CN115353309A - 一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法；将50%～70%的除尘灰、20%～35%的脱硫灰、5%～20%的赤泥和0.5%～2%的助熔剂混合均匀后在450℃～600℃煅烧1h～3h，经破碎、粉磨制成耐水改性剂；将130～200份的轻烧氧化镁、70～90份的六水合氯化镁和20～40份的耐水改性剂混合制成耐水型氯氧镁胶凝材料。本发明利用工业废渣制备耐水改性剂，制备工艺简单、耐水改性效果好、生产成本低；解决了氯氧镁胶凝材料在潮湿环境中的应用问题，对拓展其应用范围具有积极的推动作用。

Description

一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明属于无机凝胶材料技术领域，具体涉及一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法。
背景技术
目前，在建筑领域最常使用的水泥是硅酸盐水泥。但硅酸盐水泥在生产过程中煅烧温度高，释放大量的二氧化碳（约占人为产生的二氧化碳的5%～7%），加剧了全球的温室效应，且在制备过程中需要湿养护消耗大量的水资源。随着对环境的关注日益增加，发展绿色环保水泥已成发展趋势。
氯氧镁水泥（MOC）是一种低碳水泥，与传统的硅酸盐水泥相比具有低碱性、固化时间短、机械强度高、耐磨性好且无需湿固化等优势。然而，氯氧镁水泥的耐水性低，以及在使用过程中有返卤泛霜等问题严重限制了它的发展。氯氧镁水泥的强度主要来源于氯氧镁水泥中的五相晶体（5Mg (OH)2·MgCl2·8H2O），但五相在与水接触时容易转化成三相晶体（3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O）和氢氧化镁，从而降低氯氧镁水泥的强度。在之前的研究中，通常采用磷酸、磷酸盐、硫酸盐等添加剂改性氯氧镁水泥的耐水性，然而加入这些改性剂会降低氯氧镁水泥的抗压强度。
因此，研究开发具有耐水性的氯氧镁胶凝材料技术，克服其本质性的缺点才能充分发挥氯氧镁水泥的工程应用性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法，可应用于氯氧镁水泥建筑材料的生产与应用，该材料具有良好的耐水性能和力学性能。
一种耐水型氯氧镁胶凝材料，包括以下重量份的组分：130～200份的轻烧氧化镁、70～90份的六水合氯化镁和20～40份的耐水改性剂。
上述耐水改性剂按重量计，由50%～70%的除尘灰、20%～35%的脱硫灰、5%～20%的赤泥和0.5%～2%的助熔剂混合均匀后在450℃～600℃煅烧1h～3h，降温后经破碎、粉磨制成。
上述除尘灰为钢铁工业炼铁过程中由除尘系统收集得到的粉尘，按重量计其主要化学组成为：CaO 20%～30%、SiO2 5%～15%、Fe2O3 8%～20%、Al2O3 2%～10%、Cl 10～20%、K2O5～12%、Na2O 3～12%、烧失量3%～10%。
上述脱硫灰为循环流化床锅炉脱硫产生的尾灰，按重量计其主要化学组成为：CaO35%～45%、SO2 10%～20%、SO3 3%～8%、SiO2 8%～15%、Fe2O3 0.5%～3%、Al2O3 2%～10%、MgO0.5%～2%、烧失量4%～10%。
上述赤泥按重量计主要化学组成为：CaO 41%～47%、SiO2 18%～25%、Fe2O3 5%～10%、Al2O3 4%～8%、MgO 1%～3%、Na2O 1.5%～3.5%、TiO2 1%～3.5%、烧失量3%～10%。
上述助熔剂，为碳酸锂、硫酸锂、碳酸铜、硫酸铜或硫酸铁中的任意一种或任意多种组合。
上述耐水改性剂的制备方法，按重量计，将50%～70%的除尘灰、20%～35%的脱硫灰、5%～20%的赤泥和0.5%～2%的助熔剂干物料混合均匀，加水搅拌均匀制成块料或球料；然后，在110℃～150℃干燥1h～2h，再升温至450℃～600℃煅烧1h～3h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂。
上述耐水改性剂的比表面积为450㎡/kg～600㎡/kg。
上述耐水型氯氧镁胶凝材料的制备方法，按重量计，将130～200份的轻烧氧化镁、70～90份的六水合氯化镁和20～40份的耐水改性剂混合均匀制得。
