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一种水硬性胶凝材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水硬性胶凝材料及其制备方法。一种水硬性胶凝材料，其特征在于它由石灰石、工业废渣、石膏和外加剂原料混合而成，各原料所占质量百分数为：石灰石35%～75%，工业废渣5%～50%，石膏0%～10%，外加剂0%～20%，石膏与外加剂所占质量百分数不同时为0，且各原料所占质量百分数之和为100%。本发明可以大量利用石灰石，该方法工艺简单、成本低、能耗少、环保。

Description

一种水硬性胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水硬性胶凝材料及其制备方法。
背景技术
目前，建筑砂浆的水泥用量占整个建筑工程水泥用量的25％～35％，通常都是使用32.5强度等级的水泥配制建筑砂浆，为了保证砂浆的和易性，水泥的用量往往比较大，通常造成浪费，不利于节能降耗和降低成本。
石灰石是水泥生产的主要原料，通常是将石灰石和粘土、铁粉混合粉磨成生料并煅烧成水泥熟料，再配入混合材粉磨成水泥。石灰石煅烧不仅需要耗费大量的能源，还会放出大量的二氧化碳气体。
利用天然廉价资源石灰石作为水泥的混合材，与矿渣、粉煤灰相比，因其储存量大，资源分布广，价格低廉，运输方便，不用烘干，对水泥工业而言具有更大的经济价值。大量实验证实，少量的石灰石在水泥中不仅起微集料填充作用，改善水泥的颗粒级配和水泥石的孔结构，而且对硅酸盐水泥的早期水化有促进作用。可提高水泥的早期强度，同时增强石灰石集料与水泥浆体间的界面粘结。但是，随着水泥中石灰石掺量增加到一定的程度，水泥的强度急剧下降，难以满足水泥使用的要求。因此，在现有的水泥生产中，石灰石作为水泥混合材的掺加量不高，一般在25％以下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石灰石含量高的水硬性胶凝材料及其制备方法，该方法工艺简单、成本低。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种水硬性胶凝材料，其特征在于它由石灰石、工业废渣、石膏和外加剂原料混合而成，各原料所占质量百分数为：石灰石35％～75％，工业废渣5％～50％，石膏0％～10％，外加剂0％～20％，石膏与外加剂所占质量百分数不同时为0，且各原料所占质量百分数之和为100％(满足100％)。
所述的石灰石是以碳酸钙(CaCO3)为主要成分的天然矿石。
所述的工业废渣为：高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上的混合时为任意配比。其主要的化学成分是：二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)、氧化铁(FeO)和硫等。
所述的石膏是以硫酸钙(CaSO4)为主要成分的硬石膏、二水石膏、半水石膏或化工石膏(磷石膏、氟石膏或盐石膏)。
所述的外加剂为：石灰(主要成分CaO，包含化工石灰)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、强碱、强碱盐、水泥熟料(以硅酸钙、铝酸钙、铁铝酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料)中的任意一种或任意二种以上(含任意二种)的混合，任意二种以上的混合时为任意配比。
所述的强碱为含钾离子或钠离子的碱(即KOH、NaOH或以K、Na离子的其它碱)；所述的强碱盐为含钾离子或钠离子的碱盐(即硫酸钠、硫酸钾、碳酸钠、碳酸钾或主要含有K或Na离子的其它强碱盐)。
所述的各原料所占质量百分数最佳为：石灰石40％～60％，工业废渣20％～40％，石膏3％～8％，外加剂5％～12％。
上述一种水硬性胶凝材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数为：石灰石35％～75％，工业废渣5％～50％，石膏0％～10％，外加剂0％～20％，石膏与外加剂所占质量百分数不同时为0，且各原料所占质量百分数之和为100％，选取石灰石、工业废渣、石膏和外加剂原料，备用；
2)采用下述二种方法之一制备水硬性胶凝材料：
①将石灰石、工业废渣、石膏、外加剂分别粉磨至比表面积大于280m2/kg(最佳350m2/kg～550m2/kg)后再混合均匀，得水硬性胶凝材料；
②将石灰石、工业废渣、石膏和外加剂混合，粉磨至比表面积大于280m2/kg(最佳350m2/kg～550m2/kg)后，得水硬性胶凝材料。
本发明将石灰石与工业废渣按上述比例混合，并配入上述一定的碱性激发剂、硫酸盐激发剂后，可以让石灰石与工业废渣产生化学反应。实验表明，在其混合物中的石灰石颗粒表面形成了大量针状的水化碳铝酸钙矿物，并使其混合物具备了水硬性，产生了较高的强度。用其制成的水硬性胶凝材料，凝结时间正常，安定性合格，保水率高，既有一定的早期强度，又有相当高的后期强度，各项物理力学性能完全符合GB/T 3183-2003砌筑水泥的国家标准。适应于配制建筑工程中的建筑砂浆。
本发明的有益效果是：可以大量利用石灰石，它具有强度高、和易性好、使用方便等特点；工艺简单；主要原料是石灰石和工业废渣，不需要煅烧(能耗少)，成本低，不仅可以避免排放大量二氧化碳，大量使用工业废渣，变废为宝，还有益于节能降耗和环境保护，并显著降低建筑物的造价。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实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。
实施例1：
将石灰石、工业废渣、石膏和外加剂按表1的配比混合，粉磨至比表面积大于280m2/kg后，得水硬性胶凝材料。所述的工业废渣为高炉矿渣，外加剂为以硅酸钙、铝酸钙、铁铝酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料(即表1中的熟料)。然后按GB/T 3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验，结果如表1所示，可见各配比均符合GB/T 3183-2003砌筑水泥的技术要求。
