CN102701694A - 一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺。所述非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥、早强剂、减水剂和引气剂组成，蒸养工艺参数包括静停时间，升温速率，恒温温度，恒温时间和降温速率。使用本发明可解决脱硫石膏的资源化高效利用问题，实现脱硫石膏的大消纳量、低能耗、高效的资源化利用目标。使用本发明可快速提高非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系早期强度，拓宽其应用范围。本发明可以替代硅酸盐水泥而广泛应用于建筑材料预制构件、集中化生产的砌块和板材等产品之中。

Description

一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺。

背景技术

脱硫石膏又称烟气脱硫石膏，是对含硫燃料（煤、油等）燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏。

我国煤的含硫量普遍较高，煤炭燃烧将产生大量SO₂对大气造成严重污染。而脱硫产生的脱硫石膏又带来了很大的环境负担。据统计，2000年我国脱硫石膏总产量已达到200万t，2010年后我国脱硫石膏的年产量估计将超过2000万t。由于工业废气脱硫石膏成分复杂，同时含有一定水分，而石膏矿相变化对温度十分敏感，这为脱硫石膏的高效应用带来了很大难题。而另一方面我国建材业对石膏的需求量越来越大，而高品味的石膏储藏量不大。如何优化脱硫石膏资源利用结构，平衡资源供求迫在眉睫。

当前脱硫石膏最主要的应用途径分为两种：一种不煅烧时，脱硫石膏可以代替天然石膏用作硅酸盐水泥的缓凝剂，复合掺合料的添加剂等；另一种经煅烧后，生产建筑石膏或以建筑石膏为主要原料的粉刷石膏、石膏制品等。传统的脱硫石膏应用途径存在高能耗，低消纳量，低效的特点，大大限制了其资源化利用的推广范围，而将非煅烧脱硫石膏纳入胶凝体系，通过双重激发作用与水泥等构成复合胶凝体系可以实现脱硫石膏的大消纳量、低能耗、高效的资源化利用目标，具有较好的应用前景。常温养护下的非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系虽然后期强度较高，但早期强度较水泥低，大大限制了其作为胶凝材料的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺。本发明不仅可以快速提高非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系的早期强度，同时可以改善其耐久性能，使其满足建筑预制品工业化生产的要求，拓宽了其作为胶凝材料替代水泥的应用范围，不仅可以带来直接的、良好的经济效益，还保证了全国脱硫石膏废弃物的资源化综合利用，资源、能源市场的健康、有序的发展。

本发明提出的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥、早强剂、减水剂和引气剂组成，各组份的重量比为：

脱硫石膏              100

矿渣粉               30-150

粉煤灰                2-40

石灰                  1-15

水泥                  0-60

早强剂                0.1-5

减水剂                0.1-3

引气剂                0.001-0.08。

各组份较佳的重量比为：

脱硫石膏              100

矿渣粉               40-120

粉煤灰                4-15

石灰                  1-10

水泥                  0-30

早强剂                0.2-4

减水剂                0.2-2.9

引气剂                0.002-0.04。

本发明中，所述脱硫石膏为电厂烟气脱硫石膏在80^oC以下的温度中干燥除去自由水的非煅烧的脱硫石膏。

本发明中，所述矿渣粉为S75、S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。

本发明中，所述粉煤灰为I级、II级或III级粉煤灰中的一种。

本发明中，所述石灰为生石灰或消石灰中的一种。

本发明中，所述水泥强度等级大于或等于32.5级。

本发明中，所述早强剂组分中含有Na⁺、K⁺、Ca⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-或NO₂ ^-离子一种以上。

本发明中，所述减水剂为含有―SO₃ ^-、―COO^-、―NH₂或―OH有机基团的表面活性剂中一种以上。

本发明中，所述引气剂为茶皂素、三萜皂甙、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种。

本发明提出的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系的快速蒸养工艺，具体步骤为：将复合胶凝体系放入窑炉内进行蒸养，控制静停时间，升温速率，恒温温度，恒温时间和降温速率，各工艺参数值为：

静停时间               1-10h

升温速率               5-30℃/h

恒温温度               30-100℃

恒温时间               1-24h

降温速率               5-40℃/h。

本发明中，各工艺参数较佳的值为：

静停时间               2-4h

升温速率               10-25℃/h

恒温温度               50-80℃

恒温时间               4-16h

降温速率               5-30℃/h。

本发明的使用方法如下：准确称取前述水硬性复合胶凝材料和水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况，再将复合胶凝材料匀速投入搅拌机，搅拌均匀并浇筑于模型成型后，即可按本发明蒸养制度进行蒸养。加水量为本发明非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系材料重量的15%-90%。

本发明中，脱硫石膏作为主要的胶凝组分，矿渣粉、粉煤灰、水泥作为辅助胶凝材料，与脱硫石膏一起组成复合胶凝体系。矿渣粉全称粒化高炉矿渣粉，是在钢铁厂炼钢过程中产生的废渣，其主要成分与水泥熟料很相似，是活性较高的硅酸盐和硅铝酸盐，其水化生成的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展。粉煤灰是燃煤电厂的一种工业废弃物，其成分中含有大量的活性氧化硅和氧化铝。采用矿渣粉和粉煤灰复合掺加，二者的“工作性能和强度优势互补效应”可以改善混凝土或砂浆的和易性、抗渗性和力学性能。蒸汽养护不仅可以促进水泥水化，还有利于矿渣粉和粉煤灰等辅助胶凝材料发挥火山灰效应，从而加快脱硫石膏的水化进程，明显增加体系的早期强度。选择这几种材料作为胶凝材料，是利用其各自的特点相辅相成，通过蒸养过程中物理和化学双重激发迅速提高早期强度，同时兼顾后期强度和耐久性。掺入石灰的作用是激发脱硫石膏的活性，提高其胶凝性。掺入早强剂也是为了加快水化进程，提高整个复合胶凝体系的早期强度，弥补大量石膏及矿物掺合料在早期强度发展方面的不足。掺入减水剂的目的在于减少胶凝材料达到所要求流动性情况下的用水量，或改善在相同用水量情况下的流动性。掺入引气剂的目的在于改善复合胶凝体系的和易性、抗冻融循环性能和降低产品容重。

