專利名稱：一種復(fù)合膠凝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以煤矸石、礦渣、粉煤灰為主要原料的復(fù)合膠凝材料及其制備方法， 可作為水泥替代品，屬建筑材料。
背景技術(shù)：
硅酸鹽水泥是目前使用量最大的膠凝材料，由于硅酸鹽水泥在生產(chǎn)過程中消耗大量 的資源和能源、排放物中含大量污染環(huán)境的物質(zhì)以及某些性能上的缺陷，使它面臨可持 續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。作為生產(chǎn)水泥的原料石灰石，國內(nèi)已經(jīng)探明儲(chǔ)量約為643億噸。2006 年我國水泥產(chǎn)量達(dá)11億噸，而2007年達(dá)13.6億噸，照此發(fā)展速度，估計(jì)在50年內(nèi)， 我國生產(chǎn)水泥用的石灰石資源將面臨枯竭的危險(xiǎn)，這對(duì)我們這樣一個(gè)水泥生產(chǎn)大國來說 是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。因此，開發(fā)新型的輔助性膠凝材料，在一定程度上減少水泥產(chǎn) 量，對(duì)降低能源、資源的消耗，減小環(huán)境負(fù)荷具有十分重要的意義。與此同時(shí)，煤炭、 冶金、電力等行業(yè)每年產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣一煤矸石、礦渣和粉煤灰等，這些廢渣的堆 放不僅占用大量的農(nóng)田，還污染大氣、水源，影響人們的健康。煤矸石、礦渣和粉煤灰 的綜合利用， 一能降低能源消耗，二能大量利用工業(yè)廢渣，是節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、實(shí) 現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。礦渣、粉煤灰和自燃煤矸石等工業(yè)廢渣作為混合材或摻合料 已經(jīng)成功地應(yīng)用到水泥或水泥混凝土中。目前，煤矸石在水泥中的利用，主要集中于將 其代替部分粘土質(zhì)原料，摻于粘土配料中燒制普通硅酸鹽水泥。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種性能好、無污染、成本低、工藝簡單、廢棄物回收利用 高的無機(jī)一有機(jī)—煤矸石/礦渣/粉煤灰復(fù)合膠凝材料及其制備方法。
本發(fā)明復(fù)合膠凝材料由主料、無機(jī)輔料和有機(jī)添加劑組成，所述主料為煅燒煤矸石 粉，還包含高爐礦渣、粉煤灰中的至少一種，無機(jī)輔料為生石灰、熟石灰、硅酸鈉、硫 酸鈉、亞硫酸鈉或石膏的一種或一種以上所述石膏包括天然石膏或脫硫石膏；有機(jī)添 加劑為甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、乳膠粉、木鈉、木鈣中的一種或一 種以上；各原料含量為煅燒煤矸石30 70重量份，高爐礦渣為20 50重量份，粉煤
灰為20 50重量份，無機(jī)輔助料5 20重量份，有機(jī)添加劑5 0.5重量份。
本發(fā)明的復(fù)合膠凝材料可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅酸鹽水泥，用于建筑工程、海堤工程、搶修 工程、河道護(hù)坡工程和混凝土制品。用本材料可加水拌和或采用質(zhì)量濃度為1.5%硅烷 偶聯(lián)劑水溶液拌和，后者可使砂膠強(qiáng)度提高1 3個(gè)MPa。
本發(fā)明提供上述膠凝材料的制備方法，包括如下步驟
(1) 煅燒煤矸石粉的制備將煤矸石破碎至10mm以下，在75(TC 820'C溫度內(nèi)進(jìn) 行煅燒，煅燒時(shí)間為1 2小時(shí)，燒后的煤矸石用風(fēng)急冷，將冷卻后的燒煤矸石與無機(jī) 輔料一起粉磨至比表面積300~400m2 / kg;
(2) 將高爐礦渣粉磨至比表面積450—500m2 / kg;
(3) 將粉煤灰粉磨至比表面積450—500mVkg;
(4) 將步驟(2)和/或(3)所得原料按重量比例加入步驟(1)所得粉料中，同時(shí)加 入有機(jī)添加劑，混合，攪拌得產(chǎn)品。
本發(fā)明膠凝劑具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 主要原材料是煤矸石、礦渣和粉煤灰等工業(yè)廢棄物，擴(kuò)展了工業(yè)廢棄的使用途
