CN115583809A - 用于制备天然水硬性石灰的组合物、天然水硬性石灰及其制备方法 - Google Patents

用于制备天然水硬性石灰的组合物、天然水硬性石灰及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于新的用于制备天然水硬性石灰的组合物以及由其制备的天然水硬性石灰。该用于制备天然水硬性石灰的组合物包括钙质原料、硅质原料、稳定剂和水，所述稳定剂包括硼酸盐和/或磷酸盐。本发明制备的天然水硬性石灰打破了天然水硬性石灰的生产的原料品种限制，凝结时间短且强度高，水化活性高。

Description

用于制备天然水硬性石灰的组合物、天然水硬性石灰及其制 备方法
技术领域
本发明属于新型凝胶材料领域，具体涉及用于制备天然水硬性石灰的组合物、由其制备的天然水硬性石灰及制备方法，以及其在古建筑修复领域中的应用。
背景技术
天然水硬性石灰是一种新型胶凝材料被广泛用在砖石/岩土类古建筑修复领域，其生产过程不同于水泥和石灰，对温度和原料成分有着较高的要求。
目前在天然水硬性石灰的生产存在以下技术问题：(1)对原材料的要求较高，大多煅烧天然水硬性石灰的工艺中使用一种原料，对该原料中钙硅铝的含量要求较高，导致生产普及困难。(2)产品活性过低，使用多种原料制备所得天然水硬性石灰的水化活性过低，无法达到欧洲标准对天然水硬性石灰的性能要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提拱了一种用于新的用于制备天然水硬性石灰的组合物以及由其制备的天然水硬性石灰。本发明打破了天然水硬性石灰的生产的原料品种限制，并使用多种原料制备高活性的天然水硬性石灰。
在第一方面，本发明提供了一种用于制备天然水硬性石灰的组合物，包括钙质原料、硅质原料、稳定剂和水，所述稳定剂包括硼酸盐和/或磷酸盐。
在一些实施方式中，所述硼酸盐包括硼酸钠、硼酸钾、硼酸锰或硼酸锶中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述磷酸盐包括磷酸钠、磷酸钾、磷酸硼、磷酸锰或磷酸锶中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述稳定剂还包括碳酸盐、硅酸盐、铬酸盐、高锰酸盐或氢氧化物中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述碳酸盐选自碳酸钠。
在一些实施方式中，所述硅酸盐选自硅酸钠。
在一些实施方式中，所述铬酸盐选自铬酸钠。
在一些实施方式中，所述高锰酸盐选自高锰酸钠。
在一些实施方式中，所述氢氧化物选自氢氧化钠。
在一些实施方式中，所述稳定剂占所述组合物的质量百分数为1％-10％，例如可以为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％以及它们之间的任意值。在本发明的优选实施方式中，所述稳定剂占所述组合物的质量百分数为1.5％-5.0％。
在一些实施方式中，所述钙质原料包括天然石灰石、镁质石灰石、石粉(制砂厂产生的固废)、生石灰、熟石灰或电石渣中的至少一种。在一些实施方式中，所述钙质原料中氧化钙的质量分数不低于45％。在一些实施方式中，所述钙质原料中氢氧化钙、碳酸钙为主要的矿物，去掉水和二氧化碳后剩余部分氧化钙的质量分数不低于80％。
在一些实施方式中，所述硅质原料包括黏土、石英、硅藻土、硅灰、二氧化硅中的至少一种以及任选的三水铝石、一水铝石或铝矾土中的至少一种。在一些实施方式中，所述硅质原料中，三氧化二铝与二氧化硅的质量比在0-0.2之间。在一些实施方式中，所述硅质原料中二氧化硅的质量分数不低于80％。
在一些实施方式中，以重量份计，所述组合物包括75-85份的钙质原料，15-20份的硅质原料，1-10份的稳定剂和10-14份的水。
本发明的用于制备天然水硬性石灰的组合物中，配方中各原料种类和比例相互配合，特别是钙质原料和硅质原料的用量、钙硅比、铝硅比，稳定剂种类和掺量以及用水量之间相互配合能够形成性能更加优异的天然水硬性石灰。
在第二方面，本发明提供了一种采用第一方面所述的组合物制备的天然水硬性石灰。
在第三方面，本发明提供了一种第二方面所述的天然水硬性石灰的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述钙质原料、硅质原料和稳定剂的混合粉末进行煅烧，得到煅烧产物；
(2)将所述煅烧产物与水混合，进行消化反应，得到天然水硬性石灰。
在一些实施方式中，所述煅烧的温度为1050℃-1200℃，例如可以为1050℃、1100℃、1150℃、1200℃或它们之间的任意值。
在一些实施方式中，所述煅烧的时间为3h-5h，例如可以为3h、3.5h、4h、4.5h、5h或它们之间的任意值。
