CN1272272C - 一种粉煤灰活性混合材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在高性能水泥混凝土中使用的粉煤灰活性混合材及其制备方法。是将粉煤灰原粉和盐、水共同粉磨一定时间制得，其中，粉煤灰原粉用量80-97wt%，盐用量为0.5～1.5wt%，水用量为1～20wt%。本发明还同时公开一种高性能水泥，是由30wt%～40wt%的粉煤灰活性混合材与70wt%～60wt%的硅酸盐水泥混合而成，可达52.5和42.5强度等级。本发明提供的粉煤灰混合材中的低碱含量，使制备的粉煤灰混合材可以作为高性能水泥混凝土用性能调节型辅助胶凝组分，而且实施简便易行，并且合理解决了粉煤灰的排放和堆存，经济效益和环境效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料，特别涉及水泥工业中的活性混合材料及其制备方法，以及由该活性混合材料而形成的新型高性能水泥。
背景技术
随着水泥混凝土技术的发展，水泥混凝土正朝着高性能化的方向发展。高性能水泥混凝土应该具有低的环境负荷、高的强度以及优异的耐久性等显著特点。低的环境负荷主要体现在能源和资源消耗要低，具体地说就是水泥混凝土中要尽可能多地掺加混合材，同时保证水泥混凝土具有高的强度和优异的耐久性。因此，这就要求高性能水泥混凝土的组成配比不同于普通水泥混凝土的，同时高性能水泥混凝土对所用组分的特性，尤其对混合材或掺合料的特性，也有特殊要求。一些能够用于普通水泥混凝土的混合材或掺合料，就不适用于高性能水泥混凝土。
粉煤灰是我国大宗的工业废渣，粉煤灰目前年排放量在1.5亿吨左右，国内堆存数量在10亿吨以上。多年来，粉煤灰的资源化利用，为众多学者和工程技术人员的所关注。但是不容否认的是，粉煤灰资源化利用的问题，也一直没有得到彻底解决。建筑材料领域具有材料用量大的独特优势，因此如果能够把粉煤灰转化成水泥混凝土的高活性组分，就可以彻底解决粉煤灰的排放和堆存问题。然而，虽然经过多年研究与实践，上述研究仍然没有取得突破性的进展。
关于活性粉煤灰及其制备，有专利申请CN1194951A公开了一种提高粉煤灰活性的处理方法，把粉煤灰与酸共同搅拌后，制备出活性粉煤灰；专利申请CN1112530A公开了一种高活性粉煤灰混合材，在粉煤灰中加入CaO和CaSO4·2H2O后粉磨，而后再把样品经过自然养护或蒸汽养护，获得高活性混合材；专利申请CN1380266A公开了一种粉煤灰活化剂，将偏磷酸钠、氟硅酸钠、三聚磷酸钠等按照比例配合，加热干燥脱水后粉碎所得。上述三个专利申请在提高粉煤灰活性处理方法上，是比较具有代表性的三类方法，然而，制备的粉煤灰共同的不足是粉煤灰使用过程中带入水泥混凝土中的碱含量较高，超过了安全界限，导致混凝土容易发生碱骨料反应而使其耐久性较差，不能满足高性能水泥混凝土对混合材或掺和料的特性要求。
发明创造内容
本发明的目的是提供一种在使用中碱含量处于安全水平的粉煤灰活性混合材及其制备方法。
本发明的粉煤灰活性混合材，由80～97wt％粉煤灰原粉、0.5～1.5wt％的盐和1～20wt％的水经混匀、粉磨、干燥制得。
其中，所述盐为可溶性碳酸盐、可溶性磷酸盐以及可溶性的硫酸盐，具体为碳酸氢钠或磷酸镁。
本发明粉煤灰活性混合材的制备方法，包括下述步骤：
1)混合配料：按照重量百分比将粉煤灰原粉、盐和水混合均匀；
2)粉磨：把上述配比的原料在球磨机内共同粉磨，细度用45μm筛控制，筛余不超过20.0％；
3)干燥：所得粉体自然晾干或烘干得到粉煤灰活性混合材。
其中，所述步骤3)中烘干温度在50℃。
本发明的另一目的是提供由上述粉煤灰活性混合材组成的高性能水泥。
该高性能水泥，是由30wt％～40wt％的粉煤灰活性混合材与70wt％～60wt％的硅酸盐水泥混合而成。
采用上述技术方案，经实验验证，用本发明方法制备的粉煤灰混合材与硅酸盐水泥混合得到的高性能水泥，比原状粉煤灰与普通水泥混合后28天抗压强度提高10～17MPa，本发明所得高性能水泥的强度等级均达到了国标52.5强度等级要求。
