CN115340309A - 碱激发胶凝材料及其生产方法和组合物的用途 - Google Patents

碱激发胶凝材料及其生产方法和组合物的用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碱激发胶凝材料及其生产方法和组合物的用途。该碱激发胶凝材料由包括如下组成的原料制备得到：煤矸石5～15重量份、粉煤灰10～30重量份、钢渣11～18重量份、赤泥8～20重量份、矿粉15～28重量份、硅酸钠3～15重量份、柠檬酸钠1～1.8重量份和丙三醇1.2～2.2重量份。该碱激发胶凝材料的具有较高的抗压强度。

Description

碱激发胶凝材料及其生产方法和组合物的用途
技术领域
本发明涉及一种碱激发胶凝材料及其生产方法，还涉及一种组合物的用途。
背景技术
碱激发胶凝材料是利用碱激发剂的催化原理制得的水硬性胶凝材料。碱激发胶凝材料与传统水泥相比，具有较低的水化热，较好的快硬性、抗腐蚀性等性能，并且具有生产工艺简单、投资少、能耗低、污染小、矿渣利用率高的优势。
CN112408829A公开了一种固体废弃物再生砂。该固体废弃物再生砂的制备原料包括固体废弃物、胶凝材料、水、缓凝剂、增塑剂和碱水剂。固体废弃物包括废弃水泥、废弃砂浆、废弃混凝土、石粉、废弃陶瓷或工业尾矿中的任意一种或两种的组合。胶凝材料包括水泥、矿渣粉、粉煤灰、硅灰、偏高岭土或生石灰粉中的任意一种或至少两组的组合。缓凝剂包括磷酸盐、偏磷酸盐、硼砂、氟硅酸钠、柠檬酸、葡萄糖、葡萄糖酸钠、蔗糖、糖蜜、丙二醇或丙三醇中的任一一种或至少两种的组合。该固体废弃物再生砂浆并非为碱激发材料，其强度较低。
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发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种碱激发胶凝材料，其具有较高的抗压强度。另一方面，本发明提供了一种碱激发胶凝材料的制备方法。再一方面，本发明提供了一种组合物的用途。
一方面，本发明提供了一种碱激发胶凝材料，由包括如下组成的原料制备得到：
Figure BDA0003804948620000021
根据本发明的碱激发胶凝材料，优选地，所述硅酸钠以水溶液的形式使用，硅酸钠水溶液的浓度为20～60wt％。
根据本发明的碱激发胶凝材料，优选地，所述原料中还包括水。
根据本发明的碱激发胶凝材料，优选地，所述丙三醇和柠檬酸钠的质量比为1:(0.5～1.5)。
根据本发明的碱激发胶凝材料，优选地，所述碱激发胶凝材料养护28天的抗压强度大于70MPa。
另一方面，本发明提供了上述碱激发胶凝材料的生产方法，包括如下步骤：
将包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉、硅酸钠、柠檬酸钠和丙三醇的原料混合，得到碱激发胶凝材料。
再一方面，本发明提供了一种组合物在提高碱激发胶凝材料抗压强度中的用途，所述组合物包括柠檬酸钠和丙三醇，形成所述碱激发胶凝材料的原料包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉和硅酸钠。
根据本发明的用途，优选地，柠檬酸钠的用量为1～1.8重量份，丙三醇的用量为1.2～2.2重量份，煤矸石的用量为5～15重量份，粉煤灰的用量为10～30重量份，钢渣的用量为11～18重量份，赤泥的用量为8～20重量份，矿粉的用量为15～28重量份，硅酸钠的用量为3～15重量份，柠檬酸钠的用量为1～1.8重量份，丙三醇的用量为1.2～2.2重量份。
根据本发明的用途，优选地，所述碱激发胶凝材料的原料中还包括水。
根据本发明的用途，优选地，丙三醇和柠檬酸钠的质量比为1:(0.5～1.5)。
本发明意外地发现，采用特定用量的柠檬酸钠和丙三醇配合能够显著地提高以硅酸钠作为激发剂，以特定用量的煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉形成的碱激发材料的抗压强度。本发明的碱激发胶凝材料以工业废渣为原料，无需使用水泥或天然矿物材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
<碱激发胶凝材料>
本发明的胶凝材料由包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉、硅酸钠、柠檬酸钠和丙三醇的原料制备得到。在某些实施方式中，原料中还包括水。本发明的原料中不含有水泥或天然矿物。优选地，本发明的原料中除了硅酸钠、柠檬酸钠、丙三醇和水外，其余均为工业废渣。根据本发明的一个实施方式，原料由煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉、硅酸钠、柠檬酸钠、丙三醇和水组成。
在本发明中，煤矸石的用量为5～15重量份；优选为8～13重量份；更优选为9～10重量份。煤矸石来自采煤产业；优选为铝硅型煤矸石。煤矸石的硅铝比大于0.5。
在本发明中，粉煤灰的用量为10～30重量份；优选为15～25重量份；更优选为20～22重量份。粉煤灰来自燃煤锅炉；优选为一级粉煤灰。
