CN115611535A - 一种高氧化钙-贝利特胶凝材料及制备方法和应用 - Google Patents

一种高氧化钙-贝利特胶凝材料及制备方法和应用 Download PDF

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CN115611535A CN202110785921.3A CN202110785921A CN115611535A CN 115611535 A CN115611535 A CN 115611535A CN 202110785921 A CN202110785921 A CN 202110785921A CN 115611535 A CN115611535 A CN 115611535A
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Abstract

本发明公开了一种高氧化钙‑贝利特胶凝材料及制备方法和应用，属于胶凝材料生产技术领域，解决了现有技术中加气混凝土质量波动，石灰生产质量低、污染大、能耗高的问题。本发明的高氧化钙‑贝利特胶凝材料的矿物组成为：f‑CaO：24～40wt.％，C2S：30～55wt.％，
Figure DDA0003158766720000011
1～20wt.％，C4AF：0.1～10wt.％，CaSO4：0.1～10wt.％。本发明的制备方法包括配料和低温煅烧步骤。本发明创造性地采用高含量的f‑CaO，使其在制备加气混凝土时，能在反应过程中释放大量的热量，从而有利于钙硅水热合成反应的进行，同时还可以促进铝粉发气剂发气，采用本发明特种胶凝材料制成的加气混凝土砌块气孔分布均匀，具有更高的容重和强度，有效地提升了加气混凝土砌块的性能。

Description

一种高氧化钙-贝利特胶凝材料及制备方法和应用
技术领域
本发明属于胶凝材料生产技术领域，具体涉及一种高氧化钙-贝利特胶凝材料及制备方法和应用。
背景技术
近年来，由于加气混凝土在节材、工业固体废弃物利用等方面有优异表现，逐渐成为新型墙体材料中最具前景的墙体材料之一。加气混凝土砌块是以水泥、石灰、石膏、砂(粉煤灰、石粉等)、铝膏、外加剂等为原料，经球磨、计量、搅拌浇注、发气膨胀、静停、切割、蒸压养护等工序制造而成的多孔硅酸盐混凝土。其中，水泥和石灰是加气混凝土中不可或缺的原料。但因为国内目前生产石灰的工艺较落后，主要采用旧窑型和土烧石灰窑进行生产，导致其污染大、质量差、能耗高、产量低。此外，加气混凝土因所用原料因产地或生产厂家的不同，导致其质量波动。
因此提供一种生产加气混凝土用材料，能替代加气混凝土石灰、水泥等原料，生产工艺简单，有效保证产品稳定性，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，可用于生产加气混凝土，能替代加气混凝土石灰、水泥等原料，解决了现有技术中加气混凝土质量波动，石灰生产质量低、污染大、能耗高的问题。
本发明的目的之二在于，提供该胶凝材料的制备方法。
本发明的目的之三在于，提供该胶凝材料在加气混凝土中的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，该胶凝材料的矿物组成为：f-CaO：24～40wt.％，C2S：30～55wt.％，
Figure BDA0003158766710000011
1～20wt.％，C4AF：0.1～10wt.％，CaSO4：0.1～10wt.％。
本发明的部分实施方案中，所述胶凝材料的矿物组成为：f-CaO：25～38wt.％，C2S：40～52wt.％，
Figure BDA0003158766710000012
8～20wt.％，C4AF：2～10wt.％，CaSO4：2～8wt.％。
本发明的部分实施方案中，所述熟料的矿物组成为该胶凝材料的矿物组成为：f-CaO 28wt.％，C2S 52wt.％，
Figure BDA0003158766710000013
10wt.％，C4AF：5wt.％，CaSO4：5wt.％。
本发明的胶凝材料包括游离氧化钙(f-CaO)、C2S、少量的无水硫铝酸钙，其中游离氧化钙的含量较高。现有技术中，游离氧化钙在所有水泥品种中均被视为有害成分，在原料的选择及产品的制备过程中都是尽量降低f-CaO含量。本发明利用f-CaO与水反应生成氢氧化钙并释放大量的热量的特性，创造性地采用高含量的f-CaO，使其在制备加气混凝土时，能在反应过程中释放大量的热量，从而有利于钙硅水热合成反应的进行，同时还可以促进铝粉发气剂发气。
本发明中还含有少量的早强矿物硫铝酸钙
Figure BDA0003158766710000021
其可以促进加气混凝土较快地凝结硬化，满足制品的硬化要求，且优于普通硅酸盐水泥的凝结硬化，更易于制品的脱模，提高工作效率。
本发明中还含有硅酸二钙，其有利于加气混凝土制品后期强度稳定增长；本发明中适量的经过煅烧的CaSO4可以调节加气混凝土的稠化过程，调节制品的质量。
本发明的部分实施方案中，所述胶凝材料包括由以下质量百分比的原料制成：钙质材料45～85％；硅质材料1～10％；铝质材料2～15％；石膏类材料5～15％。
本发明的部分实施方案中，所述钙质材料包括石灰石、电石渣中的至少一种；优选地，所述石灰石为低品位石灰石，更优选地，石灰石的含氧化钙量≥45wt.％。本发明的部分实施方案中，所述硅质材料包括砂岩、页岩中的至少一种；更优选地，所述硅质材料的含硅量≥50wt.％。
本发明的部分实施方案中，所述石膏类材料包括二水石膏、硬石膏、脱硫石膏、磷石膏、脱硫灰渣中的至少一种。
本发明的部分实施方案中，所述铝质材料包括铝矾土、炼铝废渣、铝尾矿的至少一种；优选地，所述铝质材料中的含铝量≥30wt.％。
