CN101462864B - 复合胶凝材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合胶凝材料，将脱硫石膏在500℃～650℃的温度下煅烧，升温速率控制在10℃/min左右，升至规定温度后在该温度下保温1h～2h。所得的脱硫石膏与粉煤灰、矿渣及其他外加剂复配，即得到这种复合胶凝材料。其中建筑用砂与面层粉刷材料的比例在1.5～2，且建筑用砂无杂质，含泥量不超过3％，粒径小于2.5mm。

Description

复合胶凝材料及制备方法
技术领域
本发明属于材料、环保领域，涉及用几种常见的工业废弃物制造新型复合胶凝材料的技术。 
背景技术
本发明是利用工业废弃物矿渣、脱硫石膏与粉煤灰，辅以少量的外加剂与激发剂研制一种环保型的复合胶凝材料。 
水泥是传统的胶凝材料，在为人类经济发展与社会进步做出巨大贡献的同时由于其高资源、高能源消耗以及造成的严重环境污染，越来越不符合当前可持续发展战略的要求，因此被称为“夕阳工业”。各国纷纷出台相应的措施限制水泥工业规模的发展，竞相赋予水泥技术以更高的科技含量，使它为人类造福的同时不至于给环境造成严重的负担。同时，各国也相继发展新型的绿色胶凝材料，以取代这种传统的胶凝材料。 
粒化高炉矿渣是钢铁企业用铁矿石冶炼生铁在(1400～1600)℃的过程中产生的副产品，据不完全统计，我国每年铁厂的矿渣排放量高达3000万吨以上，分布在我国的17个省、市、自治区。我国粉煤灰量大，综合利用率低，主要以贮存为主。每1万t粉煤灰贮存占地1334m2以上，到目前为止全国粉煤灰贮量达10亿t以上，占地面积超过480km2，由于电厂遍及全国各地，又多建于城市或市郊，因此不少贮存灰场占用了大量的可耕地，造成了资金和土地资源的浪费。更重要的是粉煤灰质轻，遇到多风季节会随意飞扬，其影响范围可达数公里，造成了严重的大气污染、土壤污染和水资源污染，对大气环境和电厂周围居民的生活环境和健康造成了很大影响。燃煤电厂、炼油厂等会向大气中排放大量的有害气体二氧化硫。对燃煤电厂排放的二氧化硫采用脱硫净化工艺技术处理，即得脱硫石膏，我国的脱硫石膏综合利用率低。这些废渣的排放、堆积，不仅消耗大量人力、财力，而且污染环境。探索这些工业废弃物的应用具有重要的现实意义。 
矿渣主要含有氧化钙、氧化硅、氧化铝等氧化物，有大量玻璃体组成的矿渣就是粒状高炉矿渣。粒化高炉矿渣具有潜在活性，其中玻璃体的含量越高，则粒化高炉矿渣的活性也就越高。在适当的激发剂的作用下，可以发生水化产生强度。脱硫石膏的化学成分是二水硫酸钙晶体(CaSO4·2H2O)，其经低温煅烧后失水变成硬石膏，在脱硫石膏粉煤灰为主的体系中除自身凝结产生强度外，还起到硫酸盐激发剂的作用，有一定的激发效果。其含有少量未反应的CaCO3 和部分可溶盐，如K+、Na+盐，这些杂质的存在都可以加速水化，激发活性。 
粉煤灰由大量硅铝玻璃体组成，具有火山灰活性，其和脱硫石膏的体系在水泥存在及硫酸盐等激发剂的激发作用下，能形成一定强度的胶结材。水泥加水后迅速水化，产生Ca(OH)2，和碱性激发剂一起提高体系的碱度，破坏粉煤灰及矿渣的玻璃体结构，使其中的SiO2和Al2O3溶解出来，Ca(OH)2与溶解出来的SiO2 和Al2O3反应生成水化硅酸钙C-S-H与水化铝酸钙。脱硫石膏中的硫酸根离子就与新生成的水化铝酸钙或Ca(OH)2和活性Al2O3相作用生成水化硫铝酸钙。其主要水化产物为钙矾石和水化硅酸钙，其次还有水化铝酸钙(C2AH8)、水化铝硅酸钙(C2ASH8)等，这些水化产物交织在一起产生强度。 
发明内容
