CN109437610B - 一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法 - Google Patents

一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，涉及胶凝材料制备领域，利用察尔汗盐湖溶液或模拟察尔汗盐湖中卤水的种类与含量配置同等离子浓度的盐溶液与磨细矿渣、硅灰微粉配制胶凝材料，配制的胶凝材料具有良好的力学性能和流变性。能够满足非承重性结构胶凝材料使用方面的要求。本发明制备的胶凝材料还利用了大量的固体废弃物，提高了工业固体废弃物的利用率，促进经济循环发展。可替代盐卤地区低标号水泥混凝土材料，具有节约资源和一定的经济性和可操作性。

Description

一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法
技术领域
本发明属于胶凝材料制备技术领域，特别涉及一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法。
背景技术
在我国西北地区分布着上千个盐湖，特别是新疆、西藏和内蒙古等地区，盐湖地区的环境气候条件恶劣，混凝土耐久性问题异常严重。随着这些地区石油、天然气等资源的开发，许多工程建在盐湖上，或要通过盐湖地区，且使用寿命都要求在50～100a以上。盐湖地区的混凝土建筑结构和道路在各种盐卤离子侵蚀作用下，服役时间普遍低于普通地区，增强混凝土的耐久性并延长其使用寿命至关重要。
粒化高炉矿渣和硅灰属于工业固体废弃物，将矿渣、硅灰、碱性激发剂和水共同混合后可制备一定强度的胶凝浆体，具有低水化热、耐高温和耐久性好等优点，但是其存在着凝结时间过快、收缩变形大、强度倒缩和易产生裂缝等问题，限制了该类胶凝材料的生产应用。碱激发材料在强度倒缩和体积收缩两方面的问题也限制了该类材料的应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，以粒化高炉矿渣微粉和硅灰微粉为原料，用察尔汗盐湖溶液或与察尔汗盐湖离子种类和含量相同的盐溶液作为拌和溶液，制备净浆、砂浆或混凝土。本方法具有因地制宜，就地取材，节能环保，资源化循环利用，控制方便，便于工业化应用的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：
步骤一，取察尔汗盐湖溶液；
步骤二，将粒化高炉矿渣粉磨得粒化高炉矿渣微粉；硅灰粉磨得到硅灰微粉；
步骤三，将步骤二中制备的粒化高炉矿渣微粉与硅灰微粉按质量比4:1进行干拌，拌和均匀后将混合料与步骤一中察尔汗盐湖溶液按照液料质量比比(0.3-0.5)：1在搅拌机中湿拌制得均匀的流态浆体；
步骤四，将所制备的浆体放置于标准养护箱进行养护。
所述察尔汗盐湖溶液的组份及浓度为：KCl 1～11g/L，CaCl2 1～11g/L，NaCl 1～170g/L，MgCl2 1～240g/L，MgSO4 1～57g/L。
所述步骤一中，模拟察尔汗盐湖中卤水的种类与含量配置同等离子浓度的盐溶液，以替代所述察尔汗盐湖溶液，将配置好的盐溶液在密封环境下静置一昼夜后使用。
所述粒化高炉矿渣微粉比表面积大于300m2/kg，所述硅灰微粉比表面积大于20000m2/kg。
所述粒化高炉矿渣活性指数大于S95等级，硅灰微粉各项性能指标满足混凝土添加剂标准。
以质量百分数计，所述粒化高炉矿渣和硅灰的化学成分如下：
粒化高炉矿渣：0-5％的烧失量，35-41％的CaO，25-31％的SiO2，10-16％Al2O3，5-10％的MgO，0-3％的RO相；
硅灰：0.15％的烧失量，95.74％的SiO2，1.35％的CaO，1.15％的K2O，0.64％的MgO，0.61％的Al2O3，0.36％的Na2O。
所述粒化高炉矿渣微粉和硅灰微粉混合料中还加入了聚羧酸高效减水剂。
所述步骤三中，干拌120s，湿拌5min。
所述步骤四中，将所制备的浆体注入规格为100mm×100mm×100mm的模具中，放置于温度20℃，湿度95％的标准养护箱中进行养护，养护时间至7d、28d、56d后分别进行力学性能测试。
本发明制备所得胶凝材料可用于空气中含盐量高、盐渍土或盐湖地区附近的路面平整、土地固化以及非承重性构件的浇筑或预制。
与现有技术相比，本发明提供了一种工业固体废弃物(粒化高炉矿渣和硅灰)与盐湖溶液作为拌合溶液制备具有一定强度胶凝材料的新方法，配制的胶凝材料具有良好的力学性能和流变性，能够满足非承重性结构胶凝材料使用方面的要求，可替代盐卤地区低标号水泥混凝土材料。本发明利用了大量的固体废弃物，提高了工业固体废弃物的利用率，可以节约自然资源，促进经济循环发展。同时可以适应盐湖地区的环境，具有显著的经济性和实用性。
附图说明
图1是本发明试验中所用粒化高炉矿渣的粒度分布图。
图2是本发明试验实例的XRD衍射图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：
1、取盐湖卤水溶液：模拟察尔汗盐湖中离子种类与含量配置同等离子浓度的盐溶液。盐溶液的浓度为：KCl：11g/L，NaCl：90g/L，CaCl2：12g/L，MgCl2：60g/L，MgSO4：30g/L。溶液配置完成后密封环境下静置一昼夜后备用。
2、将粒化高炉矿渣破碎粉磨至比表面积大于350m2/kg得到粒化高炉矿渣微粉，胶凝活性指数达到S95级，硅灰粉磨至比表面积大于20000m2/kg得到硅灰微粉，各项性能指标满足混凝土添加剂标准；粉磨后的矿渣粒度分布分别如图1所示，由图1看出矿渣粒径分别集中分布在23μm，已经达到使用要求。
3、将粒化高炉矿渣、硅灰微粉按质量比1:1进行干拌，拌和时间为120s，拌和均匀后向搅拌机中加入备用的盐湖溶液，然后慢速搅拌1min再快速搅拌4min，待胶凝浆体均匀后，注入规格为100mm×100mm×100mm的模具中，然后将模具置于标准养护箱(温度：20℃，湿度：95％)中进行养护，养护时间至7d、28d、56d后分别进行力学性能测试。
4、根据上述步骤制备的试样测试的7d、28d、56d抗压强度如下表所示，由下表可以看出随着养护龄期的增加试样的抗压强度逐渐提高，养护龄期为7d、28d、56d时抗压强度平均值分别为24.1MPa、39.9MPa、60.7MPa，随着龄期的增长强度明显增强。后期强度较大，可以代替素混凝土中低标号水泥基胶凝材料使用。
Figure BDA0001910309650000041
标注：表中1#代表1号试样，以此类推分别代表2号、3号、4号、5号试样。
5、粒化高炉矿渣(SL)、硅灰(SF)与其所制备的试样(sample)XRD衍射图如图2所示，从图中可以看出SL的晶体物相为钙镁硅酸盐，26～34°具有较明显的包峰，说明SL具有较高的活性。SF中除了少量的石英外，莫来石的衍射峰较高，其次在18～27°也存在明显的包峰，说明硅SF中也含有大量的活性物质。可看出SL-SF相对SL和SF，NaCl的衍射峰强度明显下降。SL-SF、SL相对SF，出现钙的水化硅酸氯盐衍射峰且SL-SF比SL更明显。根据上述步骤制备的试样XRD可以看出试样中除了少量盐溶液的析出晶体NaCl外，物相中还含有托贝莫来石、钙的水化硅酸盐，说明制备的试样具有很好的胶凝性。