本发明的积极有益效果：本发明以除尘灰、脱硫灰、赤泥和助熔剂制成耐水改性剂，与氯氧镁胶凝材料协调作用生成低溶度积的复合水化产物，能够大幅度提高氯氧镁胶凝材料的耐水性能，并且会维持其较高的抗压强度，解决了其在潮湿环境中的应用问题。本发明利用工业废渣制备耐水改性剂，制备工艺简单、耐水改性效果好、生产成本低，对拓展氯氧镁胶凝材料的应用范围具有积极的推动作用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作详细说明。本发明的实施例和对比例制成净浆试块养护28天，按照《水泥胶砂强度检验方法GB/T1761—1999》进行强度测试，按照《石膏砌块JC/T698—2010》计算软化系数。所用除尘灰的主要化学组成：CaO 26.76%、SiO2 9.77%、Fe2O316.54%、Al2O3 4.52%、Cl 13.40%、K2O 7.47%、Na2O 8.64%、烧失量7.92%。所用脱硫灰的主要化学组成：CaO 42.54%、SO2 11.86%、SO3 4.74%、SiO2 13.27%、Fe2O3 1.73%、Al2O3 8.84%、MgO 1.03%、烧失量8.53%。所用赤泥的主要化学组成：CaO 45.63%、SiO2 23.57%、Fe2O36.35%、Al2O3 5.81%、MgO 2.32%、Na2O 2.16%、TiO2 1.65%、烧失量5.46%。
实施例一
（1）将65%的除尘灰、20%的脱硫灰、13%的赤泥和2%的碳酸锂干物料混合均匀，加干物料重量10%的水搅拌均匀用成型机制成球料；然后，球料在110℃干燥2h，再升温至600℃煅烧1h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为462㎡/kg。
（2）往130份的轻烧氧化镁、80份的六水合氯化镁和20份的耐水改性剂制成的混合料中加入92份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
实施例二
（1）将50%的除尘灰、29%的脱硫灰、20%的赤泥和1%的碳酸锂干物料混合均匀，加干物料重量10%的水搅拌均匀用成型机制成球料；然后，球料在120℃干燥1.5h，再升温至550℃煅烧2h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为587㎡/kg。
（2）往150份的轻烧氧化镁、70份的六水合氯化镁和20份的耐水改性剂制成的混合料中加入96份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
实施例三
（1）将70%的除尘灰、23.5%的脱硫灰、5%的赤泥和1.5%的硫酸铜干物料混合均匀，加干物料重量10%的水搅拌均匀用成型机制成球料；然后，球料在150℃干燥1h，再升温至450℃煅烧3h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为531㎡/kg。
（2）往170份的轻烧氧化镁、90份的六水合氯化镁和30份的耐水改性剂制成的混合料中加入116份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
实施例四
（1）将60%的除尘灰、35%的脱硫灰、4.5%的赤泥和0.5%的硫酸铜干物料混合均匀，加干物料重量10%的水搅拌均匀用成型机制成球料；然后，球料在140℃干燥1.5h，再升温至500℃煅烧2.5h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为506㎡/kg。
（2）往200份的轻烧氧化镁、85份的六水合氯化镁和40份的耐水改性剂制成的混合料中加入130份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
空白例
往200份的轻烧氧化镁和85份的六水合氯化镁混合料中加入130份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
对比例一（物料配比与实施例三相同，其耐水改性剂未经高温煅烧）
（1）将70%的除尘灰、23.5%的脱硫灰、5%的赤泥和1.5%的助熔剂干物料混合均匀，粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为526㎡/kg。
