CN111606612A - 碱激发胶凝材料及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种碱激发胶凝材料及其使用方法，本发明属于建筑材料技术领域，它解决了制备液体碱激发剂施工工序繁杂和凝结时间过快的问题。本发明碱激发胶凝材料，在粒化高炉矿渣磨细粉中加入固体碱激发剂而成，所述固体碱激发剂为偏铝酸钠和硅酸钠，固体碱激发剂为所述的矿渣磨细粉的质量的3‑11％，偏铝酸钠和硅酸钠的质量比为4:1～1:4。使用方法为按照配合比要求称取相应组分的质量，先慢速干拌，缓慢倒入适量水后，先慢速搅拌，再快速搅拌。该胶凝材料的最优配合比28d抗压强度为PO 42.5R水泥1.5倍，且其可直接加水拌合使用，凝结时间适中且可以通过偏铝酸钠和硅酸钠不同比例进行调节，低碳绿色环保具有良好的工程应用前景。

Description

碱激发胶凝材料及其使用方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种碱激发胶凝材料及其使用方法。
背景技术
碱激发胶凝材料是用碱金属化合物作碱组分激发矿渣而得到的一种水硬性胶凝材料。目标是作为一种替换水泥的胶凝材料，水泥其资源、能源和环境问题十分突出，对天然资源、能耗消耗量大，排放粉尘及有害气体污染环境。而粒化高炉矿渣是冶炼钢铁时工业副产品，产量巨大且利用率低，目前多为固体废弃物排放，同时粒化高炉矿渣为富含玻璃相的聚合体，玻璃相含量约占90％，可通过碱激发的方式将其转化为绿色胶凝材料。
碱激发胶凝材料相比于硅酸盐水泥，在力学性能、抗冻性、抗渗性和耐高温性能等方面都具有绝对的优势。碱激发剂的性质是控制碱激发胶凝材料的力学性能的主要因素，碱激发剂多采用液体水玻璃，水玻璃为强碱激发，水玻璃激发矿渣通常能够得到更好的力学性能。
然而，水玻璃模数越大，水玻璃在水中溶解能力越低，所以采用适宜的低模数水玻璃能获得较好的力学性能，然而低模数水玻璃虽可以通过向高模数的水玻璃中加入固体氢氧化钠降低模数，但工序复杂且在过程中会放出大量的热，如加入速度过快还会造成提前硬化等问题，且低模数水玻璃在常温下不易贮存，需要现场配制。同时，低模数水玻璃虽其水解能力强，但还存在凝结时间过快的问题，使得操作起来极其困难。以上液体碱激发剂存在的问题制约了其在工程实际中应用推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碱激发胶凝材料及其使用方法，以解决制备液体碱激发剂施工工序繁杂和凝结时间过快的问题。该胶凝材料中采用固体偏铝酸钠和硅酸钠为碱性激发剂，可省去碱激发剂采用液体水玻璃制备时繁杂工序，进而提高产品稳定性，且可通过偏铝酸钠和硅酸钠不同掺量调整凝结时间，使得凝结时间满足施工要求。该胶凝材料具有制备操作便捷、凝结时间适宜且可调，力学性能优良及绿色环保等显著特征。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种碱激发胶凝材料，在粒化高炉矿渣磨细粉中加入固体碱激发剂而成，所述固体碱激发剂为偏铝酸钠和硅酸钠，固体碱激发剂为所述的矿渣磨细粉的质量的3-11％，偏铝酸钠和硅酸钠的质量比为4:1～1:4。
上述的碱激发胶凝材料，所述粒化高炉矿渣磨细粉的比表面积为400m2/kg-450m2/kg。
上述的碱激发胶凝材料，所述的高炉矿渣磨细粉化学成分质量占比为：41％CaO、33％SiO2、15％Al2O3、8％MgO，其余为杂质。
上述的碱激发胶凝材料，所述偏铝酸钠为分析纯级，纯度为99％以上。
上述的碱激发胶凝材料，所述硅酸钠中Na2O与SiO2相对分子含量之比为1.03±0.03。
上述的碱激发胶凝材料的使用方法，包括如下步骤：
一、按照配合比要求称取相应高炉矿渣磨细粉、偏铝酸钠和硅酸钠的质量；
二、混合后慢速干拌2min，制成碱激发胶凝材料；
三、缓慢向碱激发胶凝材料内倒入水，其中水的质量占矿渣磨细粉质量的30-40％；
四、将混合粉体慢速搅拌2min，然后再快速搅拌2min，搅拌均匀制得碱激发胶凝材料浆体；
五、将碱激发胶凝材料浆体注入模具中振动成型并覆膜养护3d后脱模，在温度18-22℃，相对湿度不低于50％下养护，得到碱激发胶凝材料净浆试件；
六、脱模后继续在该养护下覆膜养护至龄期。
本发明的有益效果如下：
第一，该碱激发胶凝材料具有低碳、绿色、环保的特点，采用的原料仅为工业固体废弃物粒化高炉矿渣磨细粉。
第二，通过采用“偏铝酸钠和硅酸钠”为碱激发剂，操作便捷施工方便，可以先将矿渣磨细粉、偏铝酸钠和硅酸钠进行混合，待使用时直接加水搅拌即可。
第三，通过采用“偏铝酸钠和硅酸钠”为碱激发剂，通过调整二者比例，凝结时间适宜且可调整，凝结时间可以控制在初凝时间和终凝时间分别在70-408min和151-523min的适宜范围内，满足施工要求。
第四，通过采用“偏铝酸钠和硅酸钠”为碱激发剂，通过调整二者比例，可以获得不同力学性能的碱激发胶凝材料，力学性能优异，最优配合比28d抗压强度为PO 42.5R水泥1.5倍。
附图说明
图1为碱激发胶凝材料浆体试块抗压破坏实验后试件形态照片。
图2为碱激发胶凝材料浆体试块实验前形态照片。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步说明，但实施不对本发明构成限制。
本发明实施例使用方法具体步骤：
将原料矿渣磨细粉、偏铝酸钠和硅酸钠干拌混合慢速干拌2min，缓慢向复合粉体内倒入水，其中水的质量占原料质量的35％，将混合粉体慢速搅拌2min，然后再快速搅拌2min，搅拌均匀制得碱激发胶凝材料浆体，再将浆体分两次注入40×40×160mm模具中采用人工振捣和机械振动成型并覆膜在温度18-22℃，相对湿度不低于50％下养护3d后脱模，得到碱激发胶凝材料净浆试件，随后继续在该条件下养护至28d。
对比例使用方法具体步骤：
原料采用PO 42.5R水泥，水的质量占原料质量的50％，其余同本发明实施例。
表1本发明实施例与对比例配合比和性能对比情况
Figure BDA0002538346970000031
由上述可见，采用“偏铝酸钠和硅酸钠”为碱激发剂，所得抗压强度明显高于水泥材料。这是由于偏铝酸钠和硅酸钠作为碱激发剂激发矿渣粉，可以形成大量的高度均匀致密的C-S-H和C-A-S-H凝胶，其中偏铝酸钠的掺入提供了更多的活性Al，活性Al在反应初期有一定抑制作用，抑制了水化反应的进程，但在水化后期活性Al的加入易于结构形成多聚体结构，进而提高了材料的力学性能。
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 (6)

