CN108516711B - 一种单组份碱激发水泥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单组份碱激发水泥，其所用原料按重量百分数计为：粉煤灰40%‑50%、固体氢氧化钠2%‑4%、矿渣23%‑27%、钠长石13%‑17%、固体硅酸钠6%‑8%、固体氧化钙3%‑5%、硼砂1%，各原料重量百分数之和为100%。本发明单组份碱激发水泥制备工艺简单，成本较低，且其制备过程中不需经煅烧，所得水泥腐蚀性低、稳定性强，方便长期存放，具有广阔市场前景。
Description
技术领域
本发明属于水泥材料技术领域，具体涉及一种单组份碱激发水泥。
背景技术
2017年全世界水泥产量是42亿吨，中国占了24亿吨，大部分为普通硅酸盐水泥。硅酸盐水泥CO2排放约为15亿吨，占人类活动产生CO2的8%。碱激发水泥指采用天然矿物或固体废弃物及人工铝硅化合物为原料，制备的硅氧四面体与铝氧四面体三维网络聚合凝胶体。碱激发水泥是低成本、高性能环保型材料，其可以矿渣和煤渣等固体废弃物作为原料，且其制备温度低、工艺简单。此外，碱激发水泥抗酸与抗硫酸盐性能好，耐热性好，收缩、徐变低，强度高，可替代硅酸盐水泥制备碱激发水泥混凝土。更重要的是，与普通硅酸盐水泥相比，生产相同单位质量碱激发水泥，其CO2排放量可减少81%。因此，碱激发水泥应用于混凝土可显著减少碳排放。
碱激发水泥按制备方式可划分为双组分碱激发水泥和单组份碱激发水泥。传统碱激发水泥采用双组分方式进行制备，即由碱激发溶液与固体铝硅酸盐原料两个组分加水反应得到。但在实际应用中，双组分碱激发水泥制备要准备大量粘性高并且有腐蚀性和毒性的碱激发溶液，不利于安全生产。而单组份碱激发水泥是由铝硅酸盐原料和固体碱处理成一种组分的混合物，再直接加水反应得到。且其应用时且其应用时与普通硅酸盐水泥类似，直接加水、骨料、外加剂等就能拌制出碱激发混凝土。
专利（CN 102875041A）“一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的制备方法”和专利（CN 104446040A）“一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法”介绍了采用煅烧硅铝氧化物原料与碱激发剂的混合料而制备单组份碱激发水泥的内容，但其能耗较高，且污染环境；专利（CN 106045433A）“一种单组份碱激发镍渣水泥及其制备和使用方法”介绍了将不同原材料分别磨细后混合制备单组份碱激发水泥的内容，但该方法只是简单的将原材料混合，难以解决碱激发物吸收空气中水分和其自身腐蚀性的问题。因此，建立一种不需要煅烧、稳定性高、安全的碱激发水泥将更具有工业化推广前景和市场。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单组份碱激发水泥，其腐蚀性低、稳定性强，且制备方法简单，具有广阔市场前景。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种单组份碱激发水泥，其所用原料按重量百分数计为：粉煤灰40%-50%、固体氢氧化钠2%-4%、矿渣23%-27%、钠长石13%-17%、固体硅酸钠6%-8%、固体氧化钙3%-5%、硼砂1%，各原料重量百分数之和为100%。
所述单组份碱激发水泥的制备方法是先将粉煤灰、矿渣回收、存放，避免粉煤灰、矿渣与其它杂物混合或受到污染，并将钠长石粉碎成石粉；然后将粉煤灰、固体氢氧化钠、矿渣、钠长石、固体硅酸钠、固体氧化钙、硼砂按比例混合后球磨2h制得。
所述单组份碱激发水泥的使用方法，是将所述单组份碱激发水泥与其重量45%-50%的水搅拌混合后进行浇筑，待其凝结后进行养护，即得碱激发混凝土。
本发明具有以下优点：
（1）本发明有效利用粉煤灰、矿渣，变废为宝，实现其资源化再利用。
（2）粉煤灰和碱激发剂之间发生化学反应而转化为铝硅酸盐，从而降低了水泥的腐蚀性，并使水泥稳定性强，方便长期存放。通过比较发现，传统简单混合制备的碱激发水泥存放不到一周就会受潮，而本发明制备的水泥存放2个月仍可保持干燥及稳定。
（3）本发明碱激发水泥的制备过程中将各原料混合后共同球磨，可使所得碱激发水泥较相同配比条件下先粉磨再混合制备的碱激发水泥的强度提高10MPa以上；且其制备过程中所用原料不需要经过煅烧，其工艺简单，成本较低，易于实现。
（4）粉煤灰和碱激发剂发生反应，使其磨细后直接加水就可以使用，其使用方法与传统水泥方式相同，适用于工程应用。
（5）与双组份碱激发水泥需要高温养护不同，本发明碱激发水泥经室温养护即可达到工程需要强度，并可比同配合比的普通硅酸盐水泥提高5MPa以上。
具体实施方式
一种单组份碱激发水泥，其制备方法包括如下步骤：
（1）将粉煤灰、矿渣回收、存放，避免粉煤灰、矿渣与其它杂物混合或受到污染；将钠长石粉碎成石粉；
（2）将粉煤灰、固体氢氧化钠、矿渣、钠长石、固体硅酸钠、固体氧化钙、硼砂按比例混合后球磨2h即得成品。
所用原料按重量百分数计为：粉煤灰40%-50%、固体氢氧化钠2%-4%、矿渣23%-27%、钠长石13%-17%、固体硅酸钠6%-8%、固体氧化钙3%-5%、硼砂1%，各原料重量百分数之和为100%。
