專利名稱：用粉煤灰制造高性能的水泥混合材方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是用粉煤灰制造高性能水泥混合材方法，按此方法生產(chǎn)的水泥混合材具有高活性、含有大量超細粉、多功能等特性，可用于粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、高性能硅酸鹽水泥的混合材及磨細后用于配制混凝土、高性能混凝土、砌筑砂漿。它屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域和環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
粉煤灰作為大宗工業(yè)廢雜渣，它的處理和綜合利用已倍受世界各國關(guān)注。在我國常用的方法是原狀粉煤灰或磨細的粉煤灰作水泥的混合材及混凝土的摻合料、磚、砌塊。粉煤灰用作水泥的混合材及混凝土的摻合料，我國已規(guī)范化，并制定相應的技術(shù)規(guī)范。但目前使用較好的是分選的干排優(yōu)級灰、一級灰，大量的濕排灰和低等級灰的利用率還是較低。粉煤灰的激發(fā)與活化研究的方法較多，主要是機械磨細法、石灰堿激發(fā)法、蒸養(yǎng)法。目前，應用較多的復合激發(fā)，即石灰、石膏、硫酸鈉與粉煤灰混合干磨，雖早期強度有所提高，但活性不高，摻量低，不高于30％，效果不理想，穩(wěn)定性差，往往要配摻礦渣、沸石。加石灰堿高溫激發(fā)與蒸養(yǎng)激發(fā)由于成本高、投資大、工藝復雜，沒能得到廣泛應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種粉煤灰特別是低等級粉煤灰的活化處理制造摻量高、早強高強、和易性好、抗凍抗?jié)B性好的水泥混合材和混凝土的摻合料方法。本發(fā)明不產(chǎn)生二次污染，成品可有效地提高水泥膠凝性能和水泥石的穩(wěn)定性，還可以加速水泥的早期水化速度，并保證后期強度發(fā)展；可作為高性能水泥的混合材和高性能混凝土的超細摻合料。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是用粉煤灰制造高性能的水泥混合材方法，其工藝與步驟如下為(1)按重量百分比把石灰堿質(zhì)材料4～20％；石膏質(zhì)材料0.5～5％；粉煤灰67～92％；硫酸鈉0.2～5％；碳酸鈣0.5～7％；三乙醇胺0.03～0.07％；氯化鈣0～2％；木質(zhì)素磺酸鈣0～0.6％；亞硝酸鈉0～3％；硫酸亞鐵0～3％；水玻璃0～5％；加入磨機，然后(2)加水入磨機，磨細至料漿45μm篩余物小于16％；(3)進行噴霧干燥或脫水烘干至水分小于1％。
本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的石灰堿質(zhì)材料可以為生石灰、熟石灰、石灰乳或乙炔氣渣。
本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的石膏質(zhì)材料可以為生石膏、磷石膏或檸檬酸石膏。
本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的粉煤灰可以為熱電廠濕排或干排粉煤灰，其固體含碳小于15％。
本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的磨機可以為以水為分散介質(zhì)的球磨機、振動磨機、管磨機。
本發(fā)明的一個顯著的優(yōu)點是適合所有粉煤灰的活化處理制造具有高性能的、多功能的水泥混合材和混凝土的摻合料，特別適合低等級粉煤灰如濕排灰和低于一級干排粉煤灰，避免了一般干磨或分選粉煤灰早期活性低、作為水泥混合材或砼摻合料用量少、強度發(fā)展慢等缺點，對于解決我國低等級粉煤灰利用率很低的狀況具有重要意義。
粉煤灰屬于硅鋁酸鹽玻璃態(tài)粉狀物，主要化學成分是SiO2、Al2O3，形態(tài)是由超細粒子(＜1μm)和少量空心微珠在高溫下燒結(jié)相互連結(jié)而成的聚集體。表面結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，化學穩(wěn)定性高，所以在低溫下能耐一般的酸、堿、鹽、水的化學作用，在短時間內(nèi)是不可能破壞粉煤灰的表面結(jié)構(gòu)，更不能將內(nèi)部的活性SiO2、Al2O3釋放出來；所以沒有預先激發(fā)的粉煤灰在早期只能作細集料，而其在水泥石中的化學活性一般在半月以后才慢慢激發(fā)出來，并且必須有養(yǎng)護水存在的下，才能實現(xiàn)。而水泥生產(chǎn)球磨只能將連結(jié)在一起的大燒結(jié)聚集體打散為小的燒結(jié)聚集體，球形的粉煤灰一次粒子仍然很少，粉煤灰的分散度有所提高，水泥漿體的流動性有所改善，但一般不能破壞惰性的粉煤灰表層結(jié)構(gòu)，因此，普通的機械干磨提高粉煤灰的早期活性不明顯，減水率不高。
