CN111187010A - 一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，由生石灰、脱硫灰、改性材料和复合掺合料组成，其中各组分的质量百分比为：生石灰10‑25％、脱硫灰5‑20％、改性材料0‑11％、复合掺合料50‑95％。复合掺合料50％～95％。复合掺合料由铁尾矿粉和矿渣微粉组成，铁尾矿粉和矿渣微粉占复合胶凝材料总原料质量百分比为：铁尾矿粉20％～45％、矿渣微粉30％～50％。本发明提供了一种较为合适的配合比，实现了利用成本较低的生石灰、脱硫灰以及少量强碱弱酸盐对铁尾矿砂胶凝活性的激活。本发明采用的原材料均为廉价的工业原料及工业废弃物，不需高温焙烧和研磨等工序制备，显著降低工程造价和施工难度。

Description

一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料。
背景技术
随着我国工业化水平的不断提高，能源消耗量日渐增加，能源短缺现象逐渐凸显，因此提高能源利用率，推动现有资源的循环利用，对于缓解我国现阶段能源压力，建设资源节约型社会具有重要现实意义。
低熟料甚至无熟料是指在胶凝材料中少用或者不用水泥组分，而用具有一定潜在火山灰活性的工业废弃物代替。目前这类无熟料水泥已在一些工程中得到运用，如矿渣水泥，粉煤灰水泥，钢渣水泥等。它们均可以看作是一种“生态”水泥，能解决水泥生产过程中能耗过大，污染严重等问题。但数据表明：矿渣微粉、粉煤灰、钢渣的利用问题已有大量的研究，市面上这些材料已不再被看作工业废弃物，且价格较高。因此，寻找更多价格低廉的可替代能源是目前急需解决的问题。
铁尾矿粉是铁矿在矿选铁精粉过程中产生的一种细废渣，回收利用率低，大量堆积的铁尾矿粉给土地资源和环境资源带来极大的负担。铁尾矿粉具有一定的活性，若能将铁尾矿粉应用于胶凝材料，不仅提高铁尾矿粉的利用率，而且将有效地减轻环境的负担，实现废弃资源的重新再利用，显著降低建筑材料的造价，具有较大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明针对现有普通硅酸盐水泥以及常见无熟料水泥存在的不足，提供一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料。本发明充分利用铁尾矿砂和矿渣微粉的潜在火山灰活性，克服普通硅酸盐水泥成本高、污染严重以及无熟料水泥制备工艺复杂的不足，不仅显著降低工程造价和施工难度，而且力学性能指标良好。
为实现上述目的，本发明通过以下方案予以实现：
本发明提供了一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，由生石灰、脱硫灰、改性材料和复合掺合料组成，其中各组分的质量百分比为：生石灰10-25％、脱硫灰5-20％、改性材料0-11％、复合掺合料50-95％，所述改性材料为碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐和芒硝中的一种或几种。
进一步地，复合掺合料由铁尾矿砂和矿渣微粉组成，铁尾矿砂和矿渣微粉占复合胶凝材料总原料质量百分比为：铁尾矿砂10-45％、矿渣微粉30-50％。
进一步地，铁尾矿砂比表面积为300-450m2/kg，铁尾矿砂中CaO的质量百分比为70.2％-73.4％，Fe2O3的质量百分比为16.5％-17.6％，MgO的质量百分比为3％-5％。
进一步地，矿渣微粉的比表面积为400-500m2/kg，矿渣微粉中CaO的质量百分比为35.3％-41.6％，SiO2的质量百分比为33％-37％，Al2O3的质量百分比为14.1％-19.4％。
进一步地，脱硫灰为白色粉末，其主要成分为CaO和SO3，两者总含量大于80％。
进一步地，生石灰为工业用石灰粉，含钙量大于95％。
进一步地，碱金属碳酸盐为碳酸钠，碱金属硅酸盐为硅酸钠。
本发明的有益效果是：
(1)将具有一定胶凝活性的铁尾矿粉作为复合胶凝材料的组成部分，扩展了铁尾矿粉在建筑材料的应用领域，为铁尾矿粉的二次利用提供可行的方案。
(2)利用铁尾矿粉和矿渣微粉自身的活性和“潜在水硬性”，实现较强的凝结性和硬度。
(3)本发明提供了一种较为合适的配合比，实现了利用成本较低的生石灰、脱硫灰以及少量强碱弱酸盐对铁尾矿粉胶凝活性的激活。
(4)本发明提供的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料克服普通硅酸盐水泥生产成本高能耗大的缺点，采用的原材料均为廉价的工业原料及工业废弃物，不需高温焙烧和研磨等工序，简化制备工序，显著降低工程造价和生产时间，与已有的矿渣微粉类无熟料胶凝材料相比，力学性能更佳。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料的各龄期抗压强度数据图。
图2为本发明的实施例提供的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料的各龄期抗折强度数据图。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，由生石灰、脱硫灰、改性材料和复合掺合料组成，其中各组分的质量百分比为：生石灰10-25％、脱硫灰5-20％、改性材料0-11％、复合掺合料50-95％，改性材料为碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐和芒硝中的一种或几种。
复合掺合料由铁尾矿砂和矿渣微粉组成，铁尾矿砂和矿渣微粉占复合胶凝材料总原料质量百分比为：铁尾矿砂10-45％、矿渣微粉30-50％。
铁尾矿砂比表面积为300-450m2/kg，铁尾矿砂中CaO的质量百分比为70.2％-73.4％，Fe2O3的质量百分比为16.5％-17.6％，MgO的质量百分比为3％-5％。
矿渣微粉的比表面积为400-500m2/kg，矿渣微粉中CaO的质量百分比为35.3％-41.6％，SiO2的质量百分比为33％-37％，Al2O3的质量百分比为14.1％-19.4％。
脱硫灰为白色粉末，其主要成分为CaO和SO3，两者总含量大于80％。
生石灰为工业用石灰粉，含钙量大于95％。
碱金属碳酸盐为碳酸钠，碱金属硅酸盐为硅酸钠。
实施例1
(1)一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料原材料组成为：30％铁尾矿砂，45％矿渣微粉，13％生石灰，10％脱硫灰，2％碳酸钠；
(2)将原材料按照步骤(1)中的质量百分比称取各种材料，混合均匀后按水灰比0.5加入自来水，在砂浆搅拌机内搅拌90s，完成后即得到所述的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料；
(3)根据国家标准GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(IOS法)，对步骤(2)中制得的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料进行强度检测，检测结果为3d、7d、28d抗压强度分别为3.4MPa、9.23MPa、13.69MPa；3d、7d、28d抗折强度1.02MPa、1.23MPa、1.85MPa。
