專利名稱：堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膠凝材料領(lǐng)域，具體是指一種堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。
背景技術(shù)：
硅酸鹽水泥是使用量最大的無機(jī)膠凝材料，但是其“兩磨一燒”的生產(chǎn)工藝消耗大量資源、能源，破壞生態(tài)環(huán)境。1996年，我國(guó)已經(jīng)探明的可用于水泥生產(chǎn)的石灰石儲(chǔ)量約為250億噸，而2003年我國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)8.62億噸，照此發(fā)展速度，估計(jì)我國(guó)生產(chǎn)水泥用石灰石資源在30～50年內(nèi)將面臨枯竭的危險(xiǎn)，這對(duì)我們這樣一個(gè)水泥生產(chǎn)大國(guó)來說是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。近年來國(guó)際上爭(zhēng)相研究開發(fā)出了一系列堿激發(fā)膠凝材料，已成為常溫下制備膠凝材料的重要方法和新技術(shù)。堿激發(fā)碳酸鹽膠凝材料是以邊緣性碳酸鹽礦和工業(yè)水玻璃為基本原材料，通過對(duì)碳酸鹽礦粉進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)活化，對(duì)工業(yè)水玻璃改性，可以實(shí)現(xiàn)堿激發(fā)條件下惰性碳酸鹽與溶解狀態(tài)的SiO2在常溫下反應(yīng)，生成水合硅酸鈣(鎂)凝膠產(chǎn)物，從而獲得膠凝材料。所謂的邊緣性碳酸鹽礦是指其CaO質(zhì)量百分比含量小于45％和MgO質(zhì)量百分比含量為6％～20％、在硅酸鹽水泥工業(yè)和冶金工業(yè)都難以使用的碳酸鹽巖，屬于天然廢棄資源。硅酸鹽水泥工業(yè)要求碳酸鹽礦中CaO質(zhì)量百分比含量大于45％，冶金工業(yè)要求碳酸鹽礦中MgO質(zhì)量百分比含量≥20％。與傳統(tǒng)的膠凝材料相比，該膠凝材料可以大量利用邊緣性碳酸鹽礦，擴(kuò)展了膠凝材料生產(chǎn)的原料資源；另一方面，它是常溫下制備，能耗和成本低，對(duì)環(huán)境污染小，但目前，利用該方法制備的膠凝材料還存在致密度不夠、后期強(qiáng)度偏低等方面的問題。如用專利號(hào)為ZL99117089.X發(fā)明專利用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類膠凝材料的方法，制備的堿激發(fā)碳酸鹽膠凝材料，由于水玻璃與碳酸鹽微細(xì)粉之間的反應(yīng)程度不大，導(dǎo)致其硬化體的致密度不夠、后期強(qiáng)度偏低，28d抗壓強(qiáng)度為4.0MPa左右，抗?jié)B壓力為0.60MPa左右，只適合用作地層固砂、固土灌漿、軟基加固灌漿用途的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種簡(jiǎn)便而實(shí)用的堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料制備方法。
本發(fā)明的另一目的是利用硅酸鹽水泥生產(chǎn)和煉鋼等工業(yè)都不能利用的邊緣性碳酸鹽礦，提供一種性能優(yōu)良的堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。
本發(fā)明的機(jī)理在現(xiàn)有專利技術(shù)(ZL99117089.X)的基礎(chǔ)上，通過加入部分煉鐵工業(yè)的副產(chǎn)物——水淬高爐礦渣及外加劑，制備出工作性能可調(diào)節(jié)、高強(qiáng)度的膠凝材料，可用于防滲灌漿、修補(bǔ)搶修、建筑物結(jié)構(gòu)等工程，為天然和二次資源的重新整合利用以及有效節(jié)約能源開辟了一個(gè)新途徑。
本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料的方法包括如下步驟(1)外加劑溶液的制備以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將0.5～2份外加劑加入到10～25份水中稀釋，并攪拌至全部溶解，即得外加劑溶液；(2)膠凝材料的制備以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將30～50份礦渣粉加入到步驟(1)制備的外加劑溶液中，攪拌均勻，然后加入30～65份模數(shù)為1.4～1.8，氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為45％～55％的激發(fā)劑，再加入50～70份邊緣性碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。
所述激發(fā)劑為工業(yè)水玻璃或固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液；所述外加劑為氯化鋇或硝酸鋇。所述礦渣為水淬高爐礦渣。所述邊緣性碳酸鹽礦和高爐礦渣的細(xì)度達(dá)到GB 1345《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法(80μm篩篩析法)》對(duì)普通硅酸鹽水泥的細(xì)度控制要求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)它的原材料主要是邊緣性碳酸鹽礦和高爐礦渣，擴(kuò)展了膠凝材料生產(chǎn)的原料資源；(2)它是一種常溫下直接獲得的膠凝材料，能耗和成本低，對(duì)環(huán)境污染小，具有綠色環(huán)保性；(3)本發(fā)明制備的碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料力學(xué)性能優(yōu)良，早期強(qiáng)度發(fā)展快，后期強(qiáng)度高，且有持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，其3天抗壓強(qiáng)度可達(dá)20～50MPa，28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)30～90MPa。
(4)本發(fā)明的膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間在2～12小時(shí)可調(diào)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例1以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將1.3份氯化鋇加入到10份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉30份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入39.5份模數(shù)為1.4、氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為45％的激發(fā)劑，激發(fā)劑是由固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時(shí)加入70份CaO質(zhì)量百分比含量為38.24％、MgO質(zhì)量百分比含量為12.19％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。經(jīng)測(cè)試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為7h8min，終凝時(shí)間為7h54min，膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為29.3MPa，28d抗壓強(qiáng)度為61.8MPa，90d抗壓強(qiáng)度為71.7MPa。
