅酸盐水泥工业和冶金工业都难以使用的碳酸盐岩，属于天然废弃资源。硅酸盐水泥工业要求碳酸盐矿中CaO质量百分比含量大于45％，冶金工业要求碳酸盐矿中MgO质量百分比含量≥20％。与传统的胶凝材料相比，该胶凝材料可以大量利用边缘性碳酸盐矿，扩展了胶凝材料生产的原料资源；另一方面，它是常温下制备，能耗和成本低，对环境污染小，但目前，利用该方法制备的胶凝材料还存在致密度不够、后期强度偏低等方面的问题。如用专利号为ZL99117089.X发明专利：用边缘性石灰石岩矿常温下制造硅酸钙类胶凝材料的方法，制备的碱激发碳酸盐胶凝材料，由于水玻璃与碳酸盐微细粉之间的反应程度不大，导致其硬化体的致密度不够、后期强度偏低，28d抗压强度为4.0MPa左右，抗渗压力为0.60MPa左右，只适合用作地层固砂、固土灌浆、软基加固灌浆用途的材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种简便而实用的碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料制备方法。
本发明的另一目的是利用硅酸盐水泥生产和炼钢等工业都不能利用的边缘性碳酸盐矿渣，提供一种性能优良的的碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。
本发明的机理：在现有专利技术(ZL99117089.X)的基础上，通过加入部分炼铁工业的副产物——水淬高炉矿渣及外加剂，制备出工作性能可调节、高强度的胶凝材料，可用于防渗灌浆、修补抢修、建筑物结构等工程，为天然和二次资源的重新整合利用以及有效节约能源开辟了一个新途径。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：
碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料的方法包括如下步骤：
(1)外加剂溶液的制备：以质量份数计，将0.5～2份外加剂加入到10～25份水中稀释，并搅拌至全部溶解，即得外加剂溶液；
(2)胶凝材料的制备：以质量份数计，将30～50份矿渣粉加入到步骤(1)制备的外加剂溶液中，搅拌均匀，然后加入30～60份模数为1.4～1.8、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为45％～55％的激发剂，再加入50～70份边缘性碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。
所述激发剂为工业水玻璃或固体硅酸钠与氢氧化钠配制成的水溶液；所述外加剂为氯化钡或硝酸钡。所述矿渣为水淬高炉矿渣。所述边缘性碳酸盐矿粉和矿渣粉的细度达到GB 1345《水泥细度检验方法(80μm筛筛析法)》对普通硅酸盐水泥的细度控制要求。所述外加剂中水溶剂质量占矿渣质量35～50％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)它的原材料主要是边缘性碳酸盐矿和高炉矿渣，扩展了胶凝材料生产的原料资源；
(2)它是一种常温下直接获得的胶凝材料，能耗和成本低，对环境污染小，具有绿色环保性；
(3)本发明制备的碳酸盐/矿渣复合型胶凝材料力学性能优良，3d抗压强度达45MPa以上，28d抗压强度达85MPa以上，并具有早期强度发展快，后期强度高，且有持续增长趋势。
(4)本发明的胶凝材料的凝胶时间在2～12小时可调。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
以质量份数计，将1.3份氯化钡加入到10份水中稀释并搅拌至全部溶解，制得氯化钡溶液。将矿渣粉30份加入到氯化钡溶液中，搅拌均匀，然后加入39.5份模数为1.4、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为45％的激发剂，激发剂是由固体硅酸钠与氢氧化钠配制成的水溶液，同时加入70份CaO质量百分比含量为38.24％、MgO质量百分比含量为12.19％碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。经测试，所制得的胶凝材料初凝时间为7h8min，终凝时间为7h54min，胶砂试体3d抗压强度为29.3MPa，28d抗压强度为61.8MPa，90d抗压强度为71.7MPa。
实施例2
以质量份数计，将0.5份氯化钡加入到17.5份水中稀释并搅拌至全部溶解，制得氯化钡溶液。将矿渣粉50份加入到氯化钡溶液中，搅拌均匀，然后加入32.5份模数为1.4、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为53％的激发剂，激发剂是由工业水玻璃与氢氧化钠配制成的水溶液，同时加入50份CaO质量百分比含量为32.55％、MgO质量百分比含量为19.17％的碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。经测试，所制得的胶凝材料净浆初凝时间为1h53min，终凝时间为2h29min，胶砂试体3d抗压强度为49.5MPa，28d抗压强度为89.3MPa，90d抗压强度为97.5MPa。
实施例3
以质量份数计，将1.4份氯化钡加入到14份水中稀释并搅拌至全部溶解，制得氯化钡溶液。将矿渣粉40份加入到氯化钡溶液中，搅拌均匀，然后加入36份模数为1.4、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为55％的激发剂，激发剂是由工业水玻璃与氢氧化钠配制成的水溶液，同时加入60份CaO质量百分比含量为33.57％、MgO质量百分比含量为16.65％碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。经测试，所制得的胶凝材料净浆初凝时间为6h32min，终凝时间为7h07min，胶砂试体3d抗压强度为49.2MPa，28d抗压强度为84.9MPa，90d抗压强度为100.3MPa。