实施例2
(1)一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料原材料组成为：40％铁尾矿砂，35％矿渣微粉，14％生石灰，10％脱硫灰，1％碳酸钠；
(2)将原材料按照步骤(1)中的质量百分比称取各种材料，混合均匀后按水灰比0.5加入自来水，在砂浆搅拌机内搅拌90s，完成后即得到所述的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料；
(3)根据国家标准GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(IOS法)，对步骤(2)中制得的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料进行强度检测，检测结果为3d、7d、28d抗压强度分别为4.76MPa、8.51MPa、12.48MPa；3d、7d、28d抗折强度1.50MPa、1.15MPa、1.73MPa。
实施例3
(1)一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料原材料组成为：20％铁尾矿砂，55％矿渣微粉，14％生石灰，10％脱硫灰，1％硅酸钠；
(2)将原材料按照步骤(1)中的质量百分比称取各种材料，混合均匀后按水灰比0.5加入自来水，在砂浆搅拌机内搅拌90s，完成后即得到所述的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料；
(3)根据国家标准GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(IOS法)，对步骤(2)中制得的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料进行强度检测，检测结果为3d、7d、28d抗压强度分别为9.04MPa、13.33MPa、22.86MPa；3d、7d、28d抗折强度2.38MPa、3.37MPa、4.61MPa。
实施例4
(1)一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料原材料组成为：30％铁尾矿砂，45％矿渣微粉，15％生石灰，8％脱硫灰，2％硅酸钠；
(2)将原材料按照步骤(1)中的质量百分比称取各种材料，混合均匀后按水灰比0.5加入自来水，在砂浆搅拌机内搅拌90s，完成后即得到所述的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料；
(3)根据国家标准GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(IOS法)，对步骤(2)中制得的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料进行强度检测，检测结果为3d、7d、28d抗压强度分别为7.05MPa、10.17MPa、14.43MPa；3d、7d、28d抗折强度1.28MPa、1.96MPa、2.33MPa。
对照例1
(1)一种碱性料矿渣微粉胶凝材料按一下配比设计对照组：65％的矿渣微粉，15％生石灰，16％脱硫灰，4％硅酸钠；
(2)将原材料按照步骤(1)中的质量百分比称取各种材料，混合均匀后按水灰比0.42～0.55加入自来水，在砂浆搅拌机内搅拌90s，完成后即得到所述的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料；
(3)根据国家标准GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(IOS法)，对步骤(2)中制得的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料进行强度检测，检测结果为3d、7d、28d抗压强度分别为4.06MPa、9.33MPa、18.52MPa；3d、7d、28d抗折强度1.07MPa、1.79MPa、2.68MPa。
矿渣微粉胶凝材料是目前无熟料水泥的代表产品，本发明专利在同等条件下设置了矿渣微粉胶凝材料对照组。由实施例1-4和对照例1试验结果可以看出，实施例3中抗压强度指标高出对照例1测得的抗压强度指标23.43％、抗折强度高出72％。同时由于铁尾矿砂的掺入，生产成本降低30.26-41.44％。本发明提供的一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，利用成本较低的生石灰、脱硫灰以及少量强碱弱酸盐对铁尾矿粉胶凝活性的激活，克服了普通硅酸盐水泥成本高、污染严重以及无熟料水泥制备工艺复杂的不足，不仅显著降低工程造价和施工难度，而且力学性能指标良好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，其特征在于，由生石灰、脱硫灰、改性材料和复合掺合料组成，其中各组分的质量百分比为：生石灰10-25％、脱硫灰5-20％、改性材料0-11％、复合掺合料50-95％，所述改性材料为碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐和芒硝中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，其特征在于，复合掺合料由铁尾矿砂和矿渣微粉组成，铁尾矿砂和矿渣微粉占复合胶凝材料总原料质量百分比为：铁尾矿砂20-45％、矿渣微粉30-50％。
3.根据权利要求2所述的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，其特征在于，铁尾矿砂比表面积为300-450m2/kg，铁尾矿砂中CaO的质量百分比为70.2-73.4％，Fe2O3的质量百分比为16.5-17.6％，MgO的质量百分比为3-5％。
4.根据权利要求2所述的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，其特征在于，矿渣微粉的比表面积为400-500m2/kg，矿渣微粉中CaO的质量百分比为35.3％-41.6％，SiO2的质量百分比为33％-37％，Al2O3的质量百分比为14.1％-19.4％。
5.根据权利要求1所述的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，其特征在于，脱硫灰为白色粉末，其主要成分为CaO和SO3，两者总含量大于80％。
6.根据权利要求1所述的无熟料高性能低成本的新型复合胶凝材料，其特征在于，碱金属碳酸盐为碳酸钠，碱金属硅酸盐为硅酸钠，生石灰为工业用石灰粉，含钙量大于95％。
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