CN114349465A

CN114349465A - 一种新型硫氧镁钙水泥基材料及其使用方法

Info

Publication number: CN114349465A
Application number: CN202111649888.8A
Authority: CN
Inventors: 熊晨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-04-15

Abstract

本发明提供了一种新型硫氧镁钙水泥基材料及其使用方法，该水泥基材料包括：脱硫石膏20～40％、粉煤灰15～30％、氧化镁20～45％、硫酸镁5～15％、柠檬酸0.1～0.3％。可以根据需求实现工作性能和力学性能可调控，因此可以广泛应用于建筑砂浆、混凝土材料、防火材料、保温隔热板材中，具有极大的市场空间和极高的利用价值等特点。

Description

一种新型硫氧镁钙水泥基材料及其使用方法

技术领域

本发明涉及到建筑材料领域，具体涉及一种新型硫氧镁钙水泥基材料及其使用方法。

背景技术

随着我国经济发展，从资源环境约束看，以消耗大量能源资源和牺牲生态环境换来经济高速增长的模式将逐渐被绿色低碳循环可持续发展的新方式所替代。建材行业一直面临着资源消耗量大、能耗高、污染严重等问题但同时建材行业又是消耗固体废弃物、实现废物资源化利用的重要载体，在国家降低资源消耗，实现绿色经济发展的战略规划中起到重要的作用。因此，积极开展脱硫石膏、粉煤灰在硫氧镁水泥中的应用研究，为大量消纳脱硫石膏和粉煤灰、实现固废资源化利用提供了一种新的可能性，符合国家未来经济社会发展的需求，对实现建材行业绿色可持续发展也具有重要意义。

目前我国水泥基材料一般都是采用硅酸盐水泥，不仅需要大量开采山石，造成环境的污染，而且生态被严重破坏。新型硫氧镁钙水泥基材料，则利用远离城市的火力发电厂脱硫石膏和粉煤灰，由于受技术限制，当前火力发电厂脱硫石膏和粉煤灰利用率较低，如将其作为固体废弃物处理不仅占用土地，而且容易造成环境污染，本发明将有效解决这一问题。

发明内容

本发明的目的在于利用工业废弃物免煅烧脱硫石膏和粉煤灰，合理利用资源，通过技术改善和激发废弃物的潜在性能，提供一种新型硫氧镁钙水泥基材料及其使用方法，该水泥基材料可以根据需求实现工作性能和力学性能可调控，因此可以广泛应用于建筑砂浆、混凝土材料、防火材料、保温隔热板材中，具有极大的市场空间和极高的利用价值等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种新型硫氧镁钙水泥基材料，按重量百分比计，包括如下组分：

优选的，所述免煅烧脱硫石膏的溶解度常数为5～25，含水量为13～18wt％。该免煅烧脱硫石膏为磷化工厂未处理的免煅烧磷石膏。

优选的，所述粉煤灰的烧蚀量≤8，细度≤30μm，含水量为＜10wt％。该粉煤灰为火力发电厂正常生产的粉煤灰。

优选的，所述氧化镁为轻烧活性氧化镁，其中活性MgO指数大于65％。

优选的，所述硫酸镁为七水硫酸镁，白色晶体，硫酸镁含量大于50％。

优选的，所述柠檬酸为一水柠檬酸，工业级，含量大于99％。

本发明还提供了上述新型硫氧镁钙水泥基材料的使用方法，包括按照重量比分比称取各原材料，搅拌均匀，即可作为建筑水泥材料使用。

具体而言，上述使用方法包括：在现场搅拌机中充分搅拌均匀，形成混合料，根据基层材料和性能要求，可以用于建筑砂浆、混凝土材料、防火材料、保温隔热板材中等。

本发明不同于以往以硅酸盐水泥，以免煅烧脱硫石膏和粉煤灰为基础材料，辅以少量活性氧化镁和硫酸镁反应形成一种新的胶凝材料体系-硫氧镁钙水泥，本发明的建筑材料工作性能好，是一种新型的绿色低成本的水泥基胶凝材料。

与现有硅酸盐水泥相比，本发明具有如下有益效果：

(1)基于“变废为宝，以实现资源再生、环境保护和可持续发展”的创新性学术理念，以工业副产品(免煅烧脱硫石膏)及低耗能材料(轻烧氧化镁)为原材料制备一种力学性能稳定、耐久性好的硫氧镁钙水泥新材料。从学术理念上具有多重意义上的创新性。

(2)以硫氧镁水泥合成技术为基础，通过有机酸诱导，促进脱硫石膏溶解取代工业硫酸镁参与水化反应，形成硫氧镁钙水泥，用于建筑材料制备，实现了原材料组分特性的优势联合和互补，也实现材料利用率的最大化，能够获得经济、环保、生态等多重效益的最大化。研究技术路线具有创新性。

(3)制备的新型硫氧镁钙水泥基胶凝材料其生产成本比现有的硫氧镁水泥基材料要低得多，且具有良好的力学性能、防火保温性能等，可用于生产轻质保温板材、建筑保温砂浆、轻质混凝土材料等，具有良好的市场应用价值。

