CN103951294A - 一种无机化学键合胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机化学键合胶凝材料及其制备方法，本发明的无机化学键合胶凝材料，由含硅、氧、铝元素的工矿废渣料粉和含钙、钠、钾元素的催化激发材料料粉复配而成，其中，所述工矿废渣料粉的质量百分比为70~98%；所述催化激发材料料粉的质量百分比为2~30%。本发明的无机化学键合凝胶材料的固化体分子结构为硅、氧、铝为主的三维结构，键合力强大，而且对集料要求宽泛，一般水源甚至大部分废水或海水可作为拌合用水，属于一种生态环保型无机胶凝材料，符合当今环保需求。

Description

一种无机化学键合胶凝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及胶凝材料技术领域，特别涉及一种无机化学键合胶凝材料及其制备方法。 

背景技术

建筑、道路施工等大量使用水泥作为水硬性材料，目前我国是世界上水泥产量第一的国家，消耗大量的石灰、煤电等资源，排放大量的二氧化碳、二氧化氮、三氧化硫等废气，严重污染环境。 

现在用量最大的硅酸盐类无机胶凝材料产品生产过程高耗能、高污染，并且其制成品寿命和耐候性比较差，对产品应用中的掺合集料和拌合用水要求比较高。 

随着社会的发展和人们环保意识的逐步增强，寻求一类低能耗、低污染、生态环保性的胶凝材料产品成为当今社会的迫切需求。 

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种无机化学键合胶凝材料及其制备方法。 

本发明所采取的技术方案是： 

一种无机化学键合胶凝材料，由含硅、氧、铝元素的工矿废渣料粉和含钙、钠、钾元素的催化激发材料料粉组成，其中，所述工矿废渣料粉的质量百分比为70~98%；所述催化激发材料料粉的质量百分比为2~30%；所述催化激发材料料粉由含钙、钠、钾元素的工业产品或工业废料粉碎复配而得，所述催化激发材料料粉中含钾元素的组分、含钠元素的组分和含钙元素的组分的重量份数分别为0.5~30%、2~85%、1~65%。现有技术披露的无机胶凝材料中使用了石膏等添加材料，由于石膏的微水溶性导致其应用过程中的水溶流失，所以其制成品寿命和耐候性较差，本发明中通过钾钠钙的合理复配，提高了产品应用的强度和耐候性，特别是钾离子的强电解质效应在胶凝材料中起着很好的促进反应的催化作用和分子结构键键合力强化作用，使制成品结构更加致密，寿命提高。

优选的，所述工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的含量比值为0.5~12。根据产品性能需求，所述工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的含量比值在0.5~12之间浮动，硅元素与铝元素的含量比值在0.5~12之间，制得的无机化学键合胶凝材料加水后固化效果好。 

优选的，所述工矿废渣料粉和催化激发材料料粉的勃氏比表面积均为350~800m²/kg。粉料细度越细，其渣料反应活性越好。 

优选的，所述含硅、氧、铝元素的工矿废渣料粉由金矿尾矿、铁矿尾矿、铜矿尾矿、铅锌矿尾矿、镍矿尾矿、煤渣、煤矸石、粉煤灰、粒化磷渣、高炉矿渣、钢渣、氧化铝赤泥中的至少一种粉碎而得。 

优选的，所述含钙、钾、钠元素的催化激发材料料粉由含钙、钾、钠元素的氢氧化物和/或盐类产品经粉碎复配而成。 

所述的无机化学键合胶凝材料的制备方法，包括以下步骤： 

1）将含硅、氧、铝元素的工矿废渣经过烘干粉磨制得组分一，组分一的比表面积为350~800m²/kg；

2）将含钙、钠、钾元素的催化激发材料烘干粉磨制得组分二，组分二的比表面积为350~800m²/kg；

3）组分一和组分二均匀混合，其中组分一的质量百分比为70~98%，组分二的质量百分比为2~30%。

本发明无机化学键合胶凝材料加水固化的原理为：合理配比的含硅、氧、铝的工矿废渣料粉在催化激发材料料粉的作用下，释放出硅、氧、铝类离子或离子团（如AL(OH)^4-、SiO₄ ^4-、ALO₄ ^5-等），进一步在催化激发材料作用下重新聚合，形成三维网络结构并逐步凝固硬化，所述三维网络结构如附图1所示。 