本发明以矿渣、脱硫石膏与粉煤灰为主要原料，复合少量的矿物外加剂水泥与消石灰，并在大量研究的基础上选出合适的化学激发剂，使该体系具有较好的胶凝性能，在一定范围内能取代部分水泥使用。该发明利用的是工业废弃物，首先给废弃物的利用提供了途径，减轻了环境的负担，也降低了成本，减少了资源消耗；同时它是免烧的新型胶凝材料，所以极大的降低了能源消耗。另外，它在一定程度上可以取代水泥，可以减少水泥的生产，也就是减少了水泥生产过程中的高资源、能源消耗，也减少了其对环境造成的巨大压力。所以，这种新型的复合胶凝材料是一种绿色环保型的建筑材料，符合当前社会发展的趋势，具有良好的经济效益与社会效益。 
本发明的实现方式如下：将脱硫石膏在500℃～650℃的温度下煅烧，升温速率控制在10℃/min左右，升至规定温度后在该温度下保温1h～2h。所得的脱硫石膏与粉煤灰、矿渣及其他外加剂复配，即得到这种复合胶凝材料。 
该胶凝材料的配方如下(质量比)： 
脱硫石膏：15～25 
粉煤灰(低钙II级)：20～30 
矿渣：40～55 
水泥：3～8 
消石灰：5～12 
无水氯化钙(外掺)：4～6 
该复合凝胶材料其各项性能指标满足《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999)中42.5等级普通硅酸盐水泥的各项要求，在一定范围内能够取代该等级的普通硅酸盐水泥运用于实际工程。 
具体实施方式
用主要原材料有脱硫石膏、粉煤灰、矿渣、水泥、消石灰，分析纯无水CaCl2。脱硫石膏取自杭州半山电厂的灰白色原状脱硫石膏，0.045mm方孔筛筛余11.9％，原状脱硫石膏自由水含量为15％；粉煤灰为上海宝钢发电厂排放，比表面积为385m2/kg；矿渣为上海宝田公司生产的粒化高炉矿渣，烧失量为1.77％， 磨细后比表面积为450m2/kg；水泥为海豹牌普通硅酸盐42.5级水泥；消石灰为市售产品。脱硫石膏、粉煤灰、水泥、消石灰的主要化学成分如表1所示。 
表1原材料的化学成分/％ 
Figure 2007101727988A00800031
选取胶凝材料的如下三个配方(质量比)： 
①脱硫石膏：15；粉煤灰(低钙II级)：30；矿渣：47；水泥：3；消石灰：5；无水氯化钙(外掺)：6 
②脱硫石膏：18；粉煤灰(低钙II级)：27；矿渣：40；水泥：7.5；消石灰：7.5；无水氯化钙(外掺)：4 
③脱硫石膏：25；粉煤灰(低钙II级)：15；矿渣：50；水泥：5；消石灰：5；无水氯化钙(外掺)：5 
按以上配比配置，加入标准稠度用水量(先将无水氯化钙溶于水中)，拌和，所得材料的基本性能如表2 
表2复合胶凝材料的基本性能 
Figure 2007101727988A00800032
本发明在大量实验基础上得出来的配比，保证了最大化利用固体废弃物，而且生产出来的复合胶凝材料各项指标均优于标准要求，特别是后期强度表现明显优于标准要求。国内外尚未见过用相似材料研究出如此高强度等级的复合胶凝材料。 

Claims (2)

1.一种复合胶凝材料，特征在于各组分质量比为：
脱硫石膏：15～25
低钙II级粉煤灰：20～30
矿渣：40～55
水泥：3～8
消石灰：5～12
外掺无水氯化钙：4～6。
2.制备权利要求1所述复合胶凝材料的方法，特征在于：将脱硫石膏在500℃～650℃的温度下煅烧，升温速率控制在10℃/min左右，升至规定温度后在该温度下保温1h～2h，所得的脱硫石膏与粉煤灰、矿渣及其他外加剂复配，即得到这种复合胶凝材料。
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