本發(fā)明的特點是除采用的主要激發(fā)劑Ca(OH)2、CaSO4外，還加入了復合激發(fā)劑，同時采用了獨特的工藝。本發(fā)明將這些生產(chǎn)過程分兩步進行，即磨細—化學激發(fā)與水熱—化學激發(fā)。它的工藝簡單，操作方便，將機械磨細、化學激發(fā)、水熱反應多方面的共同作用集于一體，多方位的協(xié)同作用使粉煤灰的激發(fā)處理效果好、效益高。對于研磨工藝來說，濕磨比干磨的效率高，將激發(fā)劑同粉煤灰一起濕磨，機械磨細與化學激發(fā)共同作用，在水中和磨細的過程中化學激發(fā)劑更有效，特別是激發(fā)離子能滲入到粉煤灰燒結(jié)聚集體內(nèi)部作用，能有效破壞燒結(jié)聚集體，加快磨細與激發(fā)，使磨后的漿體具有大量的超細粉(＜1μm)和球形飄珠。干燥工藝和化學激發(fā)合二為一，不僅反應速度快，活性高，而且解決了粉煤灰烘干困難的缺點；在干燥的過程中進行水熱激發(fā)反應，由于加熱溫度比常溫高許多，反應速度提高幾十倍以上，特別是在有水存在的條件下，充分發(fā)揮粉煤灰最有效的激發(fā)劑OH-離子的作用，SO4-離子的存在，有利于Ca(OH)2溶解和OH-離子的濃度提高，以及促進水泥石中水合鈣礬石的生成，加速水泥的水化，提高水泥石早期強度。特別是在較高的溫度、堿性、水熱的條件下快速完成，破壞粉煤灰的表面結(jié)構(gòu)，釋放內(nèi)部的活性SiO2、Al2O3，水熱反應合成水合硅鋁酸鈣活性物。而在復合激發(fā)劑存在的條件下，反應速度加快，有利于提高粉煤灰的活性及加快水泥的水化，改善砼的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)，增加砼致密度和耐久性。
本發(fā)明的特征之一是粉煤灰制造高性能水泥混合材方法采用了復合激發(fā)劑，除采用的主要激發(fā)劑Ca(OH)2、CaSO4外，還加入了石灰石及水泥早強劑、抗凍劑、減水劑等，加速激發(fā)進程，提高激發(fā)程度，同時賦予其多功能。如硫酸鈉除了具有良好的激發(fā)性能外，同時使混凝土具有早強防凍性能；碳酸鈣具有加速水化，生成新礦物——水合碳鋁酸鈣，提高早期強度，改善微觀結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)，防止“水泥桿菌”幾方面的功能；三乙醇胺具有助磨和提高早期強度功能；氯化鈣、亞硝酸鈉激發(fā)性能較好，也具有抗凍和早強的功能；木質(zhì)素磺酸鈣是濕磨料漿和混凝土的分散劑、減水劑，同時具有改善粉煤灰與水泥的相溶性，提高混凝土強度、耐久性與和易性；硫酸亞鐵、水玻璃提高混凝土強度、抗?jié)B性、抗凍性與耐久性。需要指出的是盡管復合激發(fā)劑中含有少量的鈉離子，但實驗發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的工藝配方不會使混凝土產(chǎn)生堿集料反應，也不會影響混凝土的耐久性。原因是粉煤灰細粉具有比集料更高的化學活性，優(yōu)先與少量的鈉離子反應生成長石等礦物而保護硅石集料，“吃堿礦化”是粉煤灰作為高性能混凝土超細集料原因之一。
經(jīng)過這種粉煤灰制造高性能水泥混合材方法生產(chǎn)的產(chǎn)品是一種干泥狀物，是含有大量超細粉和空心微珠的連接強度不高的團聚體，一般的干磨很容易將其打散。因此，同熟料一起研磨作為水泥混合材或磨細后作為混凝土的摻合料時，水泥或混凝土漿體中就有較多的超細球形粉體、微珠，具有硅粉的特性。則顆粒效應、微集料效應、密實效應、火山灰活性比一般干磨的粉煤灰強烈，所帶來的優(yōu)點是早強高強、高密實、高均勻、高抗?jié)B、高耐久及良好的和易性。因而按本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品是高活性、多功能、高性能的水泥混合材與混凝土摻合料。
處理后的粉煤灰產(chǎn)品中形成了細小的含水和無水礦物，它在水泥中能和鈣離子的相互作用速度加快，產(chǎn)生較好的膠凝性，并且分散度越高越好。因此，處理后的粉煤灰可提高水泥膠凝性能。
活化處理后的粉煤灰產(chǎn)品含有部分脫了水的水化過的礦物，由于加熱溫度低，這些礦物及新形成的礦物結(jié)晶度比較低，活性高，遇到水很快復原，形成水化小晶體，并成為水泥水化結(jié)晶的晶坯，促進水泥水化，處理后的粉煤灰中還有未失掉結(jié)晶水的水化礦物及未完全脫水的膠或無定性物，粉磨分散到水泥中也容易形成小晶體，并能吸收水泥漿體中的鈣離子形成水化硅酸鈣膠體或硅鋁酸鈣膠凝物，從而誘導水泥熟料離子的水化，所以處理后的粉煤灰不僅自身具有一定的活性，而且可以加速水泥的水化。
