CN1837127A - 一种复合激活粉煤灰潜在活性及提升粉煤灰品质的方法 - Google Patents

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李政
倪文
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Abstract

一种复合激活粉煤灰潜在活性及提升粉煤灰品质的方法，属于建筑材料领域。其特征在于以II、III级粉煤灰为原料，加入粉煤灰重量的2.0－4.0％石膏，3.0－4.0％明矾石，5.0－10.0％工业废渣(如钢渣、矿渣)、1－2％的晶种和少量的分散剂。按一定的比例与原状粉煤灰一起进入球磨机共同磨细，对通过0.045μm方孔筛的粉煤灰由分选设备进入成品仓，粒径大于0.045μm方孔筛的粉煤灰再入磨，直至粉煤灰的细度(0.045μm)小于10％。此方法可使低品质粉煤灰改性为I级或优质粉煤灰，使其很好的满足高性能混凝土的需要，具有市场需求。具有广阔的经济效益和社会效益。

Description

一种复合激活粉煤灰潜在活性及提升粉煤灰品质的方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种复合激活粉煤灰潜在活性及提升粉煤灰品质的方法。
背景技术
随着商品混凝土行业和高性能混凝土技术的迅猛发展，作为混凝土掺合料的粉煤灰是得到公认的商品混凝土第六组份。在改善新拌混凝土性能，提高混凝土物理力学性能和耐久性等方面的作用日趋重要。可以说粉煤灰的掺加技术已经成为混凝土外加剂发明后，对混凝土技术进步影响最大的一项技术。说到底就是减少水泥用量、改善施工性能、提高物理力学性能、延长使用寿命、全方位提高混凝土“绿色程度”的综合技术措施，对人类土木工程和建筑技术而言是一项重大突破，现在可以说粉煤灰是现代混凝土不可缺少的重要组成。
但是，这并不是说所有的粉煤灰都适合商品混凝土，根据相关标准和规范，细度、需水量比、烧失量、三氧化硫含量等指标达到一级或接近一级粉煤灰的品质时才会达到上述掺加目的，品质不好的粉煤灰还会降低混凝土的质量。所以说，现代商品混凝土，尤其是高性能混凝土应该使用一级或优质粉煤灰。从电厂的现状看，一级粉煤灰所占的比例较低，大量排出的是II级及以下低品位粉煤灰，这些低品位粉煤灰不能从质量上很好满足混凝土的需求，因此缺乏竞争力。
南京化工大学钟白茜等在《粉煤灰综合利用》1997，(3)：77-80，“粉煤灰活化新措施”一文中提出物理(粉磨)——化学(采用工业废渣、天然矿物、石膏等复合I、II激发剂)的粉煤灰复合激活技术，能提高强度，降低需水量。但没有提到对低品质粉煤灰在通过工业废渣、天然无机矿物等化学组分优化的基础上进行物理——化学多元复合激活，且没提及该复合配方是否能使粉煤灰的各项指标达到I级粉煤灰标准。
发明内容
本发明目的是使用粉煤灰复合激活技术将低品质粉煤灰改性加工为I级或优质粉煤灰，使其很好的满足高性能混凝土的需要，具有市场需求。
本发明的原理：
粉煤灰中硅铝玻璃体是活性的主要来源。这种玻璃质颗粒外层均有坚硬的外壳所包裹，因此阻碍了粉煤灰火山灰活性的发挥，如果破坏这层硬壳，粉煤灰的活性就会大大提高。
破坏粉煤灰颗粒外壳，可以通过粉磨。粉磨能够使玻璃体中粗颗粒破碎，解除玻璃体间的颗粒粘结，增大比表面积，使颗粒表面的溶出度增大；粉磨能够使细粒微珠表面出现大量刻纹，能够使水和溶液深入到颗粒内部，较大地促进火山灰反应，从而提高粉煤灰的活性。
但是，粉磨只能解除粉煤灰粗颗粒的絮状结构，改变粉煤灰的颗粒表面状态，为化学激活创造有利条件。单用磨细法提高粉煤灰的活性和品质是有限的，要使粉煤灰的活性充分发挥出来，必须采用机械活化和化学活化复合技术。
利用掺入晶种，降低成核势垒的方法和成分互补的设想，掺加其他矿物粉料，从化学成分上调整组成结构，适当增加CaO、SiO2含量，在水化反应早期强度能稳定增长，可大大提高粉煤灰化学活性和胶凝作用。
另外，水泥一水体系是极不稳定的体系，粉煤灰越细，加水后越容易形成絮凝(凝聚)状态，部分游离水被包裹，且吸附水增多，需水量比增大。因此，在磨粉时加入少量的分散剂，能够在固液界面产生吸附，降低表面能，改善粉煤灰粒子的润湿性能，获得分散体的热力学稳定性，提高粉煤灰凝聚体的分散度。从而使需水量比降低。
技术方案：
一种复合激活粉煤灰潜在活性及提升粉煤灰品质的方法，是利用上述原理，在原状粉煤灰中加入粉煤灰重量的2.0-4.0％石膏、3.0-4.0％明矾石、5.0-10.0％工业废渣(如钢渣、矿渣)、0.5-1％的晶种(废弃的加气混凝土砌块)和0.2-0.3％木质素磺酸钙的分散剂。入球磨机共同磨细至通过0.045μm方孔筛筛余小于12％。(磨机中一仓钢球尺寸有φ30mm、φ50mm等，二仓钢锻尺寸有14×30mm、20×45mm等)。
本发明对工业废渣的成份要求是：Al2O3 10～17Wt.％；SiO2 30～47Wt.％；MgO 0.01～5.0Wt.％；CaO 35.0～45.0Wt.％；Fe2O3 0.01～3.0Wt.％；烧失0.1.0～2.0Wt.％，将符合上述成份的工业废渣破碎到小于球磨机磨球1/6的尺寸。对石膏的成份要求是：CaSO4·2H2O 80.0～95.0Wt.％，石膏原料应为小块状，无大于3cm的大块。对明矾石的成份要求是：Al2O3 20.0～25.0Wt.％；SO3 10.0～13.0Wt.％；明矾石原料应为小块状，无大于3cm的大块。
