CN102863164B - 使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，首先使用NaOH作为碱性激发剂激发矿渣制备碱胶凝材料，然后将胶凝材料养护一定时间；将养护后的碱胶凝材料置于盐湖溶液中存放一段时间即可提高碱激发矿渣胶凝材料的强度；所述用NaOH作为碱性激发剂激发矿渣制备碱胶凝材料的方法是：将矿渣粉磨到比表面积为500㎡／㎏，加入矿渣重量5～14％的NaOH混合均匀，然后加水搅拌，本发明可提高其后期强度，防止后期强度倒缩，从而改善了碱激发矿渣胶凝材料力学性能，具有工艺简单，节能环保，操作简单，控制方便，便于工业化应用的特点。

Description

使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法。
背景技术
碱激发胶凝材料是一种无机非金属胶凝材料，具有良好的力学性能，耐久性能。碱激发胶凝材料制备工艺简单、节能减排、成本低、市场广，是一种极具发展潜力的胶凝材料。这类材料多以铝硅酸盐类矿物为主要原材料。可用于制备碱激发胶凝材料的天然矿物和工业固体废弃物有矿渣、钢渣、磷渣、煤矸石、偏高岭土、高岭土、粉煤灰，硅灰、炉渣、尾矿等铝硅酸盐材料。这些潜在水硬性或火山灰性物质具有较高水化活性，可用在工程建设的多个方面。然而碱激发材料存在后期强度增长缓慢和倒缩等问题限制着其在大型工程中的应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，可提高其后期强度，防止后期强度倒缩，从而改善了碱激发矿渣胶凝材料力学性能，本发明具有工艺简单，节能环保，操作简单，控制方便，便于工业化应用的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，包括如下步骤：
步骤一，使用NaOH作为碱性激发剂激发矿渣制备碱胶凝材料，然后将胶凝材料养护一定时间；
步骤二，将养护后的碱胶凝材料置于盐湖溶液中存放一段时间即可提高碱激发矿渣胶凝材料的强度；
所述盐湖溶液的成分为：Na+：5-20.96g/l、K+：5-18.47g/l、Mg2+：10-68.34g/l、SO4 2-：1-6.22g/l、Cl-：20-250.33g/l；
所述矿渣包括：CaO：30.1～42.5％、Al2O3：9.3～12.6％、MgO：5.3～17.8％、SiO2：26.4～39.5％以及杂质，以上百分含量为相应组份占矿渣总重量的百分比。
所述用NaOH作为碱性激发剂激发矿渣制备碱胶凝材料的方法是：将矿渣粉磨到比表面积为500㎡／㎏，加入矿渣重量5～14％的NaOH混合均匀，然后加矿渣重量30-70％的水搅拌。
所述搅拌使用砂浆搅拌机实现，在搅拌过程中加矿渣重量50-400％的砂，搅拌结束后分层倒入40mm×40mm×160mm的三连模中用振实台振实。
所述步骤一中养护条件为在水中养护或者在空气中养护，养护温度为-15℃～90℃。
所述步骤二中盐湖溶液中主要含有钠离子、镁离子、钙离子和钾离子，以及与钠离子、镁离子、钙离子和钾离子相应量的氯离子或硫酸根离子。
所述步骤二中碱激发矿渣胶凝材料置于盐湖溶液中连续存放，存放温度范围为-15℃～90℃，存放时间为1天～400天。
所述步骤二中碱激发矿渣胶凝材料在盐湖溶液中和大气环境中间隔存放，先在盐湖溶液中存放，温度范围为-15℃～90℃，存放时间为1天～60天，再在大气环境中存放，温度范围为25℃～250℃，存放时间为1天～60天，如此交替即可，一般情况下，间隔存放时交替10-50次较佳。
与现有技术相比，本发明的优点是：
传统硅酸盐水泥由于其水化、凝结原理不同于碱激发矿渣胶凝材料，水泥硬化后结构中的氢氧化钙等水化反应产物与环境中的碳酸根，氯离子，硫酸根离子，镁离子等参加反应，导致水泥石结构遭到破坏，从而降低了建筑结构的强度。与现有传统硅酸盐水泥相比，本发明能保证碱激发材料在盐湖溶液中的强度不降低反而可以大幅度提升，特别适用于西部盐湖等高盐碱性环境。
现有提高碱激发胶凝材料强度的方法主要通过调整激发剂掺入量，增加矿渣细度等方法，考虑从原料性质和配比方面提高碱激发胶凝材料强度，提高幅度有限。本发明通过将成型后的碱激发材料置于特定溶液中，来提高胶凝材料强度，强度提高幅度更高，更经济，更具操作性。
本发明所述盐湖是咸水湖的一种，干旱地区含盐度（以氯化物为主）很高的湖泊，咸水湖矿化度为1～35克/升，矿化度大于35克/升的则是盐湖。盐湖是湖泊发展到老年期的产物，它富集着多种盐类，是重要的矿产资源。其氯化物以MgCl2、KCl和NaCl为主，硫酸盐以MgSO4和CaSO4为主。
盐湖溶液中除了有大量的Na+、Cl-，还有Mg2+、SO4 2-等。在碱激发矿渣的水化过程中，盐湖对碱激发材料二次激发作用和盐湖溶液中NaCl、MgSO4等析晶晶体对试件孔隙的填充作用可以来提高硬化体的强度的。比单纯以NaCl溶液提高对碱激发矿渣胶凝材料的强度效果好，且来源广，无需做预处理即可直接使用，成本非常低廉。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
将激发剂（NaOH）与预先粉磨到比表面积为500㎡／㎏的矿渣按表1所示的配比混合均匀，然后加入矿渣重量50%的水用砂浆，搅拌机搅拌同时加矿渣重量300％的砂，搅拌结束后分层倒入40mm×40mm×160mm的三连模中用振实台振实，表面用刮刀刮平并做好标记，在温度为20℃，湿度为95%的养护箱内养护24小时后脱模，各种配比各做九个三连模。脱模后的试块放入温度(20±3)℃的养护室中养护7天，将不同配比的试块进行抗压强度测试，强度结果见表2。其余各配比的试块均分为两组，分别养护于清水和盐湖溶液中，在养护过程中将试块进行干湿循环，即先置于盐湖溶液与清水中浸泡12小时,再取出放入105℃的烘箱内烘8小时为一个循环，如此反复进行，分别测试7天，17天，27天，37天，47天的抗压强度，结果见表2。
表1碱激发矿渣胶凝材料配比
  配比  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4
  NaOH   25   40   55   70
  矿渣   500   500   500   500
  水   190   190   190   190
表2水泥和碱激发胶凝材料试块的抗压强度
Figure BDA00002199121900041
从表2可以看出，对比存放在清水中的试件强度，存放在盐湖溶液中的试件强度在各个时间段都有大幅度提高，存放时间越长，强度增加越多。
为了简化工艺，在盐湖溶液中的养护也可以直接连续存放，存放温度范围为-15℃～90℃，存放时间为1天～400天。
本发明是基于盐湖溶液对碱激发材料二次激发作用和盐湖溶液中NaCl、CaSO4、Mg SO4析晶晶体对试件孔隙的填充作用来提高强度的。
本发明所述盐湖是咸水湖的一种，以察尔汗盐湖为例，其主要元素为成分为Na+：20.96g/l、K+：18.47g/l、Mg2+：68.34g/l、Ca2+：4.18g/l、SO4 2-：6.23g/l、Cl-：241.08g/l、HCO3 -：1.17g/l；总计：356.66g/l。