在本发明中，钢渣的用量为11～18重量份；优选为12～15重量份；更优选为13～14重量份。钢渣来自炼钢厂，优选为一级钢渣粉。
在本发明中，赤泥的用量为8～20重量份；优选为10～18重量份；更优选为14～16重量份。赤泥来自氧化铝厂；优选为烧结法赤泥。
在本发明中，矿粉的用量为15～28重量份；优选为17～25重量份；更优选为20～22重量份。矿粉来自炼铁高炉。矿粉可以为粒化高炉矿粉。优选地，矿粉为S95级矿粉。
上述用量的煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉能够与柠檬酸钠和丙三醇配合，获得抗压强度高的碱激发胶凝材料。
在本发明中，硅酸钠的用量为3～15重量份；优选为5～12量份；更优选为7～10重量份。硅酸钠可以以水溶液的形式使用。硅酸钠溶液的质量分数可以为20～60wt％；优选为30～50wt％；更优选为35～45wt％。这样能够提高碱激发胶凝材料的抗压强度。
在本发明中，柠檬酸钠的用量为1～1.8重量份；优选为1.2～1.6重量份；更优选为1.3～1.5重量份。
在本发明中，丙三醇的用量为1.2～2.2重量份；优选为1.3～2重量份；更优选为1.5～1.7重量份。
丙三醇和柠檬酸钠的质量比可以为1:(0.5～1.5)；优选为1:(0.8～1.3)；更优选为1:(0.9～1.1)。
将丙三醇和柠檬酸钠联合使用，能够提高碱激发胶凝材料的抗压强度。将丙三醇和柠檬酸钠的用量控制在上述范围内，能够获得抗压强度更高的碱激发胶凝材料。
水的用量可以为20～50重量份；优选为25～45重量份；更优选为30～40重量份。
本发明的碱激发胶凝材料养护28天的抗压强度大于70MPa；优选地，大于73MPa；更优选地，大于75MPa。
<碱激发胶凝材料的生产方法>
本发明的碱激发胶凝材料的生产方法包括如下步骤：将包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉、硅酸钠、柠檬酸钠和丙三醇的原料混合，得到碱激发胶凝材料。在某些实施方式中，原料中还包含水。混合可以在水泥搅拌机中进行。各原料的用量如前文所述，在此不再赘述。
优选地，可以将煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉混合，得到混合料。将混合料、硅酸钠、柠檬酸钠和丙三醇混合，得到碱激发胶凝材料。煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉可以在卧式螺带混合机中混合。
硅酸钠可以以水溶液的形式使用。硅酸钠溶液的用量以其所含硅酸钠的重量计算。硅酸钠溶液的浓度可以为20～60wt％；优选为30～50wt％；更优选为35～45wt％。
<组合物的用途>
本发明发现，将柠檬酸钠和丙三醇联合使用能够有效地提高特定组成的碱激发胶凝材料的抗压强度。因此，本发明提供了一种组合物在提高碱激发胶凝材料抗压强度中的用途。
本发明的组合物包括柠檬酸钠和丙三醇。在某些实施方式中，组合物由柠檬酸钠和丙三醇组成。
柠檬酸钠的用量为1～1.8重量份；优选为1.2～1.6重量份；更优选为1.3～1.5重量份。
丙三醇的用量为1.2～2.2重量份；优选为1.3～2重量份；更优选为1.5～1.7重量份。
丙三醇和柠檬酸钠的质量比可以为1:(0.5～1.5)；优选为1:(0.8～1.3)；更优选为1:(0.9～1.1)。
将丙三醇和柠檬酸钠联合使用，能够提高碱激发胶凝材料的抗压强度。将丙三醇和柠檬酸钠的用量控制在上述范围内，能够获得抗压强度更高的碱激发胶凝材料。
形成本发明的碱激发胶凝材料的原料包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉和硅酸钠。某些实施方式中，原料中还包括水。本发明的原料中不含有水泥或天然矿物。优选地，本发明的原料中除了硅酸钠和水外，其余均为工业废渣。煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉和硅酸钠的用量和选择具体如前文所述，在此不再赘述。
在某些实施方式中，将包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉、硅酸钠、柠檬酸钠和丙三醇的原料混合，得到碱激发胶凝材料。具体工艺如前文所述，在此不再赘述。
该组合物能够将碱激发胶凝材料养护28天的抗压强度提高65％以上；优选地，提高70％以上；更优选地，提高73％以上。
下面介绍测试方法：
抗压强度：将碱激发胶凝材料在40mm×40mm×160mm的模具中浇注成型，按照GB175-2007《通用硅酸盐水泥国家标准》进行测试。
下面介绍原料：
煤矸石来自采煤产业，为铝硅型煤矸石，铝硅比大于0.5。
粉煤灰来自燃煤锅炉，为一级粉煤灰。
赤泥来自氧化铝厂，为烧结法赤泥。
矿粉来自炼铁高炉，为粒化高炉矿粉，为S95级矿粉。
钢渣来自炼钢厂，为一级钢渣粉。
实施例1和比较例1～2