本发明中的原料通过选用低品位石灰石，控制硅质材料的含硅量≥50wt.％，和铝质材料中的含铝量≥30wt.％，使原料来源更广，并能有效降低生产成本。
本发明提供的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.配料：取各原料后，分别破碎、粉磨后，混合均匀；
S2.煅烧：将混合后的原料在新型干法窑中于低温煅烧，冷却后即制得所述熟料；
优选地，所述低温煅烧的条件为1100～1300℃煅烧20～90min。
本发明方法在新型干法窑上采用低温煅烧，煤耗低，烧成成本低；主要为固相反应，易磨性较好，粉磨成本低，且对环境友好。
本发明提供的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料在加气混凝土中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计科学，构思巧妙，采用本发明的高氧化钙-贝利特胶凝材料制成的加气混凝土砌块气孔分布均匀，具有更高的容重和强度，有效地提升了加气混凝土砌块的性能。
本发明创造性地采用游离氧化钙、C2S、无水硫铝酸钙的体系，其中游离氧化钙含量较高，从而在制备加气混凝土时可以迅速与水反应形成氢氧化钙，并在反应过程中释放大量的热量，有利于钙硅水热合成反应的进行，促进铝粉发气剂发气；硫铝酸钙可以促进加气混凝土较快地凝结硬化；本发明中还含有硅酸二钙，其有利于加气混凝土制品后期强度稳定增长；无水硫铝酸钙可以调节加气混凝土的稠化过程，调节制品的质量。本发明的各个组分共同作用，有利用加气混凝土砌块性能的提高。
本发明的胶凝材料可直接用于加气混凝土制品的制备，可以取代石灰、水泥、石膏等原材料，从而减少加气混凝土行业中因使用石灰、水泥、石膏等不同材料供应厂家所带来的的质量波动，简化生产工艺，保证产品质量的稳定性。
本发明的方法简单，操作简便，采用低温煅烧，煤耗低，烧成成本低；主要为固相反应，易磨性较好，粉磨成本低。比目前制品行业所用的石灰更符合环保政策的要求。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的发明内容做进一步的阐释，但不应理解为本发明的范围仅限于以下的实例，根据本发明的发明思路和全文内容，可以将以下实例中的各个技术特征做适当的组合/替换/调整/修改等，这对于本领域技术人员而言是显而易见的，仍属于本发明保护的范畴。
本发明实施例中制得的胶凝材料的矿物组成采用X-射线衍射仪(XRD)测试，并采用TOPAS定量分析软件进行定量分析。
实施例1
本实施例公开了本发明的高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备。本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料的原料组成为：
石灰石75wt.％，铝矾土8wt.％，硅质材料砂岩5wt.％，二水石膏12wt.％。
其中石灰石的含氧化钙量为47wt.％
铝矾土的含铝量为43wt.％；
砂岩的含硅量为65wt.％
本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料制备方法为：
配料：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，
低温煅烧：将混合后的物料在新型干法窑中于1100℃煅烧90min，冷却后即制得所述胶凝材料。
本实施例制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：25％；C2S：50％；
Figure BDA0003158766710000041
15％；C4AF：4％；CaSO4：6％。
实施例2
本实施例公开了本发明的高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备。本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料的原料组成为：
该胶凝材料由以下质量百分比计的原料组成：电石渣85％，砂岩1％，铝矾土10％，脱硫石膏4％。
砂岩的含硅量为82wt.％
铝钒土的含铝量为41wt.％
电石渣中氧化钙含量为50wt.％
本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料制备方法为：
配料：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，
低温煅烧：将混合后的物料在新型干法窑中于1245℃的温度下，煅烧30min，冷却后即制得所述胶凝材料。
本实施例制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：38％；C2S：50％；
Figure BDA0003158766710000042
8％；C4AF：2％；CaSO4：2％。
实施例3
本实施例公开了本发明的高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备。该胶凝材料由以下质量百分比计的原料组成：石灰石73％，低品位铝矾土17％，页岩2％，脱硫石膏8％。
其中石灰石的含氧化钙量为45wt.％；
页岩的含硅量为51wt.％；
低品位铝矾土的含铝量为38wt.％。
本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料制备方法为：
配料：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合；