因此，本发明提供一种对原材料组分要求较低、无需二次加工或者筛分、用料种类较少的能大范围使用的建筑材料，既实现了各原料组分特性的优势联合和互补，也大大提高了脱硫石膏和粉煤灰的利用率，进而实现在能源、环境、工业制造、城市建设以及社会、经济等诸多方面的可持续发展，具有重要的理论研究价值和工程实用价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在实现本发明的过程中，申请人采用的研究方法如下：

(1)原材料参数对新型硫氧镁钙水泥性能影响分析：采用脱硫石膏及轻烧氧化镁作为主要反应物，探讨不同种类、不同掺量的有机酸试剂对于镁离子络合反应及生成物物相组成的影响。采用水合法测得轻烧氧化镁中活性氧化镁的含量，借助粒径分析、X射线荧光(XRF)探明各原材料的粒径分布及矿物含量，研究活性氧化镁含量、原材料的粒径分布及矿物含量对硫氧镁钙水泥材料性能的影响。综合研究有机酸外加剂组成与掺量、原材料的性质等因素对硫氧镁钙水泥力学性能、凝结时间及流变性能的影响规律。

(2)硫氧镁钙水泥的配合比设计及优化：对于脱硫石膏——MgO体系制备的硫氧镁钙水泥，选取不同摩尔质量比的CaSO₄：MgO：H₂O，通过单掺或者复掺有机酸外加剂，借助XRD、SEM、透射电镜(TEM)和X光电子能谱(XPS)，对比分析硫氧镁钙水泥反应产物的物相、晶体结构变化及微观结构形貌，提出适用于脱硫石膏—MgO—H₂O体系的新型硫氧镁钙水泥配比设计，并在此基础上进行配合比的优化设计。

(3)硫氧镁钙水泥的宏观力学性能研究：测试脱硫石膏—MgO—H₂O体系硫氧镁水泥的宏观力学性能，包括抗压抗折强度、弹性模量、应力—应变曲线等，并与已有的MgSO₄—MgO—H₂O体系硫氧镁水泥进行对比分析。一般认为，更高强度的材料具有更好的耐久性，抗压强度是耐久性能的一个间接指标。将试件养护至3天、7天、14天、28天、60天和90天，分别进行抗压抗折强度试验，以确定硫氧镁水泥材料强度充分发挥所需要的养护时间。

(4)硫氧镁钙水泥的耐久性能研究：制作不同尺寸的试样分别用于干缩变形测试、水中的体积稳定性测试、浸水后的强度保留率测试等。

经过综合考量，最终确定了本发明的原料种类与配比。

以下实施例由免煅烧脱硫石膏、粉煤灰、氧化镁、硫酸镁、柠檬酸按一定比例现场混合均匀，根据工程应用需要，通过调整各个组分，可以获得所需要的性能。

综上所述，本发明提供一种以免煅烧脱硫石膏和粉煤灰为基础材料，辅以少量活性氧化镁和硫酸镁，工作性能较好，能作为建筑水泥基材料。本发明提供的水泥基材料有三个方面的意义：一、可以拓宽脱硫石膏和粉煤灰的应用范围，大量消耗脱硫石膏和粉煤灰固体废弃物，实现资源的再生利用；二、提供一种适合建筑材料方面的新型水泥基原料，取代硅酸盐水泥，降低了经济成本；三、本发明的一种基于免煅烧脱硫石膏制备的新型硫氧镁钙水泥基材料提供了一种同时解决火力发电厂工业中废料和废弃空间问题的高效方法。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为更清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方法予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种新型硫氧镁钙水泥基材料，按重量百分比计，包括如下组分：

2.根据权利要求1所述的一种新型硫氧镁钙水泥基材料，其特征在于，所述免煅烧脱硫石膏的溶解度常数为5～25，含水量为13～18wt％。

3.根据权利要求1所述的一种新型硫氧镁钙水泥基材料，其特征在于，所述粉煤灰的烧蚀量≤8，细度≤30μm，含水量为＜10wt％。

4.根据权利要求1所述的一种新型硫氧镁钙水泥基材料，其特征在于，所述氧化镁为轻烧活性氧化镁，其中活性MgO指数大于65％。

5.根据权利要求1所述的一种新型硫氧镁钙水泥基材料，其特征在于，所述硫酸镁为七水硫酸镁，白色晶体，硫酸镁含量大于50％。

6.根据权利要求1所述的一种新型硫氧镁钙水泥基材料，其特征在于，所述柠檬酸为一水柠檬酸，工业级，含量大于99％。

7.权利要求1～6任意一项所述的一种新型硫氧镁钙水泥基材料的使用方法，包括：按照重量比分比称取各原材料，搅拌均匀，即可作为建筑水泥材料使用。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，包括：在现场搅拌机中充分搅拌均匀，形成混合料，根据基层材料和性能要求，用于建筑砂浆、混凝土材料、防火材料、保温隔热板材中。