将单组份碱激发水泥与其重量45%-50%的水直接搅拌混合成水泥浆体，使得水泥浆体具有较好的流动性，然后浇筑，并立即进行水泥浆体凝结时间的测试；振捣密实后在室温下养护28天，得到水泥净浆试块，测试其抗折强度和抗压强度。
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
所用粉煤灰、矿渣、钠长石含有的主要化学成分见表1。
表1 各主要化学成分
实施例1
（1）将粉煤灰、矿渣回收、存放，避免粉煤灰、矿渣与其它杂物混合或受到污染；将钠长石粉碎成粒度2-4mm的石粉；
（2）按重量百分数将粉煤灰50%、固体氢氧化钠2%、矿渣23%、钠长石13%、固体硅酸钠7%、固体氧化钙4%、硼砂1%混合后球磨2h，制得单组份碱激发水泥。
将所得单组份碱激发水泥与其重量45%的水搅拌混合2min，以形成水泥浆体，然后浇筑成40mm×40mm×160mm的试块，测得初凝时间为53min，终凝时间为84min（同配合比条件下的硅酸盐水泥的初凝时间为132min，终凝时间为328min）；振捣密实后在室温下养护28天，得到水泥净浆试块，测试得到其抗压强度为38MPa，较同配合比条件下的硅酸盐水泥强度（31MPa）提高7MPa。
实施例2
（1）将粉煤灰、矿渣回收、存放，避免粉煤灰、矿渣与其它杂物混合或受到污染；将钠长石粉碎成粒度2-4mm的石粉；
（2）按重量百分数将粉煤灰45%、固体氢氧化钠3%、矿渣25%、钠长石15%、固体硅酸钠6%、固体氧化钙5%、硼砂1%混合后球磨2h，制得单组份碱激发水泥。
将所得单组份碱激发水泥与其重量47%的水搅拌混合2min，以形成水泥浆体，然后浇筑成40mm×40mm×160mm的试块，测得初凝时间为57min，终凝时间为90min（同配合比条件下的硅酸盐水泥的初凝时间为132min，终凝时间为328min）；振捣密实后在室温下养护28天，得到水泥净浆试块，测试得到其抗压强度为36MPa，较同配合比条件下的硅酸盐水泥强度（31MPa）提高6MPa。
实施例3
（1）将粉煤灰、矿渣回收、存放，避免粉煤灰、矿渣与其它杂物混合或受到污染；将钠长石粉碎成粒度2-4mm的石粉；
（2）按重量百分数将粉煤灰40%、固体氢氧化钠4%、矿渣27%、钠长石17%、固体硅酸钠8%、固体氧化钙3%、硼砂1%混合后球磨2h，制得单组份碱激发水泥。
将所得单组份碱激发水泥与其重量50%的水搅拌混合2min，以形成水泥浆体，然后浇筑成40mm×40mm×160mm的试块，测得初凝时间为60min，终凝时间为97min（同配合比条件下的硅酸盐水泥的初凝时间为132min，终凝时间为328min）；振捣密实后在室温下养护28天，得到水泥净浆试块，测试得到其抗压强度为39MPa，较同配合比条件下的硅酸盐水泥强度（31MPa）提高8MPa。
对比例1
（1）将粉煤灰、矿渣回收、存放，避免粉煤灰、矿渣与其它杂物混合或受到污染；将钠长石粉碎成粒度2-4mm的石粉；
（2）按重量百分数将粉煤灰40%、固体氢氧化钠4%、矿渣27%、钠长石17%、固体硅酸钠8%、固体氧化钙3%、硼砂1%分别球磨2h后混合均匀，制得单组份碱激发水泥。
将所得单组份碱激发水泥与其重量50%的水搅拌混合2min，以形成水泥浆体，然后浇筑成40mm×40mm×160mm的试块，测得初凝时间为50min，终凝时间为77min；振捣密实后在室温下养护28天，得到水泥净浆试块，测试得到其抗压强度为28MPa，较同配合比条件下实施例3制备的单组份碱激发水泥降低11MPa。
对比例2
（1）将粉煤灰、矿渣回收、存放，避免粉煤灰、矿渣与其它杂物混合或受到污染；将钠长石粉碎成粒度2-4mm的石粉；
（2）按重量百分数将粉煤灰40%、固体氢氧化钠8%、矿渣35%、钠长石5%、固体硅酸钠8%、固体氧化钙3%、硼砂1%混合后球磨2h，制得单组份碱激发水泥。
将所得单组份碱激发水泥与其重量50%的水搅拌混合2min，以形成水泥浆体，然后浇筑成40mm×40mm×160mm的试块，测得初凝时间为41min，终凝时间为68min；振捣密实后在室温下养护28天，得到水泥净浆试块，测试得到其抗压强度为31MPa，较同配合比条件下实施例3制备的单组份碱激发水泥降低8MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种单组份碱激发水泥，其特征在于：所用原料按重量百分数计为：粉煤灰40%-50%、固体氢氧化钠2%-4%、矿渣23%-27%、钠长石13%-17%、固体硅酸钠6%-8%、固体氧化钙3%-5%、硼砂1%，各原料重量百分数之和为100%。
2.根据权利要求1所述单组份碱激发水泥，其特征在于：其制备方法是将粉煤灰、固体氢氧化钠、矿渣、钠长石、固体硅酸钠、固体氧化钙、硼砂按比例混合后球磨2h制得。
3.一种如权利要求1所述单组份碱激发水泥的使用方法，其特征在于：将所述单组份碱激发水泥与其重量45%-50%的水搅拌混合后进行浇筑，待其凝结后进行养护，即得碱激发混凝土。
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