CN109553317B - 一种使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉制备胶凝材料的方法 - Google Patents

一种使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉制备胶凝材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉制备胶凝材料的方法，属于胶凝材料制备领域，首先配制NaCl、MgSO4和MgCl2复盐溶液，其后使用该复盐溶液与粒化高炉矿渣微粉、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，能够满足低强度胶凝材料使用方面的要求，可替代盐侵蚀环境下使用的低标号水泥基材料，具有成本低廉、环境适应性好、节约资源和可工业化应用的优点。该方法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。

Description

一种使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉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，特别涉及一种使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉制备胶凝材料的方法。
背景技术
随着海洋建筑业规模的扩大，海洋工程混凝土结构耐久性受到越来越多的重视。然而，在海洋等严酷环境作用下，钢筋混凝土结构遭受氯盐和硫酸盐等侵蚀介质的腐蚀作用，对混凝土的耐久性和使用寿命造成很大的影响。而盐溶液中对混凝土腐蚀作用较大的离子为Mg2+，Cl-，SO4 2-，普通胶凝材料制备的混凝土比较难以适应复合盐中Mg2+，Cl-，SO4 2+等离子的侵蚀性环境。
矿渣和硅灰为大宗的工业固体废弃物，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，但是碱激发条件下制备的胶凝材料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。
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复盐溶液和矿渣、硅灰粉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，用盐卤溶液作为拌合溶液，制备净浆、砂浆或混凝土。本方法具有因地制宜，就地取材，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：
一种使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：
步骤一，配制复盐溶液，溶液中组份及浓度为：NaCl 200g/L，MgSO4 80g/L,MgCl2250g/L，将配制好的盐溶液在密封环境下静置一昼夜后使用；
步骤二，将粒化高炉矿渣粉磨得到粒化高炉矿渣微粉，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1:1进行干拌，拌和均匀后将混合料与步骤一中所配制的复盐溶液按照液料质量比(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、盐湖地区或沿海地区附近等Mg2+、Cl-、SO4 2-高含量环境中的路面平整、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，本发明可以通过复盐溶液和矿渣、硅灰粉混合制备胶凝材料，所得胶凝材料具有良好的力学性能和流变性，能够满足低强度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，同时实现了工业固体废弃物的综合再利用，节约自然资源，适应海洋工程环境，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是本发明试验所用原料与所得产物的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。
本发明一种使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：
1、配置复盐溶液：每1L水中配入NaCl盐200g，MgSO4盐80g，MgCl2盐250g，溶液配置完成后密封环境下静置一昼夜后备用。
2、将高炉矿渣微粉粉磨至细度450±5m2/kg，测定7天活性指数为95％，28天活性指数为115％。硅灰磨细至20000±5m2/kg，各项指数达到混凝土添加剂标准；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、将粒化高炉矿渣与硅灰按照质量比1:1倒入搅拌机中慢速搅拌120s，干拌均匀后向搅拌机中加入备用的复盐溶液，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。成型的试样在80℃的水浴环境中密封养护7天后脱模，测试试件抗压强度。脱模后的试样在水浴环境中养护到28天，56天，测试试样抗压强度。
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23.3MPa、39.1MPa、56.1MPa，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 BDA0001910561070000041
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，从图中可以看出中SL晶体物相为钙镁硅酸盐，26～34°具有明显的包峰，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，其次硅在18～27°也存在明显的包峰，说明SF中也含有大量的活性物质。可看出SL-SF、SF相对SL，2θ＝32°和2θ＝46°附近的衍射峰强度明显增强，是由于SF中含有大量活性氧化硅，与盐溶液生成钙的水化硅酸盐矿物。SL-SF相对SL、SF，出现钙的水化硅酸氯盐衍射峰。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 (6)

1.一种使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉制备胶凝材料的方法，其特征在于，所述胶凝材料用于Mg2+、Cl-、SO4 2-高含量环境中的路面平整、土地固化以及非承重性构件的浇筑或预制，制备方法包括如下步骤：
步骤一，配制复盐溶液，溶液中组份及浓度为：NaCl 200g/L，MgSO4 80g/L,MgCl2 250g/L，将配制好的盐溶液在密封环境下静置一昼夜后使用；
步骤二，将粒化高炉矿渣粉磨得到粒化高炉矿渣微粉，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1:1干拌120s，拌和均匀后将混合料与步骤一中所配制的复盐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所述使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉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。
3.根据权利要求1所述使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉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。
4.根据权利要求1所述使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉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。
5.根据权利要求1所述使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉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。
6.根据权利要求1所述使用复盐溶液和矿渣、硅灰粉制备胶凝材料的方法，其特征在于，所述Mg2+、Cl-、SO4 2-高含量环境为空气中含盐量高、盐渍土、盐湖地区或沿海地区附近。
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