4、优点及积极效果
本发明能将无序状态的、质量变异的原状粉煤灰，经复合激活进行改性形成相对稳定和有序的、具有较高活性的、能改善混凝土耐久性的一级粉煤灰。这一过程是一个“匀化”“益化”的过程，因为粉煤灰中或多或少含有较粗的且多孔的碳粒、玻璃状海绵体、粘连体等颗粒，在激活、改性过程中颗粒形貌和结构上发生了重要的变化，都能变成变异性较小的微细颗粒，使粉煤灰质量从无序转化到相对有序状态。粉煤灰中的玻璃微珠一般是碾不碎的，通过机械激活仅仅是表面上出现擦痕，再通过化学激活剂的作用，提高化学反应能力，有利于颗粒界面的结合和化学活性的提高。在粉磨是加入少量的分散剂，能够在固液界面产生吸附，降低表面能，改善粉煤灰粒子的润湿性能，获得分散体的热力学稳定性，提高粉煤灰凝聚体的分散度，使需水量比降低。
表1比较了原状粉煤灰与本发明复合激活提升品质后的粉煤灰的性能指标。
  性能   原状粉煤灰   本发明复合激活提升品质后的粉煤灰
  细度％(0.045μm)需水量比％烧矢量％三氧化硫％含水率％f-CaO   43.21081.980.580.220.05   10941.740.630.220.04
从表1可以看出，原状粉煤灰经与本发明复合激活提升品质后，细度、需水量比大幅度降低，粉煤灰品质由三级提升到一级。
具体实施方式
实施例1
原状粉煤灰取自北京石景山电厂，其各项指标为：细度(0.045μm)为58.6％，需水量比115％，烧矢量1.85％。在原状粉煤灰中加入粉煤灰重量的4.0％石膏，4.0％明矾石，10.0％钢渣、1％的晶种和0.3％的分散剂。石膏中CaSO4·2H2O的含量85.0Wt.％，石膏原料应为小块状，无大于3cm的大块；明矾石中Al2O3的含量22.0Wt.％，SO3的含量12.0Wt.％；明矾石原料为小块状，无大于3cm的大块；工业废渣中各成份分别为：Al2O3 16Wt.％；SiO2 35Wt.％；MgO 0.3Wt.％；CaO 40.0Wt.％；Fe2O3 0.5Wt.％；烧失量0.58Wt.％。然后入球磨机共同磨细，对通过0.045μm方孔筛的粉煤灰由分选设备进入成品仓，粒径大于0.045μm方孔筛的粉煤灰再入磨，直至粉煤灰的细度(0.045μm)小于10％。所得粉煤灰各项指标见表2：
表2  实施例1中提升品质后的粉煤灰的各项性能指标的检验结果：
检验项目   计量单位               标准要求 实测值 单项判定
  I级   II级   III级
  细度   ％   ≤12   ≤20   ≤45   4   I
  需水量比   ％   ≤95   ≤105   ≤115   94   I
  烧矢量   ％   ≤5   ≤8   ≤15   1.74   I
  含水量   ％   ≤1.0   ≤1.0   ≤1.0   0.22   I
  三氧化硫   ％   ≤3   ≤3   ≤3   0.63   I
  f-CaO   ％   ≤1.O   ≤1.0   ≤1.0   0.04   I
  氧化钾   ％   /   /   /   1.05   /
  氧化钾   ％   /   /   /   0.27   /
  碱含量   ％   /   /   /   O.96   /
实施例2
原状粉煤灰取自北京张家口电厂，其各项指标为：细度(0.045μm)为43.2％，需水量比108％，烧矢量2.98％。在原状粉煤灰中加入粉煤灰重量的2.0％石膏，3.0％明矾石，5.0％钢渣、0.5％的晶种和0.25％的分散剂。石膏中CaSO4·2H2O的含量91.0Wt.％，石膏原料应为小块状，无大于3cm的大块；明矾石中Al2O3的含量24.0Wt.％，SO3的含量10.5Wt.％；明矾石原料应为小块状，无大于3cm的大块；工业废渣中各成份分别为：Al2O3 11Wt.％；SiO2 44Wt.％；MgO 2.0Wt.％；CaO 32Wt.％；Fe2O3 1.0Wt.％；烧失1.80Wt.％。然后入球磨机共同磨细，对通过0.045μm方孔筛的粉煤灰由分选设备进入成品仓，粒径大于0.045μm方孔筛的粉煤灰再入磨，直至粉煤灰的细度(0.045μm)小于10％。所得粉煤灰各项指标见表3：
表3  实施例2中提升品质后的粉煤灰的各项性能指标的检验结果：
检验项目   计量单位                 标准要求 实测值 单项判定
  I级   II级   III级
  细度   ％   ≤12   ≤20   ≤45   8   I
  需水量比   ％   ≤95   ≤105   ≤115   94   I
  烧矢量   ％   ≤5   ≤8   ≤15   3.10   I
  含水量   ％   ≤1.0   ≤1.0   ≤1.0   0.40   I
  三氧化硫   ％   ≤3   ≤3   ≤3   0.71   I
  f-CaO   ％   ≤1.0   ≤1.0   ≤1.0   0.03   I
  氧化钾   ％   /   /   /   1.20   /
  氧化钾   ％   /   /   /   0.50   /
  碱含量   ％   /   /   /   1.29   /

