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一种无机胶凝材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无机胶凝材料及其制备方法，该胶凝材料是由用粉煤灰、石灰、激发剂和水制得的料块或料球经蒸养和煅烧所得的合成料与硅酸盐水泥和石膏共同粉磨制得。将按质量份计粉煤灰65～80份、石灰按有效CaO计20～35份、激发剂0.5～2.0份共同粉磨成45μm筛余小于10％的配合料、加水15～50份混合均匀后陈化2～3h、成型成料块或料球后在90～98℃蒸汽养护(8～16)h得蒸养料；将蒸养料在750～1000℃煅烧15～90min后风冷或在空气中冷却得合成料；将合成料60～70份、硅酸盐水泥20～30份与石膏5～10份共同粉磨至比表面积为350～450m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。

Description

一种无机胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体地说是涉及一种利用粉煤灰、石灰和少量硅酸盐水泥或水泥熟料为主要原料的快凝高强无机胶凝材料及其制备方法。
背景技术
水泥作为土木、水利和交通建筑工程用量巨大的胶凝材料，其生产过程的高资源和高能源消耗及高温室气体排放等问题日益为人们所关注，材料工作者一直致力于寻求新的原材料资源和可替代的或者可作为补充的新的胶凝材料的制备方法。同时，随着建设开发的地区和领域的不断扩大，处于特殊自然环境的建筑工程也对无机胶凝材料的性能提出了不同的新的要求，具有特殊性能的无机胶凝材料的需求日益增加。另一方面，各类工业废渣对环境的不利影响和有效处置仍是一个尚未彻底解决的问题，其中包括火力发电企业排出的粉煤灰。尽管近年来电厂干法排出的粉煤灰大一部分已被利用，但上世纪八、九十年代以前湿法排放的大量粉煤灰，由于其一般粒度较粗，含碳量较高，其物理性质和反应活性不能满足作为水泥混合材和混凝土掺合料的要求，不能直接大量地应用于水泥与混凝土和其它建材制品中，因此尚未能被有效利用而被长期堆存。长期堆存的粉煤灰不仅占有大量的土地，还严重污染周围环境，因此其有效资源化利用是一亟待解决的问题。用堆存粉煤灰为主要原料制备无机胶凝材料，不仅可以节省不可再生资源，而且节能、环保。但现有用粉煤灰制备无机胶凝材料的技术存在粉煤灰用量少、对粉煤灰品质要求高和产品性能较差的问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种可以大量利用堆存低品质粉煤灰为主要原料的快凝高强无机胶凝材料。
本发明的另一目的是提供这种快凝高强无机胶凝材料的制备方法。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的：
一种无机胶凝材料，该胶凝材料是由用按质量份计粉煤灰65～80份、石灰以有效CaO计20～35份、激发剂0.5～2份和水15～50份制得的料块或料球经蒸养和煅烧所得的合成料60～70份、硅酸盐水泥20～30份与石膏5～10份共同粉磨制得。所述粉煤灰为符合GBT1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰Ⅲ级以上技术指标的粉煤灰；所述石灰为满足JC/T 479建筑生石灰技术指标的钙质石灰和满足JC/T 481建筑消石灰技术指标的钙质消石灰；所述石膏为二水石膏、半水石膏和无水石膏中的一种或几种的组合；所由述激发剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和碱金属硫酸盐的一种或几种的组合。
本发明的另一目的是这样实现的：
一种无机胶凝材料的制备方法，其主要步骤如下：
步骤(1)：将粉煤灰、石灰、激发剂按比例配合，共同粉磨至细度为45μm筛余小于10％的配合料；
步骤(2)：将所述配合料与水均匀混合后，陈化2～3h，成型成最大尺寸为10～240mm的料块或直径为8～16mm的料球；
步骤(3)：将所述料块料球在90～98℃蒸汽养护8～16h得蒸养料；
步骤(4)：将所述蒸养料在750～1000℃下煅烧15～90min后风冷或在空气中冷却得合成料。
步骤(5)：将所述合成料60～70份、硅酸盐水泥20～30份与石膏5～10份共同粉磨至比表面积为350～450m2/kg制得一种无机胶凝材料。
本发明通过蒸汽养护使得石灰与粉煤灰中活性氧化硅和活性氧化铝反应形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，在较低温度下煅烧后形成硅酸二钙和七铝十二钙，其中七铝十二钙有很高的水化活性，硅酸二钙也由于在较低的温度下形成，存在大量结构缺陷，因此也具有很高的水化活性，容易与水反应形成具有高胶凝性的水化产物。
本发明中激发剂可以与粉煤灰中的铝硅酸盐玻璃体反应，破坏玻璃体网络结构，降低玻璃体网络结构的聚合程度，大大提高其中氧化硅和氧化铝与石灰的反应速率及水化硅酸钙和水化铝酸钙的形成率，进而提高无机胶凝材料中硅酸二钙和七铝十二钙的含量，提高无机胶凝材料的胶凝性。