表1.水硬性胶凝材料的配比及其性能
Figure C20081018481200041
  A5   40   50   10   0   3845   2:15   4:10   3.51   90.2   合格   3.4   16.7   5.9   24.3
  A6   35   50   8   7   3865   1:49   3:48   2.82   89.8   合格   4.9   18.0   7.1   31.6
注：表1中所用的石灰石是以碳酸钙(CaCO3)为主要成分的天然矿石，所用石膏为天然二水石膏。
实施例2：
按各原料所占质量百分数为：石灰石55％，工业废渣30％，石膏5％，外加剂10％，选取石灰石、工业废渣、石膏和外加剂原料，备用；所用的石灰石是以碳酸钙(CaCO3)为主要成分的天然矿石，所用石膏为天然二水石膏，所述的工业废渣为高炉矿渣，外加剂为以硅酸钙、铝酸钙、铁铝酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料(即表2中的熟料)。
先将石灰石、熟料、石膏混合粉磨至比表面积375m2/kg。将高炉矿渣单独磨细至比表面积363m2/kg。然后将石灰石、熟料和石膏三种物料粉磨所得的混合粉与高炉矿渣粉混合均匀，制成水硬性胶凝材料。按GB/T 3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验，结果如表2所示，可见所有物理力学性能均符合GB/T 3183-2003砌筑水泥的技术要求。
表2.分别粉磨制造水硬性胶凝材料的产品性能
Figure C20081018481200051
实施例3：
将各种物料按表3的配比混合，粉磨至比表面积大于280m2/kg后，得水硬性胶凝材料，然后按GB/T 3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验，结果如表4所示，可见各配比均符合GB/T 3183-2003砌筑水泥的技术要求。
表3.水硬性胶凝材料的配比，质量百分数(％)
编号   石灰石   高炉矿渣   钢渣   粉煤灰   煤矸石   二水石膏   硬石膏   半水石膏   磷石膏 石灰   氢氧化钙   硫酸钠   熟料
  C1   55   30   5   10
  C2   55   30   5   10
  C3   55   30   5   10
  C4   55   37   5   3
  C5   55   39   5   1
  C6   55   39   5   1
  C7   35   40   5   20
  C8   35   40   5   20
  C9   35   40   5   20
注：表3中所用的熟料为硅酸盐水泥熟料。
表4.水硬性胶凝材料的性能
Figure C20081018481200061
实施例4：
将各种物料按表5的配比混合粉磨成不同的比表面积后，制成水硬性胶凝材料，然后按GB/T 3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验。可见，随着试样粉磨比表面积的增加，强度有所增加，但试样的比表面积达到一定程度后，其强度增长不再明显。
表5.粉磨比表面积对水硬性胶凝材料性能的影响
Figure C20081018481200062
注：表5中所用的熟料为硅酸盐水泥熟料，所用石膏为天然二水石膏。
实施例5：
一种水硬性胶凝材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数为：石灰石40％，工业废渣40％，石膏8％，外加剂12％，选取石灰石、工业废渣、石膏和外加剂原料，备用；
所述的石灰石是以碳酸钙(CaCO3)为主要成分的天然矿石；所述的工业废渣为钢渣；所述的石膏为二水石膏；所述的外加剂为KOH；
2)制备水硬性胶凝材料：将石灰石、工业废渣、石膏、外加剂分别粉磨至比表面积为350m2/kg后再混合均匀，得水硬性胶凝材料；
实施例6：
一种水硬性胶凝材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数为：石灰石60％，工业废渣20％，石膏8％，外加剂12％，选取石灰石、工业废渣、石膏和外加剂原料，备用；
所述的石灰石是以碳酸钙(CaCO3)为主要成分的天然矿石；所述的工业废渣为粉煤灰；所述的石膏为化工石膏(磷石膏、氟石膏或盐石膏)；所述的外加剂为NaOH；
2)制备水硬性胶凝材料：
将石灰石、工业废渣、石膏和外加剂混合，粉磨至比表面积为550m2/kg后，得水硬性胶凝材料。
实施例7：
将石灰石、石膏、高炉矿渣和钢渣分别粉磨至比表面积大于280m2/kg后，再按表6的配比混合均匀得水硬性胶凝材料，然后按GB/T 3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验。可见各配比均可符合GB/T 3183-2003砌筑水泥的技术要求。
表6.水硬性胶凝材料的配比及其性能
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (3)

1.一种水硬性胶凝材料，其特征在于它由石灰石、石膏、高炉矿渣和钢渣分别粉磨至比表面积大于280m2/kg后混合而成，各原料所占质量百分数为：石灰石45％～60％，高炉矿渣22％～37％，钢渣10％和石膏8％。
2.根据权利要求1所述的一种水硬性胶凝材料，其特征在于：所述的石膏为硬石膏、二水石膏、半水石膏或化工石膏。
3.如权利要求1所述的一种水硬性胶凝材料的制备方法，其特征在于：将石灰石、石膏、高炉矿渣和钢渣分别粉磨至比表面积大于280m2/kg后，按各原料所占质量百分数为：石灰石45％～60％，高炉矿渣22％～37％，钢渣10％和石膏8％，混合均匀得水硬性胶凝材料。
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