Claims (7)

1.一种使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，取察尔汗盐湖溶液，所述察尔汗盐湖溶液的组份及浓度为：KCl 1～11g/L，CaCl2 1～11g/L，NaCl 1～170g/L，MgCl2 1～240g/L，MgSO4 1～57g/L；
步骤二，将粒化高炉矿渣粉磨得粒化高炉矿渣微粉；硅灰粉磨得到硅灰微粉，以质量百分数计，所述粒化高炉矿渣和硅灰的化学成分如下：
粒化高炉矿渣：0-5％的烧失量，35-41％的CaO，25-31％的SiO2，10-16％Al2O3，5-10％的MgO，0-3％的RO相；
硅灰：0.15％的烧失量，95.74％的SiO2，1.35％的CaO，1.15％的K2O，0.64％的MgO，0.61％的Al2O3，0.36％的Na2O；
步骤三，将步骤二中制备的粒化高炉矿渣微粉与硅灰微粉按质量比4:1干拌120s，拌和均匀后将混合料与步骤一中察尔汗盐湖溶液按照液料质量比(0.3-0.5)：1在搅拌机中湿拌5min制得均匀的流态浆体；
步骤四，将所制备的浆体放置于标准养护箱进行养护。
2.根据权利要求1所述使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，其特征在于，所述步骤一中，模拟察尔汗盐湖中卤水的种类与含量配置同等离子浓度的盐溶液，以替代所述察尔汗盐湖溶液，将配置好的盐溶液在密封环境下静置一昼夜后使用。
3.根据权利要求1所述使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，其特征在于，所述粒化高炉矿渣微粉比表面积大于300m2/kg，所述硅灰微粉比表面积大于20000m2/kg。
4.根据权利要求1所述使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，其特征在于，所述粒化高炉矿渣活性指数大于S95等级，硅灰微粉各项性能指标满足混凝土添加剂标准。
5.根据权利要求1所述使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，其特征在于，所述粒化高炉矿渣微粉和硅灰微粉混合料中还加入了聚羧酸高效减水剂。
6.根据权利要求1所述使用察尔汗盐湖溶液和矿渣、硅灰制备胶凝材料的方法，其特征在于，所述步骤四中，将所制备的浆体注入规格为100mm×100mm×100mm的模具中，放置于温度20℃，湿度95％的标准养护箱中进行养护，养护时间至7d、28d、56d后分别进行力学性能测试。
7.权利要求1制备所得胶凝材料用于空气中含盐量高、盐渍土或盐湖地区附近的路面平整、土地固化以及非承重性构件的浇筑或预制。
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