实施例4
以质量份数计，将2.0份氯化钡加入到17.5份水中稀释并搅拌至全部溶解，制得氯化钡溶液。将矿渣粉50份加入到氯化钡溶液中，搅拌均匀，然后加入30份模数为1.6、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为53％的激发剂，激发剂是由固体硅酸钠与氢氧化钠配制成的水溶液，同时加入50份CaO质量百分比含量为37.88％、MgO质量百分比含量为14.15％碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。经测试，所制得的胶凝材料初凝时间为9h11min，终凝时间为9h51min，胶砂试体3d抗压强度为38.8MPa，28d抗压强度为68.6MPa，90d抗压强度为84.9MPa。
实施例5
以质量份数计，将1.1份氯化钡加入到14份水中稀释并搅拌至全部溶解，制得氯化钡溶液。将矿渣粉40份加入到氯化钡溶液中，搅拌均匀，然后加入36份模数为1.8、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为55％的激发剂，激发剂是由工业水玻璃与氢氧化钠配制成的水溶液，同时加入60份CaO质量百分比含量为37.88％、MgO质量百分比含量为14.15％碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。经测试，所制得的胶凝材料初凝时间为6h3min，终凝时间为6h38min，胶砂试体3d抗压强度为36.3MPa，28d抗压强度为46.7MPa，90d抗压强度为68.4MPa。
实施例6
以质量份数计，将1.5份硝酸钡加入到25份水中稀释并搅拌至全部溶解，制得硝酸钡溶液。将矿渣粉50份加入到硝酸钡溶液中，搅拌均匀，然后加入55份模数为1.6、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为51％的激发剂，激发剂是由工业水玻璃与氢氧化钠配制成的水溶液，同时加入50份CaO质量百分比含量为37.88％、MgO质量百分比含量为14.15％碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。经测试，所制得的胶凝材料初凝时间为3h50min，终凝时间为4h46min，胶砂试体3d抗压强度为25.5MPa，28d抗压强度为46.9MPa，90d抗压强度为73.2MPa。
实施例7
以质量份数计，将1.5份氯化钡加入到15份水中稀释并搅拌至全部溶解，制得氯化钡溶液。将矿渣粉30份加入到氯化钡溶液中，搅拌均匀，然后加65份模数为1.6、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为55％的激发剂，激发剂是由工业水玻璃与氢氧化钠配制成的水溶液，同时加入70份CaO质量百分比含量为44.61％、MgO质量百分比含量为6.08％碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。经测试，所制得的胶凝材料初凝时间为7h41min，终凝时间为9h07min，胶砂试体3d抗压强度为20.3MPa，28d抗压强度为30.7MPa，90d抗压强度为37.1MPa。
实施例8
以质量份数计，将1.2份硝酸钡加入到20份水中稀释并搅拌至全部溶解，制得硝酸钡溶液。将矿渣粉40份加入到硝酸钡溶液中，搅拌均匀，然后加入60份模数为1.6、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为53％的激发剂，激发剂是由固体硅酸钠与氢氧化钠配制成的水溶液，同时加入60份CaO质量百分比含量为37.88％、MgO质量百分比含量为14.15％碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料。经测试，所制得的胶凝材料初凝时间为5h03min，终凝时间为5h48min，胶砂试体3d抗压强度为27.8MPa，28d抗压强度为43.9MPa，90d抗压强度为60.6MPa。

Claims (4)

1、一种碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)外加剂溶液的制备：以质量份数计，将0.5～2份外加剂加入到10～25份水中稀释，并搅拌至全部溶解，即得外加剂溶液；
(2)胶凝材料的制备：以质量份数计，将30～50份矿渣粉加入到步骤(1)制备的外加剂溶液中，搅拌均匀，然后加入30～60份模数为1.4～1.8、氧化钠和氧化硅质量浓度之和为45％～55％的激发剂，再加入50～70份边缘性碳酸盐矿粉，搅拌均匀后，即制得碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料；
所述激发剂为工业水玻璃或固体硅酸钠与氢氧化钠配制成的水溶液；所述外加剂为氯化钡或硝酸钡。
2、根据权利要求1所述的碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料制备方法，其特征在于：所述矿渣为水淬高炉矿渣。
3、根据权利要求1所述的碱激发碳酸盐/矿渣复合型胶凝材料制备方法，其特征在于：所述边缘性碳酸盐矿粉和矿渣粉的细度达到GB 1345《水泥细度检验方法(80μm筛筛析法)》对普通硅酸盐水泥的细度控制要求。
4、一种由权利要求1所述方法制备碱激发碳酸盐/矿渣复合型胶凝材料。
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