在一些实施方式中，所述消化反应的温度为不高于200℃。
在一些实施方式中，所述消化反应的时间为0.5-2h。
在一些实施方式中，所述消化反应的用水量为所述煅烧产物的10％-30％，例如可以为10％、11％、12％、15％、17.5％、20％、22.5％、25％、27.5％、30％或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述消化反应的用水量为所述煅烧产物的11％-22％。
在一些实施方式中，所述方法还包括在所述消化反应之前，将所述煅烧产物在4-10min内降温至200℃以下。相比于自然冷却，本发明采用快速冷却能够提高产物的水化活性。
在一些实施方式中，步骤(1)中，所述混合粉末的目数≥300目。
在一些实施方式中，所述煅烧产物的目数≥300目。
本发明通过特定的烧成和消化工艺，特别是特定的生料配方、煅烧温度和时间、降温方法、消化温度以及消化用水量等，获得了性能优异的天然水硬性石灰。
在第四方面，本发明提供了根据第二方面所述的天然水硬性石灰或根据第三方面所述的制备方法获得天然水硬性石灰在古建筑修复中的应用。
本发明中采用了特殊的稳定剂，其在烧成工段加入时，可以起到稳定硅酸二钙的功能，并且与加工时段无关，该稳定剂的使用该可以促进硅酸二钙水化，提高强度。因此，本发明的天然水硬性石灰具有优异的烧成稳定性和早期水化进程。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明作进一步地说明，但本发明的范围并不限于此。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明在制备天然水硬性石灰时，首先将一定比例的钙质原料、硅质原料、稳定剂混合均匀煅烧，然后向煅烧产物中加入一定比例的水消化搅拌，得到天然水硬性石灰。
原料配方如下：
钙质原料75％-85％
硅铝质原料15％-20％
稳定剂1％-10％
水10％-14％。
其中，钙质原料包括天然石灰石、镁质石灰石、石粉、生石灰、熟石灰、电石渣等其他以氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙等为主要成分的一种或几种原料，其中氧化钙的质量分数不低于45％，氢氧化钙、碳酸钙为主要的矿物，去掉水和二氧化碳后剩余部分氧化钙的质量分数不低于80％；
硅铝质原料包括黏土、石英、硅藻土、硅灰、二氧化硅制品、三水铝石、一水铝石、铝矾土等为主要成分的一种或几种原料，其中三氧化二铝与二氧化硅的质量比在0-0.2之间，二氧化硅的质量分数不低于80％；
稳定剂包括硼酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐、铬酸盐、高锰酸盐或氢氧化物等其他可用于稳定β-硅酸二钙的一种或几种原料。
制备工艺如下：
(1)将各原料粉磨至300目以上，按上述配方(不含水)混合均匀得到生料。
(2)将生料加热到1050-1200℃之间，保温3-5h，5min内降温至200℃，得到熟料。
(3)将熟料粉磨至300目以上，加水进行消化反应，充分搅拌，单位质量的用水量为11％-22％，消化温度不高于200℃。或同时粉磨并消化，单位质量的用水量为11％-22％。
(4)消化反应结束后，得到天然水硬性石灰产品。
实施例
以下实施例中，具体制备方法如下：
(1)将一定比例的各原料粉磨至300目以上，按表1中配方混合均匀得到生料。
(2)将生料加热到1050-1200℃之间，保温3-5h后，5min内降温至200℃，得到熟料。
(3)将熟料粉磨至300目以上，加水进行消化反应，充分搅拌，单位质量的用水量为11％-22％，消化温度不高于200℃。或同时粉磨并消化，单位质量的用水量为11％-22％。
(4)消化反应结束后，得到天然水硬性石灰产品。
对不同实施例得到的天然水硬性石灰产品进行性能测试，结果如表2所示。
表1天然水硬性石灰制备各组分质量含量/wt.％
Figure BDA0003923506420000051
Figure BDA0003923506420000061
表2产品相关性能指标
Figure BDA0003923506420000062
根据表1和表2可以看出，采用本发明的方法制备的天然水硬性石灰打破了天然水硬性石灰的生产的原料品种限制，凝结时间短且强度高，水化活性高。
虽然已经说明和描述了本申请的一些示例性实施方式，然而本申请不限于所公开的实施方式。相反，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离如所附权利要求中描述的本申请的精神和范围的情况下，可对所描述的实施方式进行一些修饰和改变。