七铝十二钙的高水化活性可以赋予无机胶凝材料快凝快硬特性，硅酸盐水泥或硅酸盐水泥熟料可以保准无机胶凝材料水化后具有足够的碱度、保证胶凝材料硬化后具有良好的抗碳化性能。
本发明的有益效果为：
(1)本发明无机胶凝材料可以用含碳量高的低品质粉煤灰为原料，粉煤灰利用率大，可以实现堆存粉煤灰资源化利用，减少土地的占用，节约自然资源，改善环境；
(2)本发明采用碱性激发剂加速蒸养过程料块或料球中各组分间的反应，促进反应的加速和彻底完成，降低蒸养热耗，缩短蒸养时间，提高生产效益和设备使用效率；
(3)本发明无机胶凝材料的制备方法简单，无需大型的设备、煅烧温度低，温室气体排放量少，其组成和性能灵活可调，易于控制，适用性好；
本发明无机胶凝材料具有快凝快硬、强度高、耐硫酸盐侵蚀性好的特性，特别适用于坑道、水下、盐碱地带和沿海地区工程。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。各实施例快凝高强无机胶凝材料的凝结时间、净浆抗压强度、标准胶砂强度和耐硫酸盐侵蚀系数检测结果见表1。
实施例1
配合料按质量份)含有以下成分：
粉煤灰 80份
生石灰以CaO计 20份
氢氧化钠 0.5份
按上述质量比称取粉煤灰、生石灰、氢氧化钠，共同粉磨至细度为45μm筛余为5.2％的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入35份水后搅拌3min，陈化2h后用成球盘成型成直径为8～16mm的料球；将料球在蒸养箱中90℃蒸养10h得蒸养料，将蒸养料用小型窑炉750℃煅烧90min后吹风冷却得合成料；取合成料70份、硅酸盐水泥20份与无水石膏10份共同粉磨至比表面积为350m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
实施例2
配合料按质量份计含有以下成分：
粉煤灰 70份
生石灰以CaO计 30份
氢氧化钠 1.0份
按上述质量比称取粉煤灰、生石灰、氢氧化钠，共同粉磨至细度为45μm筛余为5.8％的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入45份水后搅拌2min，陈化2.5h后用成球盘成型成直径为8～16mm的料球；将料球在蒸养箱中95℃蒸养8h得蒸养料，将蒸养料用小型窑炉800℃煅烧60min后吹风冷却得合成料；取合成料68份、硅酸盐水泥25份与二水石膏7份共同粉磨至比表面积为415m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
实施例3
配合料按质量份计含有以下成分：
粉煤灰 75份
生石灰以CaO计 25份
碳酸钠 1.4份
按上述质量比称取粉煤灰、生石灰、碳酸钠，共同粉磨至细度为45μm筛余为9.8％的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入40份水后搅拌3min，陈化3h后挤压成240mm×115mm×53mm的料块，将料块在蒸养箱中90℃蒸养16h得蒸养料，将蒸养料用小型窑炉750℃煅烧75min后在空气中自然冷却得合成料；将合成料用破碎机破碎成小于16mm的颗粒，取合成料67份、硅酸盐水泥25份与半水石膏8份共同粉磨至比表面积为425m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
实施例4
配合料按质量份计含有以下成分：
粉煤灰 65份
生石灰以CaO计 35份
无水硫酸钠 2.0份
按上述质量比称取粉煤灰、生石灰、无水硫酸钠，共同粉磨至细度为45μm筛余为8.1％的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入50份水后搅拌3min，陈化3h后挤压成50mm×50mm×30mm的料块；将料块在蒸养箱中98℃蒸养12h得蒸养料，将蒸养料用小型窑炉800℃煅烧45min后在空气中自然冷却得合成料；将合成料用破碎机破碎成小于16mm的颗粒后，取合成料95份65份、硅酸盐水泥30份与半水石膏5份共同粉磨至比表面积为440m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
实施例5
配合料按质量份计含有以下成分：
粉煤灰 75份
消石灰以CaO计 25份
碳酸钾 1.5份
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、碳酸钾，共同粉磨至细度为45μm方孔筛筛余为4.3％的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入20份水后搅拌3min，陈化2h后用成球盘成型成直径为8～16mm的料球；将料球在蒸养箱中90℃蒸养8h得蒸养料，将蒸养料用小型窑炉800℃煅烧50min在后空气中自然冷却得合成料；取合成料67份、硅酸盐水泥25份、无水石膏4份和半水石膏3份共同粉磨至比表面积为370m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
实施例6
配合料按质量份计含有以下成分：