将硅酸钠与水混合，得到硅酸钠溶液(硅酸钠与水的质量比为66:100)。将煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉在卧式螺带混合机中混合均匀，得到混合料。将混合料、硅酸钠溶液、柠檬酸钠(若有)、丙三醇(若有)和水在水泥搅拌机中混合，得到碱激发胶凝材料。
各原料的用量如表1所示。所得碱激发胶凝材料养护28天的抗压强度如表1所示。
表1
实施例1 比较例1 比较例2 比较例3
煤矸石(重量份) 10 10 10 10
粉煤灰(重量份) 20 20 20 20
钢渣(重量份) 13 13 13 13
赤泥(重量份) 14 14 14 14
矿粉(重量份) 20 20 20 20
硅酸钠溶液(重量份) 20 20 20 20
柠檬酸钠(重量份) 1.5 — 2.1 —
丙三醇(重量份) 1.5 — 0.9 3
水(重量份) 24 27 27 24
28d抗压强度(MPa) 75.1 43.2 67.3 45.1
比较例1的原料中没有加入柠檬酸钠和丙三醇，所得碱激发胶凝材料的抗折强度仅为43.2MPa。实施例1添加加入柠檬酸钠和丙三醇，所得碱激发胶凝材料的抗压强度达到75.1MPa。与比较例1相比，抗压强度提高了70％以上。因此，柠檬酸钠和丙三醇能够有效地提高碱激发胶凝材料的抗压强度。
比较例2中柠檬酸钠和丙三醇的用量不在本发明的范围内，所得碱激发胶凝材料的抗压强度低于实施例1。这表明柠檬酸钠和丙三醇的用量并非为常规选择。
比较例3没有添加柠檬酸钠，所得胶凝材料的抗压强度低于实施例1。因此，柠檬酸钠和丙三醇具有协同作用。
比较例4～5
除各原料的用量如表2所示外，其余同实施例1。所得碱激发胶凝材料养护28天的抗压强度如表2所示。
表2
比较例4 比较例5
煤矸石(重量份) 20 20
粉煤灰(重量份) 20 20
钢渣(重量份) 10 10
赤泥(重量份) 10 10
矿粉(重量份) 10 10
硅酸钠溶液(重量份) 25 25
柠檬酸钠(重量份) 1.5 —
丙三醇(重量份) 1.5 —
水(重量份) 24.5 24.5
28d抗压强度(MPa) 50.4 48.6
比较例4与实施例1中，煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉的用量不同。由表2可知，柠檬酸钠和丙三醇对于比较例4组成的煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉形成的碱激发胶凝材料的抗压强度提升并不高，仅为3％左右。这表明柠檬酸钠和丙三醇和特定组成的煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉联合使用，能够获得抗压强度高的碱激发胶凝材料。煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥和矿粉的用量并非为常规选择。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种碱激发胶凝材料，其特征在于，所述碱激发胶凝材料由包括如下组成的原料制备得到：
Figure FDA0003804948610000011
2.根据权利要求1所述的碱激发胶凝材料，其特征在于，所述硅酸钠以水溶液的形式使用，硅酸钠水溶液的浓度为20～60wt％。
3.根据权利要求1所述的碱激发胶凝材料，其特征在于，所述原料中还包括水。
4.根据权利要求1所述的碱激发胶凝材料，其特征在于，所述丙三醇和柠檬酸钠的质量比为1:(0.5～1.5)。
5.根据权利要求1所述的碱激发胶凝材料，其特征在于，所述碱激发胶凝材料养护28天的抗压强度大于70MPa。
6.根据权利要求1～5任一项所述的碱激发胶凝材料的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
将包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉、硅酸钠、柠檬酸钠和丙三醇的原料混合，得到碱激发胶凝材料。
7.一种组合物在提高碱激发胶凝材料抗压强度中的用途，其特征在于，所述组合物包括柠檬酸钠和丙三醇，形成所述碱激发胶凝材料的原料包括煤矸石、粉煤灰、钢渣、赤泥、矿粉和硅酸钠。
8.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，柠檬酸钠的用量为1～1.8重量份，丙三醇的用量为1.2～2.2重量份，煤矸石的用量为5～15重量份，粉煤灰的用量为10～30重量份，钢渣的用量为11～18重量份，赤泥的用量为8～20重量份，矿粉的用量为15～28重量份，硅酸钠的用量为3～15重量份，柠檬酸钠的用量为1～1.8重量份，丙三醇的用量为1.2～2.2重量份。
9.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，所述碱激发胶凝材料的原料中还包括水。
10.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，丙三醇和柠檬酸钠的质量比为1:(0.5～1.5)。
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