低温煅烧：将混合后的物料在新型干法窑中于1200℃煅烧30min，冷却后即制得所述胶凝材料。
本实施例制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：24％；C2S：50％；
Figure BDA0003158766710000051
20％；C4AF：2％；CaSO4：4％。
实施例4
本实施例公开了本发明的高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备。该胶凝材料由以下质量百分比计的原料组成：石灰石65％，页岩10％，炼铝废渣15％，脱硫石膏10％。
其中石灰石的含氧化钙量为48wt.％；
页岩的含硅量为52wt.％；
炼铝废渣的含铝量为48wt.％。
本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料制备方法为：
配料：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合；
低温煅烧：将混合后的物料在新型干法窑中于1300℃煅烧20min，冷却后即制得所述胶凝材料。
本实施例制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：24％；C2S：47％；
Figure BDA0003158766710000052
18％；C4AF：4％；CaSO4：7％。
实施例5
本实施例公开了本发明的高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备。该胶凝材料由以下质量百分比计的原料组成：石灰石68％，页岩10％，铝尾矿10％，脱硫石膏12％。
其中石灰石的含氧化钙量为49wt.％；
页岩的含硅量为54wt.％；
铝尾矿的含铝量43wt.％。
本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料制备方法为：
配料：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，
低温煅烧：将混合后的物料在新型干法窑中于1260℃煅烧50min，冷却后即制得所述胶凝材料。
本实施例制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：26％；C2S：45％；
Figure BDA0003158766710000061
15％；C4AF：6％；CaSO4：8％。
实施例6：
本实施例公开了本发明的高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备。该胶凝材料由以下质量百分比计的原料组成：
电石渣65％，页岩9％，炼铝废渣8％，脱硫灰渣6％。
其中电石渣的含氧化钙量为49wt.％；
页岩的含硅量为53wt.％；
炼铝废渣的含铝量40wt.％。
本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料制备方法为：
配料：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，
低温煅烧：将混合后的物料在新型干法窑中于1250℃煅烧80min，冷却后即制得所述胶凝材料。
本实施例制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：25％；C2S：52％；
Figure BDA0003158766710000062
15％；C4AF：6％；CaSO4：2％。
实施例7：
本实施例公开了本发明的高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备。该胶凝材料由以下质量百分比计的原料组成：石灰石79％，页岩5％，低品位铝矾土12％，磷石膏4％。
其中石灰石的含氧化钙量为49wt.％；
页岩的含硅量63wt.％；
低品位铝矾土的含铝量45wt.％。
本实施例的高氧化钙-贝利特胶凝材料制备方法为：
配料：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，
低温煅烧：将混合后的物料在新型干法窑中于1200℃煅烧90min，冷却后即制得所述胶凝材料。
本实施例制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：34％；C2S：46％；
Figure BDA0003158766710000063
13％；C4AF：5％；CaSO4：2％。
对比例1
本对比例的胶凝材料由以下质量百分比计的原料组成：石灰石68％，页岩4％，低品位铝矾土22％，磷石膏6％。
其中石灰石的含氧化钙量为49wt.％；
页岩的含硅量63wt.％；
低品位铝矾土的含铝量45wt.％。
制备方法同实施例7。
制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：22％；C2S：54.4％；
Figure BDA0003158766710000071
15.4％；C4AF：5.9％；CaSO4：2.4％。
对比例2
本对比例的胶凝材料由以下质量百分比计的原料组成：石灰石79％，页岩2％，低品位铝矾土13％，磷石膏6％。
其中石灰石的含氧化钙量为49wt.％；
页岩的含硅量63wt.％；
低品位铝矾土的含铝量45wt.％。
制备方法同实施例7。
制得的胶凝材料的矿物组成为f-CaO：40％；C2S：40.4％；
Figure BDA0003158766710000072
11.4％；C4AF：4.4％；CaSO4：3.8％。
实验例