1.碱激发胶凝材料，其特征在于在粒化高炉矿渣磨细粉中加入固体碱激发剂而成，所述固体碱激发剂为偏铝酸钠和硅酸钠，固体碱激发剂为所述的矿渣磨细粉的质量的3-11％，偏铝酸钠和硅酸钠的质量比为4:1～1:4。
2.根据权利要求1所述的碱激发胶凝材料，其特征在于：所述粒化高炉矿渣磨细粉的比表面积为400m2/kg-450m2/kg。
3.根据权利要求1所述的碱激发胶凝材料，其特征在于：所述的高炉矿渣磨细粉化学成分质量占比为：41％CaO、33％SiO2、15％Al2O3、8％MgO，其余为杂质。
4.根据权利要求1所述的碱激发胶凝材料，其特征在于：所述偏铝酸钠为分析纯级，纯度为99％以上。
5.根据权利要求1所述的碱激发胶凝材料，其特征在于：所述硅酸钠中Na2O与SiO2相对分子含量之比为1.03±0.03。
6.权利要求1所述的碱激发胶凝材料的使用方法，包括有以下步骤：
一、按照配合比要求称取相应高炉矿渣磨细粉、偏铝酸钠和硅酸钠的质量；
二、混合后慢速干拌2min，制成碱激发胶凝材料；
三、缓慢向碱激发胶凝材料内倒入水，其中水的质量占矿渣磨细粉质量的30-40％；
四、将混合粉体慢速搅拌2min，然后再快速搅拌2min，搅拌均匀制得碱激发胶凝材料浆体；
五、将碱激发胶凝材料浆体注入模具中振动成型并覆膜养护3d后脱模，在温度18-22℃，相对湿度不低于50％下养护，得到碱激发胶凝材料净浆试件；
六、脱模后继续在该养护下覆膜养护至龄期。
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