實(shí)施例2以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將0.5份氯化鋇加入到17.5份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉50份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入32.5份模數(shù)為1.4、氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為53％的激發(fā)劑，激發(fā)劑是由工業(yè)水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時(shí)加入50份CaO質(zhì)量百分比含量為32.55％、MgO質(zhì)量百分比含量為19.17％的碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。經(jīng)測(cè)試，所制得的膠凝材料凈漿初凝時(shí)間為1h53min，終凝時(shí)間為2h29min，膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為49.5MPa，28d抗壓強(qiáng)度為89.3MPa，90d抗壓強(qiáng)度為97.5MPa。
實(shí)施例3以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將1.4份氯化鋇加入到14份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉40份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入36份模數(shù)為1.4、氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為55％的激發(fā)劑，激發(fā)劑是由工業(yè)水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時(shí)加入60份CaO質(zhì)量百分比含量為33.57％、MgO質(zhì)量百分比含量為16.65％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。經(jīng)測(cè)試，所制得的膠凝材料凈漿初凝時(shí)間為6h32min，終凝時(shí)間為7h07min，膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為49.2MPa，28d抗壓強(qiáng)度為84.9MPa，90d抗壓強(qiáng)度為100.3MPa。
實(shí)施例4以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將2.0份氯化鋇加入到17.5份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉50份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入30份模數(shù)為1.6、氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為53％的激發(fā)劑，激發(fā)劑是由固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時(shí)加入50份CaO質(zhì)量百分比含量為37.88％、MgO質(zhì)量百分比含量為14.15％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。經(jīng)測(cè)試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為9h11min，終凝時(shí)間為9h51min，膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為38.8MPa，28d抗壓強(qiáng)度為68.6MPa，90d抗壓強(qiáng)度為84.9MPa。
實(shí)施例5以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將1.1份氯化鋇加入到14份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉40份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入36份模數(shù)為1.8、氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為55％的激發(fā)劑，激發(fā)劑是由工業(yè)水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時(shí)加入60份CaO質(zhì)量百分比含量為37.88％、MgO質(zhì)量百分比含量為14.15％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。經(jīng)測(cè)試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為6h3min，終凝時(shí)間為6h38min，膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為36.3MPa，28d抗壓強(qiáng)度為46.7MPa，90d抗壓強(qiáng)度為68.4MPa。
實(shí)施例6以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將1.5份硝酸鋇加入到25份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得硝酸鋇溶液。將礦渣粉50份加入到硝酸鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入55份模數(shù)為1.6、氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為51％的激發(fā)劑，激發(fā)劑是由工業(yè)水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時(shí)加入50份CaO質(zhì)量百分比含量為37.88％、MgO質(zhì)量百分比含量為14.15％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。經(jīng)測(cè)試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為3h50min，終凝時(shí)間為4h46min，膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為25.5MPa，28d抗壓強(qiáng)度為46.9MPa，90d抗壓強(qiáng)度為73.2MPa。