本发明提供的粉煤灰混合材中的低碱含量，可以避免因掺用粉煤灰引起的混凝土耐久性不良的缺陷。本发明不仅从根本上改变了以往用大掺量强碱来提高粉煤灰活性的方法，使制备的粉煤灰可以作为高性能水泥混凝土用性能调节型辅助胶凝组分，而且实施简便易行，并且合理解决了粉煤灰的排放和堆存，经济效益和环境效益显著。
具体实施方式
本发明首先提供一种活性粉煤灰混合材的制备方法。本发明中，所述活性粉煤灰混合材是用于高性能水泥混凝土中的混合材，是在粉煤灰中加入少量的盐和水，而后在球磨机内共同粉磨并烘干而制得。
在制备过程中，可加入用量在0.5～1.5wt％范围内的可溶性盐，这样可以保证粉煤灰在制备过程中，在一定程度上提高粉煤灰活性。加入少量的可溶性盐如碳酸盐等，在促进粉煤灰颗粒表面结构的硅氧键、铝氧键结构断裂，促进粉煤灰活性的发挥。制备过程中带入的碱，能够确保粉煤灰使用过程中带入水泥混凝土中的碱含量位于一个安全水平。即便按照本发明提供方法中最大的盐掺量(1.5％)来估算，由活化粉煤灰带入到水泥混凝土中的最大碱含量在0.25％左右。这样数量的碱能够使制备的高性能水泥中碱含量容易达到低碱，水泥碱含量不高于0.6％的要求，也能够使其制备的混凝土中碱含量容易达到不超过1.0％的要求(假设混凝土中水泥用量为300kg/m3，使用的集料为C种碱活性集料)。本发明中，可选用的可溶性盐为工业盐，包括：可溶性碳酸盐如碳酸氢钠，可溶性磷酸盐如磷酸镁，以及其它可溶性硫酸盐。
在制备过程中，需加入用量在1～20wt％范围内的水，这样可以保证粉煤灰在制备过程中，与盐发挥协同效应，进一步提高粉煤灰活性。水可以在制备过程中与盐共同作用，改变粉煤灰颗粒表面结构价键，改变粉煤灰结构中硅铝元素的化学环境，增加表面结构缺陷，进一步促进了粉煤灰活性的迅速发挥。所用的水可以是自来水。
制备活性粉煤灰混合材的步骤具体为：
1、混合配料：按照重量百分比将粉煤灰80～97％、盐0.5～1.5％和水1～20％配料，混合均匀；
2、粉磨：把上述配比的原料在球磨机内共同粉磨，细度用45μm筛控制，筛余不超过20.0％；
3、干燥：所得粉体自然晾干或烘干。
本发明还提供一种高性能水泥，是由30wt％～40wt％的粉煤灰活性混合材与70wt％～60wt％的普通硅酸盐水泥混合而得到的高性能水泥。
以下是本发明的实施例：
实施例1：将95千克原状粉煤灰(北京市云岗热电厂)、1千克碳酸氢钠、4千克水混合均匀，在球磨机内粉磨，过45μm筛，然后将过45μm筛的部分在50℃烘干得到本例粉煤灰活性混合材。
取本例粉煤灰活性混合材30千克和70千克普通硅酸盐水泥混合均匀，得到本例高性能水泥C1；取本例粉煤灰活性混合材40千克和60千克普通硅酸盐水泥混合均匀，得到本例高性能水泥C2。
对C1、C2中的碱含量进行分析表明，C1、C2中的当量碱含量在0.6％范围内。
对本例高性能水泥进行强度测试，以验证本发明的的粉煤灰混合材活性以及高性能水泥的品质。其中，测试样品中B1、B2为比较样，B1为70wt％硅酸盐水泥与30wt％原状粉煤灰的混合物，B2为60wt％硅酸盐水泥和40wt％原状粉煤灰的混合物。强度测试采用国家标准GB/T17671-1999规定的方法：将95％质量的样品和5％质量的天然二水石膏混合，在球磨机中粉磨，比表面积达到340m2/kg～360m2/kg后测试强度。测试结果见表1。
表1
| 样品号 | 抗折强度(MPa) | 抗压强度(MPa) | ||
| 3天 | 28天 | 3天 | 28天 | |
| B1B2C1C2 | 5.23.75.24.7 | 8.77.38.99.0 | 26.520.326.223.7 | 47.736.658.053.6 |
注：B1-70％硅酸盐水泥+30％原状粉煤灰，B2-60％硅酸盐水泥+40％原状粉煤灰；
C1-70％硅酸盐水泥+30％粉煤灰活性混合材，C2-60％硅酸盐水泥+40％粉煤灰活性混合材。
由表1数据可以得知，原状粉煤灰经过本发明方法处理后，所得粉煤灰活性混合材与硅酸盐水泥复合所得高性能水泥的28天强度得到显著提高。样品C1比B1的28天抗压强度提高10.3MPa，样品C2比B2的28天抗压强度提高17.0MPa。本发明上述两个掺量的粉煤灰混合所得高性能水泥(样品C1和C2)的强度等级均达到了国标52.5强度等级要求。