Claims (10)

1.一种用于制备天然水硬性石灰的组合物，包括钙质原料、硅质原料、稳定剂和水，所述稳定剂包括硼酸盐和/或磷酸盐。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，
所述硼酸盐包括硼酸钠、硼酸钾、硼酸锰或硼酸锶中的一种或多种；
所述磷酸盐包括磷酸钠、磷酸钾、磷酸硼、磷酸锰或磷酸锶中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述稳定剂还包括碳酸盐、硅酸盐、铬酸盐、高锰酸盐或氢氧化物中的一种或多种；
优选地，所述碳酸盐选自碳酸钠；
优选地，所述硅酸盐选自硅酸钠；
优选地，所述铬酸盐选自铬酸钠；
优选地，所述高锰酸盐选自高锰酸钠；
优选地，所述氢氧化物选自氢氧化钠。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述稳定剂占所述组合物的质量百分数为1％-10％，优选为1％-5.0％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述钙质原料包括天然石灰石、镁质石灰石、石粉、生石灰、熟石灰或电石渣中的至少一种，优选地，所述钙质原料中氧化钙的质量分数不低于45％；和/或
所述硅质原料包括黏土、石英、硅藻土、硅灰、市售二氧化硅中的至少一种以及任选的三水铝石、一水铝石或铝矾土中的至少一种，
优选地，所述硅质原料中，三氧化二铝与二氧化硅的质量比在0-0.2之间，
优选地，所述硅质原料中二氧化硅的质量分数不低于80％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的组合物，其特征在于，以重量份计，所述组合物包括75-85份的钙质原料，15-20份的硅质原料，1-10份的稳定剂和10-14份的水。
7.一种采用权利要求1-6中任一项所述的组合物制备的天然水硬性石灰。
8.一种权利要求7所述的天然水硬性石灰的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述钙质原料、硅质原料和稳定剂的混合粉末进行煅烧，得到煅烧产物；
(2)将所述煅烧产物与水混合，进行消化反应，得到天然水硬性石灰。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1050℃-1200℃；所述煅烧的时间为3-5h；和/或
所述消化反应的温度为不高于200℃；所述消化反应的时间为0.5-2h；和/或
所述消化反应的用水量为所述煅烧产物的10％-30％，优选为11％-22％；
优选地，所述方法还包括在所述消化反应之前，将所述煅烧产物在4-10min内降温至200℃以下；
优选地，所述混合粉末的目数≥300目；
优选地，所述煅烧产物的目数≥300目。
10.根据权利要求7所述的天然水硬性石灰或根据权利要求8或9所述的制备方法获得的天然水硬性石灰在古建筑修复中的应用。
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