實(shí)施例7以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將1.5份氯化鋇加入到15份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉30份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加65份模數(shù)為1.6、氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為55％的激發(fā)劑，激發(fā)劑是由工業(yè)水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時(shí)加入70份CaO質(zhì)量百分比含量為44.61％、MgO質(zhì)量百分比含量為6.08％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。經(jīng)測(cè)試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為7h41min，終凝時(shí)間為9h07min，膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為20.3MPa，28d抗壓強(qiáng)度為30.7MPa，90d抗壓強(qiáng)度為37.1MPa。
實(shí)施例8以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將1.2份硝酸鋇加入到20份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得硝酸鋇溶液。將礦渣粉40份加入到硝酸鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入60份模數(shù)為1.6、氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為53％的激發(fā)劑，激發(fā)劑是由固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時(shí)加入60份CaO質(zhì)量百分比含量為37.88％、MgO質(zhì)量百分比含量為14.15％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。經(jīng)測(cè)試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為5h03min，終凝時(shí)間為5h48min，膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為27.8MPa，28d抗壓強(qiáng)度為43.9MPa，90d抗壓強(qiáng)度為60.6MPa。
權(quán)利要求
1.一種堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)外加劑溶液的制備以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將0.5～2份外加劑加入到10～25份水中稀釋，并攪拌至全部溶解，制得外加劑溶液；(2)膠凝材料的制備以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將30～50份礦渣粉加入到(1)制備的外加劑溶液中，攪拌均勻，然后加入30～65份模數(shù)為1.4～1.8，氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為45％～55％的激發(fā)劑，再加入50～70份邊緣性碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料；所述激發(fā)劑為工業(yè)水玻璃或固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液；所述外加劑為氯化鋇或硝酸鋇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料制備方法，其特征在于所述礦渣為水淬高爐礦渣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料制備方法，其特征在于所述邊緣性碳酸鹽礦和高爐礦渣的細(xì)度達(dá)到GB 1345《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法(80μm篩篩析法)》對(duì)普通硅酸鹽水泥的細(xì)度控制要求。
4.一種堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料由權(quán)利要求1所述方法制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料及其制備方法。以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將0.5～2份外加劑加10～25份水稀釋，并將30～50份礦渣粉加入到所制備的外加劑溶液中，攪拌均勻，然后加入30～65份模數(shù)為1.4～1.8，氧化鈉和氧化硅質(zhì)量濃度之和為45％～55％的激發(fā)劑，再加入50～70份邊緣性碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，制得堿激發(fā)碳酸鹽/礦渣復(fù)合膠凝材料。該復(fù)合膠凝材料是利用邊緣性碳酸鹽礦粉和礦渣粉于常溫下直接獲得，能耗和成本低，對(duì)環(huán)境污染小，具有綠色環(huán)保性。所制得的復(fù)合膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間在2～10小時(shí)可調(diào)，其膠砂強(qiáng)度與礦渣用量、激發(fā)劑的模數(shù)和濃度有關(guān)，3天抗壓強(qiáng)度可達(dá)20～50MPa，28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)30～90MPa，且有持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。
文檔編號(hào)C04B22/00GK1699252SQ20051003444
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者殷素紅, 余其俊, 趙三銀, 文梓蕓, 喬飛, 黃家琪, 王小萍 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)