Claims (2)

1.一种复合激活粉煤灰潜在活性及提升粉煤灰品质的方法，其特征在于以II、III级粉煤灰为原料，加入粉煤灰重量的2.0-4.0％石膏，3.0-4.0％明矾石，5.0-10.0％钢渣或矿渣类工业废渣、0.5-1％的废弃的加气混凝土砌块为晶种和0.2-O.3％木质素磺酸钙的分散剂；入球磨机共同磨细至通过O.045μm方孔筛筛余小于12％；对工业废渣的成份要求是：Al2O3 10～17Wt.％；SiO2 30～47Wt.％；MgO 0.01～5.0Wt.％；CaO 35.0～45.0Wt.％；Fe2O3 0.01～3.0Wt.％；烧失0.1.0～2.0Wt.％，将符合上述成份的工业废渣破碎到小于球磨机磨球1/6的尺寸；对石膏的成份要求是：CaSO4·2H2O 80.0～95.0Wt.％，石膏原料应为小块状，无大于3cm的大块；对明矾石的成份要求是：Al2O3 20.0～25.0Wt.％；SO3 10.0～13.0Wt.％；明矾石原料为小块状，无大于3cm的大块。
2.如权利要求1所述的一种复合激活粉煤灰潜在活性及提升粉煤灰品质的方法，其特征在于其制备过程为：
a.用破碎机将原料破碎至直径为小于3cm的小块；
b.将石膏、明矾石、钢渣、晶种和分散剂混合，按成分要求的比例与原状粉煤灰一起进入球磨机共同磨细，对通过0.045μm方孔筛的粉煤灰由分选设备进入成品仓，粒径大于0.045μm方孔筛的粉煤灰再入磨，直至粉煤灰的细度大于0.045μm的少于10％。
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