本发明为一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺，在快速提高早期力学性能及后期耐久性能的前提下，最大限度地采用各种工业废弃物为原材料，具有很高的环境效益和社会效益。本发明产品具备优良的工作性、力学性能、耐久性能和安全性。

本发明可供石膏建材生产厂或一般建筑材料厂生产，广泛适用于预制水泥制品如加气混凝土砌块、泡沫混凝土和保温砌块等。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺，其中非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系按照脱硫石膏100，S75矿渣粉150，I级粉煤灰2，生石灰1，水泥60，早强剂0.1，减水剂3，三萜皂甙引气剂0.001的重量比配制而成。加水量为前述复合胶凝体系材料总重量的45%。蒸养工艺参数中静停时间为10h，升温速率为5℃/h，恒温温度为30℃，恒温时间为24h，降温速率为5℃/h。蒸养后体系的7天抗折和抗压强度分别为5.8MPa和25.5MPa，28天抗折和抗压强度分别为8.0MPa和36.0MPa，90天线性收缩率为0.013%。

实施例2，一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺，其中非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系按照脱硫石膏100，S95矿渣粉120，II级粉煤灰8，消石灰15，水泥40，早强剂5，减水剂0.1，茶皂素引气剂0.002的重量比配制而成。加水量为前述复合胶凝体系材料总重量的90%。蒸养工艺参数中静停时间为1h，升温速率为30℃/h，恒温温度为100℃，恒温时间为13h，降温速率为40℃/h。蒸养后体系的7天抗折和抗压强度分别为3.2MPa和23.2MPa，28天抗折和抗压强度分别为6.0MPa和33.5MPa，90天线性收缩率为0.015%。

实施例3，一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺，其中非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系按照脱硫石膏100，S105矿渣粉30，III级粉煤灰40，生石灰8，水泥0，早强剂3，减水剂2.1，十二烷基硫酸钠引气剂0.08的重量比配制而成。加水量为前述复合胶凝体系材料总重量的60%。蒸养工艺参数中静停时间为5h，升温速率为20℃/h，恒温温度为80℃，恒温时间为18h，降温速率为20℃/h。蒸养后体系的7天抗折和抗压强度分别为4.2MPa和26.5MPa，28天抗折和抗压强度分别为8.2MPa和37.5MPa，90天线性收缩率为0.010%。

实施例4，一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺，其中非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系按照脱硫石膏100，S95矿渣粉80，II级粉煤灰20，消石灰15，水泥20，早强剂1，减水剂2.4，十二烷基磺酸钠引气剂0.004的重量比配制而成。加水量为前述复合胶凝体系材料总重量的15%。蒸养工艺参数中静停时间为7h，升温速率为5℃/h，恒温温度为60℃，恒温时间为1h，降温速率为5℃/h。蒸养后体系的7天抗折和抗压强度分别为6.3MPa和30.9MPa，28天抗折和抗压强度分别为8.8MPa和44.8MPa，90天线性收缩率为0.009%。

Claims (12)

1.一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥、早强剂、减水剂和引气剂组成，各组份的重量比为：

脱硫石膏              100

矿渣粉               30-150

粉煤灰                2-40

石灰                  1-15

水泥                  0-60

早强剂                0.1-5

减水剂                0.1-3

引气剂                0.001-0.08。

2.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于各组份的重量比为：

脱硫石膏              100

矿渣粉               40-120

粉煤灰                4-15

石灰                  1-10

水泥                  0-30

早强剂                0.2-4

减水剂                0.2-2.9

引气剂                0.002-0.04。

3.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述硫石膏为电厂烟气脱硫石膏在80^oC以下的温度中干燥除去自由水的非煅烧的脱硫石膏。

4.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述矿渣粉为S75、S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述粉煤灰为I级、II级或III级粉煤灰中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述石灰为生石灰或消石灰中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述水泥为强度等级大于或等于32.5级的水泥。

8.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系及其快速蒸养工艺中的非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述早强剂组分中含有Na⁺、K⁺、Ca⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-或NO₂ ^-离子一种以上。

9.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系其特征在于所述减水剂为含有―SO₃ ^-、―COO^-、―NH₂或―OH有机基团一种以上。

10.根据权利要求1所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述引气剂为茶皂素、三萜皂甙、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种。

11.一种如权利要求1所述的非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系的快速蒸养工艺，其特征在于将复合胶凝体系放入窑炉内进行蒸养，控制静停时间，升温速率，恒温温度，恒温时间和降温速率，各工艺参数值为：

静停时间               1-10h

升温速率               5-30℃/h

恒温温度               30-100℃

恒温时间               1-24h

降温速率               5-40℃/h。

12.根据权利要求11所述的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系的快速蒸养工艺，其特征在于各工艺参数的值为：

静停时间               2-4h

升温速率               10-25℃/h

恒温温度               50-80℃

恒温时间               4-16h

降温速率               5-30℃/h。