（2）往170份的轻烧氧化镁、90份的六水合氯化镁和30份的耐水改性剂制成的混合料中加入116份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
对比例二（物料配比与实施例四相同，其耐水改性剂未经高温煅烧）
（1）将60%的除尘灰、35%的脱硫灰、4.5%的赤泥和0.5%的助熔剂干物料混合均匀，粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为518㎡/kg。
（2）往200份的轻烧氧化镁、85份的六水合氯化镁和40份的耐水改性剂制成的混合料中加入130份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
对比例三（市售磷酸盐类耐水剂，与实施例三对比）
往170份的轻烧氧化镁、90份的六水合氯化镁和30份的市售磷酸盐类耐水剂制成的混合料中加入116份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
表1 实施例与对比例的对比试验结果
Figure 279335DEST_PATH_IMAGE002
实施例一～四：加入了本发明制备的耐水改性剂，其抗压软化系数由空白例的0.37提高至0.83～0.88，提高了1.2～1.3倍，耐水性得到了大幅度提高；其绝干抗压强度与空白例接近，有的甚至有所提高。
空白例：不加耐水改性剂，其抗压软化系数仅为0.37。
对比例一、二：其中的耐水改性剂物料没有经过高温煅烧，其抗压软化系数仅有小幅度的提高，与实施例一～四相差甚远，其抗压绝干强度仅为空白例抗压绝干强度的70%。
对比例三：采用了市售磷酸盐类耐水剂，其抗压软化系数仅为0.64，达不到实施例一～四的水平，其抗压绝干强度仅为空白例抗压绝干强度的74%。

Claims (7)

1.一种耐水型氯氧镁胶凝材料，其特征在于：包括以下重量份的组分，130～200份的轻烧氧化镁、70～90份的六水合氯化镁和20～40份的耐水改性剂；所述耐水改性剂按重量计，由50%～70%的除尘灰、20%～35%的脱硫灰、5%～20%的赤泥和0.5%～2%的助熔剂混合均匀后在450℃～600℃煅烧1h～3h制得。
2.根据权利要求1所述的一种耐水型氯氧镁胶凝材料，其特征在于：所述除尘灰，按重量计其主要化学组成为：CaO 20%～30%、SiO2 5%～15%、Fe2O3 8%～20%、Al2O3 2%～10%、Cl10～20%、K2O 5～12%、Na2O 3～12%、烧失量3%～10%。
3.根据权利要求1所述的一种耐水型氯氧镁胶凝材料，其特征在于：所述脱硫灰，按重量计其主要化学组成为：CaO 35%～45%、SO2 10%～20%、SO3 3%～8%、SiO2 8%～15%、Fe2O30.5%～3%、Al2O3 2%～10%、MgO 0.5%～2%、烧失量4%～10%。
4.根据权利要求1所述的一种耐水型氯氧镁胶凝材料，其特征在于：所述赤泥，按重量计其主要化学组成为：CaO 41%～47%、SiO2 18%～25%、Fe2O3 5%～10%、Al2O3 4%～8%、MgO 1%～3%、Na2O 1.5%～3.5%、TiO2 1%～3.5%、烧失量3%～10%。
5.根据权利要求1所述的一种耐水型氯氧镁胶凝材料，其特征在于：所述助熔剂为碳酸锂、硫酸锂、碳酸铜、硫酸铜或硫酸铁中的任意一种或任意多种组合。
6.权利要求1～5中任一项所述的一种耐水型氯氧镁胶凝材料的制备方法，其特征在于：按重量计，将50%～70%的除尘灰、20%～35%的脱硫灰、5%～20%的赤泥和0.5%～2%的助熔剂干物料混合均匀，加水搅拌均匀制成块料或球料；然后，在110℃～150℃干燥1h～2h，再升温至450℃～600℃煅烧1h～3h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂；
将130～200份的轻烧氧化镁、70～90份的六水合氯化镁和20～40份的所述耐水改性剂混合均匀制得。
7.权利要求6所述的一种耐水型氯氧镁胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述耐水改性剂的比表面积为450㎡/kg～600㎡/kg。
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