Claims (8)

1.一种使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，包括如下步骤： 
步骤一，使用NaOH作为碱性激发剂激发矿渣制备碱胶凝材料，然后将胶凝材料养护一定时间，方法是：将矿渣粉磨到比表面积为500㎡／㎏，加入矿渣重量5～14%的NaOH混合均匀，然后加矿渣重量30-70%水搅拌； 
步骤二，将养护后的碱胶凝材料置于盐湖溶液中存放一段时间即可提高碱激发矿渣胶凝材料的强度； 
所述盐湖溶液的成分为：Na+：20.96g/l、K+：18.47g/l、Mg2+：68.34g/l、SO4 2-：6.22g/l、Cl-：250.33g/l；总计：364.32g/l；
所述矿渣包括：CaO：30.1～42.5%、Al2O3：9.3～12.6%、MgO：5.3～17.8%、SiO2：26.4～39.5%以及杂质，矿渣中氧化物百分含量为相应组份占矿渣总重量的百分比。 
2.根据权利要求1所述使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，其特征在于，所述搅拌使用砂浆搅拌机实现，在搅拌过程中加矿渣重量50-400%的砂，搅拌结束后分层倒入40mm×40mm×160mm的三连模中用振实台振实。 
3.根据权利要求1所述使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，其特征在于，所述步骤一中养护条件为在水中养护或者在空气中养护，养护温度为-15℃～90℃。 
4.根据权利要求1或3所述使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，其特征在于，所述步骤一中养护时间为1-60天。 
5.根据权利要求1所述使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，其特征在于，所述步骤二中盐湖溶液中主要含有钠离子、镁离子、钙离子和钾离子，以及与钠离子、镁离子、钙离子和钾离子相应量的氯离子或硫酸根离子。 
6.根据权利要求1所述使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，其特征在于，所述步骤二中碱激发矿渣胶凝材料置于盐湖溶液中连续存放，存放温度范围为-15℃～90℃，存放时间为1天～400天。 
7.根据权利要求1所述使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，其特征在于，所述步骤二中碱激发矿渣胶凝材料在盐湖溶液中和大气环境中间隔存放，先在盐湖溶液中存放，温度范围为-15℃～90℃，存放时间为1天～60天，再在大气环境中存放，温度范围为25℃～250℃，存放时间为1天～60天，如此交替即可。 
8.根据权利要求7所述使用盐湖溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法，其特征在于，间隔存放时交替10-50次。 
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