本发明的有益效果为： 

本发明无机化学键合胶凝材料的优异性能源于其固化体分子结构为硅、氧、铝为主的三维结构，键合力强大，其固化反应机理和微观结构与硅酸盐类胶凝材料的水化二维结构完全不同，所以其制成品寿命和耐候性提高很多。化学键合胶凝材料最大的特点在于大量利用了各种工矿废弃物作为原料加工为产品，并且可再利用本发明的无机化学键合胶凝产品去处理更大量的工矿固废、危废等（大量的工矿固废、危废可以做为集料使用），以实现工矿行业的循环经济和可持续发展，保护人类生存环境。本发明提供的生态型无机化学键合胶凝材料对集料要求宽泛，一般水源甚至大部分废水或海水都可用来作为拌合用水，属于一种生态环保型无机胶凝材料，符合当今环保需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明实施例1无机化学键合胶凝材料的三维结构示意图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

对比例： 

1）称取15kg粒化磷渣、64kg高炉矿渣、5kg粉煤灰，烘干后一起粉磨至勃氏比表面积420㎡/㎏左右，得工矿废渣料粉；该工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的比值为3。

2）称取16kg含氯化钙、氢氧化钠的催化激发材料，烘干后粉磨至勃氏比表面积420㎡/㎏左右，得催化激发材料料粉；其中氯化钙含量为40%、氢氧化钠的含量为50%。 

3）将工矿废渣料粉和催化激发材料料粉均匀混合，搅拌半小时，得本实施例的无机化学键合胶凝材料。 

产品按照GB/T1346-2001进行试验，测试环境温度20~25℃，标准稠度用水量为38%  初凝时间95min，终凝时间105min，安定性合格。 

实施例1 

1）称取15kg粒化磷渣、64kg高炉矿渣、5kg粉煤灰，烘干后一起粉磨至勃氏比表面积420㎡/㎏左右，得工矿废渣料粉；该工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的比值为3。

2）称取16kg含氯化钙、氢氧化钠、氯化钾的催化激发材料，烘干后粉磨至勃氏比表面积420㎡/㎏左右，得催化激发材料料粉；其中氯化钙含量为30%、氢氧化钠的含量为35%、氯化钾的含量为25%。 

3）将工矿废渣料粉和催化激发材料料粉均匀混合，搅拌半小时，得本实施例的无机化学键合胶凝材料。 

产品按照GB/T1346-2001进行试验，测试环境温度20~25℃，标准稠度用水量为28%  初凝时间98min，终凝时间220min，安定性合格。 

实施例2 

1）称取35kg钢渣、43kg高炉矿渣、12kg粉煤灰，烘干后一起粉磨至勃氏比表面积600㎡/㎏左右，得工矿废渣料粉；该工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的比值为5。

2）称取10kg含氯化钙、氢氧化钠、氢氧化钾的催化激发材料，烘干后粉磨至勃氏比表面积600㎡/㎏左右，得催化激发材料料粉；其中氯化钙含量为40%、氢氧化钠的含量为35%、氢氧化钾的含量为15%。 

3）将工矿废渣料粉和催化激发材料料粉均匀混合，搅拌半小时，得本实施例的无机化学键合胶凝材料。 

产品按照GB/T1346-2001进行试验，测试环境温度20~25℃，标准稠度用水量为28.5%  初凝时间51min，终凝时间160min，安定性合格。 

实施例3 

1）称取15kg氧化铝赤泥、46kg高炉矿渣、14kg粉煤灰，烘干后一起粉磨至勃氏比表面积450㎡/㎏左右，得工矿废渣料粉；该工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的比值为2。

2）称取25kg含氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾的催化激发材料，烘干后粉磨至勃氏比表面积750㎡/㎏左右，得催化激发材料料粉；其中氢氧化钙含量为2%、氢氧化钠的含量为45%、氢氧化钾的含量为38%。 