具體實施例方式
實施例1采用配方按重量百分比生石灰15％；生石膏3％；濕排粉煤灰(以固體計)76％；硫酸鈉1.0％；碳酸鈣1.7％；三乙醇胺0.05％；氯化鈣1％；木質(zhì)素磺酸鈣0.45％；亞硝酸鈉1.0％；硫酸亞鐵0.8％。加水在球磨機中研磨至45μm篩余為15％，放出料漿，噴霧干燥至水分小與1％，即為早強、高強、抗凍、抗?jié)B的高性能多功能水泥混合材。以40％、50％的高性能粉煤灰等量取代52.5R硅酸鹽水泥，按GB/T1767T1-1999《水泥膠砂強度檢驗方法檢測》，其強度指標分別達42.5、32.5級，其它指標都達國標GB12958-1999《復合硅酸鹽水泥》。具有早強、抗凍、抗?jié)B，低水化熱、良好和易性。用于混凝土摻合料，等量取代水泥重量百分比摻量為30～60％。
實施例2同實施例1，所不同的是用乙炔氣渣或石灰乳按干基等量代替生石灰；磷石膏按干基等量代替生石膏，采用碳含量12％的三級粉煤灰。其結(jié)果相同。
實施例3同實施例1，所不同的是料漿的細度為45μm篩余為9％，以55％、70％等量取代525R硅酸鹽水泥，按GB/T1767T1-1999《水泥膠砂強度檢驗方法檢測》，其強度指標分別達42.5、32.5級，其它指標都達國標GB12958-1999《復合硅酸鹽水泥》。和易性良好，減水率高。
實施例4
采用配方按重量百分比熟石灰8％；檸檬酸石膏2％；干排粉煤灰80％；硫酸鈉0.4％；碳酸鈣4.75％；三乙醇胺0.05％；水玻璃3％；亞硝酸鈉1.8％。加水在球磨機中研磨至45μm篩余為5％，放出料漿，陳化脫水，在輥道窯中烘干至水分小于1％，即為早強、高強、抗凍、抗?jié)B的高性能多功能水泥混合材。以35％、55％、70％等量取代62.5級硅酸鹽水泥，按GB/T1767T1-1999《水泥膠砂強度檢驗方法檢測》，其強度指標分別達52.5、42.5、32.5級，其它指標都達國標GB12958-1999《復合硅酸鹽水泥》。和易性良好。因其含有大量的超細微粉、微珠，用于高性能混凝土摻合料，等量取代或超量取代摻量為30～70％。
權(quán)利要求
1.用粉煤灰制造高性能的水泥混合材方法，其工藝與步驟如下為(1)按重量百分比把石灰堿質(zhì)材料4～20％；石膏質(zhì)材料0.5～5％；粉煤灰67～92％；硫酸鈉0.2～5％；碳酸鈣0.5～7％；三乙醇胺0.03～0.07％；氯化鈣0～2％；木質(zhì)素磺酸鈣0～0.6％；亞硝酸鈉0～3％；硫酸亞鐵0～3％；水玻璃0～5％；加入磨機，然后(2)加水入磨機，磨細至料漿45μm篩余物小于16％；(3)進行噴霧干燥或脫水烘干至水分小于1％。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的粉煤灰制造高性能的水泥混合材方法，所述的石灰堿質(zhì)材料為生石灰、熟石灰、石灰乳或乙炔氣渣。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的用粉煤灰制造高性能的水泥混合材方法，所述的石膏質(zhì)材料為生石膏、磷石膏或檸檬酸石膏。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的用粉煤灰制造高性能的水泥混合材方法，所述的粉煤灰為熱電廠濕排或干排粉煤灰，其固體含碳小于15％。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的用粉煤灰制造高性能的水泥混合材方法，所述的磨機為以水為分散介質(zhì)的球磨機、振動磨機、管磨機。
全文摘要
本發(fā)明名稱為用粉煤灰制造高性能的水泥混合材方法。屬于建筑材料技術(shù)和環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。主要是解決現(xiàn)有粉煤灰活化處理方法摻量不高、早強高強性差等問題。其工藝與步驟為。按重量百分比將石灰堿質(zhì)材料4～20％；石膏質(zhì)材料0.5～5％；粉煤灰67～92％；硫酸鈉0.2～5％；碳酸鈣0.5～7％；三乙醇胺0.03～0.07％；氯化鈣0～2％；木質(zhì)素磺酸鈣0～0.6％；亞硝酸鈉0～3％；硫酸亞鐵0～3％；水玻璃0～5％；加入磨機；然后加水磨細至料漿45μm篩余物小于16％；進行噴霧干燥或脫水烘干至水分小于1％。用于粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、高性能水泥和砼生產(chǎn)，摻量達30～70％。具有高活性、多功能、低成本、高性能的特點，主要用于水泥混合材或混凝土摻合料的制造。
文檔編號C04B28/02GK1401606SQ0213904
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月11日
發(fā)明者李國棟 申請人:李國棟