将实施例7、对比例1-2的胶凝材料采用相同的方法制备加气混凝土砌块，具体原料配方为：胶凝材料：23wt.％；料浆：70wt.％；水：6.5wt.％；铝膏粉：0.5wt.％。
料浆中，砂、石膏、水的质量比为:1:0.03:1
砂中SiO2含量≥80％，粒度为100～300目。
其制备方法为：
a.按上述原料配比方案先把水放入搅拌器中，将浆料搅拌1分钟；废料搅拌1分钟；低碳胶凝材料搅拌1分钟；再加入铝膏粉，搅拌1分钟；浇注入模具中。
b.浇注完成后使用蒸汽捣棒梳理1次。
c.将浇注完成后的模具推入环境温度为50℃的静停养护室。静停养护2小时。
d.将静停后的坯体根据实际生产需求切割成不同规格砌块。
e.切割完成后送入蒸压养护釜，在蒸汽压为1.0MPa和温度为196℃蒸压养护釜中养护8小时。
另以砂、水泥、石灰、石膏、铝粉膏、水为原料制备加气混凝土砌块，其质量比具体为：水泥：15.4％；石灰：9.5％；料浆：50.4％；废料：18.6％；水：6.1％；铝膏粉：0.5％；将石膏与水洗砂混合磨制成料浆，其中砂、石膏、水的质量比为:1:0.03:1；料浆搅拌条件下加入石灰搅拌均匀后，再加入水泥搅拌，而后再加入铝粉膏搅拌，再入模，静停，脱模，切割，压蒸，出釜，得到成品。其中入模，静停，脱模，切割，压蒸步骤的操作条件同上述步骤b-e，制得加气混凝土砌块命名为对比样B06。
对上述制备所得的加气混凝土砌块的各项性能按照GB11968-2006《蒸压加气混凝土砌块标准》进行检测，结果如下表所示：
Figure BDA0003158766710000081
由上表可知，采用本发明胶凝材料制得的加气混凝土砌块较以水泥、石灰、石膏等为原料制成加气混凝土砌块具有更短的发气时间和静停时间，更利于生产；所得产品的容重及强度更好，质量更优。
对比例1中的具有较低含量的f-CaO(22wt.％)胶凝材料，其制成的加气混凝土砌块的容重及强度低于实施例7；
对比例2的具有较高含量的f-CaO(40wt.％)胶凝材料，其制成的加气混凝土砌块的容重及强度也低于实施例7。
对上述公开的实施例是为能够清楚地说明所作的补充举例，为后续使用能够起到相应的指引作用。对于本领域技术人员在上述说明的理论基础上以其它不同形式所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.根据权利要求1所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料的矿物组成为：f-CaO：24～40wt.％，C2S：30～55wt.％，
Figure FDA0003158766700000011
Figure FDA0003158766700000012
C4AF：0.1～10wt.％，CaSO4：0.1～10wt.％。
2.根据权利要求1所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料的矿物组成为：f-CaO：25～38wt.％，C2S：40～52wt.％，
Figure FDA0003158766700000013
Figure FDA0003158766700000014
C4AF：2～10wt.％，CaSO4：2～8wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料的矿物组成为：f-CaO：28wt.％，C2S：52wt.％，
Figure FDA0003158766700000015
C4AF：5wt.％，CaSO4：5wt.％。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，其特征在于，由包括以下质量百分比的原料制成：钙质材料45～85％；硅质材料1～10％；铝质材料2～15％；石膏类材料5～15％。
5.根据权利要求4所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，其特征在于，所述钙质材料包括石灰石、电石渣中的至少一种；优选地，所述石灰石为低品位石灰石中，更优选地，石灰石的氧化钙含量≥45wt.％。
6.根据权利要求4所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，其特征在于，所述硅质材料包括砂岩、页岩中的至少一种；优选地，所述硅质材料中的含硅量≥50wt.％。
7.根据权利要求4所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，其特征在于，所述石膏类材料包括二水石膏、硬石膏、脱硫石膏、磷石膏、脱硫灰渣中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料，其特征在于，所述铝质材料包括铝矾土、炼铝废渣、铝尾矿的至少一种；优选地，所述铝质材料中的含铝量≥30wt.％。
9.权利要求1-8任意一项所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.配料：取各原料后，分别破碎、粉磨后，混合均匀；
S2.煅烧：将混合后的原料在新型干法窑中于低温煅烧，冷却后即制得所述熟料；
优选地，所述低温煅烧的条件为1100～1300℃煅烧20～90min。
10.权利要求1-7任意一项所述的一种高氧化钙-贝利特胶凝材料在加气混凝土中的应用。
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陶有生，王柏彰: "《蒸压加气混凝土砌块生产》", pages: 250 - 251 *

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