粉煤灰 80份
消石灰以CaO计 20份
氢氧化钾 1.3份
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钾，共同粉磨至细度为45μm筛余为3.5％的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入15份水后搅拌3min，陈化3h后挤压成直径10mm、厚6mm的料块；将料块在蒸养箱中98℃蒸养12h得蒸养料，将蒸养料，用小型窑炉800℃煅烧60min后在空气中自然冷却得合成料；取合成料67份、硅酸盐水泥25份与二水石膏8份共同粉磨至比表面积为385m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
实施例7
配合料按质量份计含有以下成分：
粉煤灰 70份
消石灰以CaO计 30份
氢氧化钠 1.2份
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钠，共同粉磨至细度为45μm方孔筛筛余为7.6％的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入25份水后搅拌3min，陈化3h后用成球盘成型成直径为～16mm的料球；将料球在蒸养箱中90℃蒸养10h得蒸养料，将蒸养料用小型窑炉1000℃煅烧15min后吹风冷却得合成料；取合成料64份、硅酸盐水泥30份与二水石膏6份共同粉磨至比表面积为445m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
实施例8
配合料按质量份计含有以下成分：
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钠和无水硫酸钠，共同粉磨至细度为45μm方孔筛筛余为6.2％的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入25份水后搅拌3min，陈化3h后用成球盘成型成直径为(8～16)mm的料球；将料球在蒸养箱中95℃蒸养14h得蒸养料，将蒸养料用小型窑炉900℃煅烧30min吹风冷却得合成料；取合成料66份、硅酸盐水泥27份与半水石膏7份共同粉磨至比表面积为440m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
参照GBT 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法测得实施例1～8无机胶凝材料的标准稠度需水量、凝结时间，及标准稠度水泥净浆试体各龄期的抗压强度，按GBT 17671-1999水泥胶砂强度试验方法测得各无机胶凝材料标准胶砂强度，按GBT749-2008水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法测得各无机胶凝材料耐硫酸盐侵蚀系数，结果见表1。
表1快凝高强无机胶凝材料性能测定结果

Claims (5)

1.一种无机胶凝材料，其特征在于该胶凝材料是由用按质量份计粉煤灰65～80份、石灰以有效CaO计20～35份、激发剂0.5～2.0份和水15～50份制得的料块或料球经蒸养和煅烧所得的合成料60～70份、硅酸盐水泥20～30份与石膏5～10份共同粉磨制得，使该胶凝材料具有耐硫酸盐侵蚀性好的特性；
所述激发剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和碱金属硫酸盐的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的无机胶凝材料，其特征在于所述粉煤灰符合GBT1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰Ⅲ级以上技术指标的粉煤灰；所述石灰为满足JC/T 479建筑生石灰技术指标的钙质石灰和满足JC/T 481建筑消石灰技术指标的钙质消石灰；所述石膏为二水石膏、半水石膏和无水石膏中的一种或几种的组合。
3.一种根据权利要求1所述的无机胶凝材料的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：
第一步：将粉煤灰、石灰、激发剂按比例配合，共同粉磨至细度为45μm筛余小于10％的配合料；
第二步：将所述配合料与水后搅拌混合，陈化2～3h后成型得料块或料球；
第三步：将所述料块或料球蒸汽养护8～16h得蒸养料；
第四步：将所述蒸养料在设定煅烧温度下煅烧15～90min后风冷或在空气中冷却得合成料；
第五步：将所述合成料60～70份、硅酸盐水泥20～30份与石膏5～10份共同粉磨至比表面积为350～450m2/kg制得一种快凝高强无机胶凝材料。
4.根据权利要求3所述的无机胶凝材料的制备方法，其特征在于所述蒸养料的蒸汽养护温度为90～98℃。
5.根据权利要求3所述的无机胶凝材料的制备方法，其特征在于所述蒸养料的煅烧温度为750～1000℃。
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