实施例2
将96千克原状粉煤灰(取自北京市石景山热电厂)、0.5千克碳酸氢钠，3.5千克水混合均匀，在球磨机内粉磨，过45μm筛，然后将过45μm筛的部分在50℃烘干得到本例粉煤灰活性混合材。
取本例粉煤灰活性混合材33千克和67千克普通硅酸盐水泥混合均匀，得到本例高性能水泥C3；取本例粉煤灰活性混合材40千克和60千克普通硅酸盐水泥混合均匀，得到本例高性能水泥C4。
采用与实施例1相同的方法对本例高性能水泥进行强度测试，测试结果见表2。
表2
| 样品号 | 抗折强度(MPa) | 抗压强度(MPa) | ||
| 3天 | 28天 | 3天 | 28天 | |
| B3B4C3C4 | 5.14.95.45.1 | 8.47.58.78.0 | 34.530.035.731.7 | 53.141.458.447.0 |
注：B3-67％硅酸盐水泥+33％原状粉煤灰，B4-60％硅酸盐水泥+40％原状粉煤灰；
C3-67％硅酸盐水泥+33％粉煤灰活性混合材，C4-60％硅酸盐水泥+40％粉煤灰活性混合材。
实施例2是本发明方法对另一种热电厂粉煤灰的实施效果。在33％掺量的情况下，本发明方法处理粉煤灰复合所得高性能水泥C3比掺原状粉煤灰的水泥B3的28天抗压强度高5.3Mpa，所得高性能水泥C3的强度等级达到国标52.5等级要求；掺量40％的情况下，28天抗压强度提高6.4MPa，所得高性能水泥C4的强度等级达到国标42.5强度等级要求。
实施例3
将81.5千克原状粉煤灰(取自北京市石景山热电厂)、1.5千克磷酸镁、17千克水混合均匀，在球磨机内粉磨，过45μm筛，然后将过45μm筛的部分在50℃烘干得到本例粉煤灰活性混合材。
取本例粉煤灰活性混合材30千克和70千克硅酸盐水泥混合均匀，得到本例高性能水泥C5；取本例粉煤灰活性混合材38千克和62千克硅酸盐水泥混合均匀，得到本例高性能水泥C6。
采用与实施例1相同的方法对本例高性能水泥进行强度测试，测试结果见表3。
表3
| 样品号 | 抗折强度(MPa) | 抗压强度(MPa) | ||
| 3天 | 28天 | 3天 | 28天 | |
| B5B6C5C6 | 5.14.95.45.1 | 8.47.58.78.0 | 34.530.035.731.7 | 53.141.458.447.0 |
注：B5-70％硅酸盐水泥+30％原状粉煤灰，B6-62％硅酸盐水泥+38％原状粉煤灰；
C5-70％硅酸盐水泥+30％粉煤灰活性混合材，C6-62％硅酸盐水泥+38％粉煤灰活性混合材。
由表3可知，在30％掺量的情况下，本发明粉煤灰活性混合材与普通水泥复合所得高性能水泥C5比掺原状粉煤灰的水泥B5的28天抗压强度高5.3MPa，所得高性能水泥C5的强度等级达到国标52.5等级要求；掺量40％的情况下，28天抗压强度提高6.4MPa，所得高性能水泥C6的强度等级达到国标42.5强度等级要求。
Claims (4)
1、一种粉煤灰活性混合材，由80～97wt％粉煤灰原粉、0.5～1.5wt％的盐和1～20wt％的水经混匀、粉磨、干燥制得，所述盐为可溶性碳酸盐、可溶性磷酸盐或可溶性硫酸盐。
2、根据权利要求1所述的粉煤灰活性混合材，其特征在于，所述盐为碳酸氢钠或磷酸镁。
3、一种权利要求1或2所述粉煤灰活性混合材的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)混合配料：按照重量百分比将粉煤灰原粉、盐和水混合均匀；
2)粉磨：把上述配比的原料在球磨机内共同粉磨，细度用45μm筛控制，筛余不超过20.0％；
3)干燥：所得粉体自然晾干或烘干得到粉煤灰活性混合材。
4、根据权利要求3所述的粉煤灰活性混合材的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中烘干温度在50℃。
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