3）将工矿废渣料粉和催化激发材料料粉均匀混合，搅拌半小时，得本实施例的无机化学键合胶凝材料。 

产品按照GB/T1346-2001进行试验，测试环境温度20~25℃，标准稠度用水量为31%  初凝时间190min，终凝时间360min，安定性合格。 

实施例4 

1）称取35kg铁矿尾矿、47kg高炉矿渣、10kg粉煤灰，烘干后一起粉磨至勃氏比表面积400㎡/㎏左右，得工矿废渣料粉；该工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的比值为7。

2）称取8kg含氯化钙、氯化钠、氯化钾的催化激发材料，烘干后粉磨至勃氏比表面积400㎡/㎏左右，得催化激发材料料粉；其中氯化钙含量为35%、氯化钠的含量为5%、氯化钾的含量为45%。 

3）将工矿废渣料粉和催化激发材料料粉均匀混合，搅拌半小时，得本实施例的无机化学键合胶凝材料。 

产品按照GB/T1346-2001进行试验，测试环境温度20~25℃，标准稠度用水量为28%  初凝时间55min，终凝时间95min，安定性合格。 

实施例5 

1）称取35kg煤渣、45kg高炉矿渣、4kg粉煤灰，烘干后一起粉磨至勃氏比表面积500㎡/㎏左右，得工矿废渣料粉；该工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的比值为4.5。

2）称取16kg含氯化钙、氢氧化钠、氯化钾的催化激发材料，烘干后粉磨至勃氏比表面积500㎡/㎏左右，得催化激发材料料粉；其中氯化钙含量为30%、氢氧化钠的含量为35%、氯化钾的含量为20%。 

3）将工矿废渣料粉和催化激发材料料粉均匀混合，搅拌半小时，得本实施例的无机化学键合胶凝材料。 

产品按照GB/T1346-2001进行试验，测试环境温度20~25℃，标准稠度用水量为29%  初凝时间48min，终凝时间120min，安定性合格。 

Claims (6)

1.一种无机化学键合胶凝材料，其特征在于：由含硅、氧、铝元素的工矿废渣料粉和含钙、钠、钾元素的催化激发材料料粉组成，其中，所述工矿废渣料粉的质量百分比为70~98%；所述催化激发材料料粉的质量百分比为2~30%；所述催化激发材料料粉由含钙、钠、钾元素的工业产品或工业废料粉碎复配而得，所述催化激发材料料粉中含钾元素的组分、含钠元素的组分和含钙元素的组分的重量份数分别为0.5~30%、2~85%、1~65%。

2.如权利要求1所述的无机化学键合胶凝材料，其特征在于：所述工矿废渣料粉中硅元素与铝元素的含量比值为0.5~12。

3.如权利要求1所述的无机化学键合胶凝材料，其特征在于：所述工矿废渣料粉和催化激发材料料粉的勃氏比表面积均为350~800m²/kg。

4.如权利要求1所述的无机化学键合胶凝材料，其特征在于：所述含硅、氧、铝元素的工矿废渣料粉由金矿尾矿、铁矿尾矿、铜矿尾矿、铅锌矿尾矿、镍矿尾矿、煤渣、煤矸石、粉煤灰、粒化磷渣、高炉矿渣、钢渣、氧化铝赤泥中的至少一种粉碎而得。

5.如权利要求1所述的无机化学键合胶凝材料，其特征在于：所述含钙、钾、钠元素的催化激发材料料粉由含钙、钾、钠元素的氢氧化物和/或盐类产品经粉碎复配而成。

6.如权利要求1-5任一项所述的无机化学键合胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将含硅、氧、铝元素的工矿废渣经过烘干粉磨制得组分一，组分一的比表面积为350~800m²/kg；

2）将含钙、钠、钾元素的催化激发材料烘干粉磨制得组分二，组分二的比表面积为350~800m²/kg；

3）组分一和组分二均匀混合，其中组分一的质量百分比为70~98%，组分二的质量百分比为2~30%。