徑；
(2) 生產(chǎn)過程簡單，是一種短流程制備膠凝材料的工藝，勞動(dòng)生產(chǎn)率高；
(3) 大量減排溫室氣體、有害氣體，對(duì)環(huán)境污染小，具有綠色環(huán)保性；
(4) 大幅度節(jié)約能源，能耗僅為傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的20 40%;
(5) 提供了一種新型膠凝材料，創(chuàng)造了清潔生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展的新型建材工業(yè)模式。
具體實(shí)施例方式
以下各例中，所用原料高爐礦渣的活性指數(shù)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046—2000測定，7 天活性指數(shù)不小于75%， 28天活性指數(shù)不小于95%;粉煤灰符合GB/T 1596-2005規(guī)定 II級(jí)以上，并經(jīng)粉磨至比表面積450 500m2 / kg。
實(shí)施例1
將煤矸石破碎至10mm以下，78(TC煅燒，保溫1.5小時(shí)，煅燒后的煤矸石用風(fēng)急 冷，將冷卻后的燒煤矸石與無機(jī)輔助料(生石灰、石膏和硅酸鈉) 一起粉磨至比表面積 370m2 / kg;然后加入比表面積為460 m2 / kg粉煤灰和有機(jī)添加劑(甲基纖維素和木鈉)，
混合均勻即制得復(fù)合膠凝材料。燒煤矸石粉煤灰無機(jī)輔助料有機(jī)添加劑-60: 20: 20: 2 (重量比)。
經(jīng)測試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為262min、終凝時(shí)間為376min。膠砂試體3d 抗壓強(qiáng)度為12.3MPa, 28d抗壓強(qiáng)度為33.2MPa。
實(shí)施例2
將煤矸石破碎至10mm以下，在780'C溫度煅燒，保溫1.5小時(shí)，煅燒后的煤矸石 用風(fēng)急冷，將冷卻后的燒煤矸石與無輔助料(生石灰、石膏和硅酸鈉) 一起粉磨至比表 面積370n^/kg;然后加入比表面積為4卯n^/kg礦渣粉和有機(jī)添加劑(甲基纖維素、
和木鈉)，混合均勻即制得復(fù)合膠凝材料。燒煤矸石礦渣無機(jī)添加劑有機(jī)添加劑
=50: 30: 20: 2 (重量比)。經(jīng)測試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為162min、終凝時(shí) 間為252min。膠砂試體3d抗壓強(qiáng)度為17.6MPa， 28d抗壓強(qiáng)度為36.8MPa。
實(shí)施例3
將煤矸石破碎至10mm以下，在800'C溫度煅燒，保溫1小時(shí)，煅燒后的煤矸石用 風(fēng)急冷，將冷卻后的燒煤矸石與無機(jī)輔助料(熟石灰、脫硫石膏和硅酸鈉) 一起粉磨至 比表面積350m2 / kg:然后加入比表面積為490 m2 / kg礦渣粉、460 m2 / kg粉煤灰和 有機(jī)添加劑(羥乙基纖維素、木鈉)，混合均勻即制得復(fù)合膠凝材料。燒煤奸石礦渣 粉煤灰無機(jī)輔助料有機(jī)添加劑=50: 30: 20: 25: 2.5 (重量比)。
經(jīng)測試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為192min、終凝時(shí)間為316min。膠砂試體3d 抗壓強(qiáng)度為16.4MPa， 28d抗壓強(qiáng)度為35.8MPa。
實(shí)施例4
將煤矸石破碎至10mm以下，在800'C溫度煅燒，保溫1小時(shí)，煅燒后的煤矸石用風(fēng)急 冷，將冷卻后的燒煤矸石與無機(jī)輔助料(熟石灰、脫硫石膏和硅酸鈉) 一起粉磨至比表 面積370r^/kg;然后加入比表面積為490mVkg礦渣粉和有機(jī)添加劑(甲基纖維素、
乳膠粉和木鈉)，混合均勻即制得復(fù)合膠凝材料。燒煤矸石礦渣無機(jī)輔助料有機(jī) 添加劑=30: 50: 15: 1.0 (重量比)。
經(jīng)測試，所制得的膠凝材料初凝時(shí)間為102min、終凝時(shí)間為M5min。膠砂試體3d 抗壓強(qiáng)度為19.6MPa， 28d抗壓強(qiáng)度為46.6Pa。
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)合膠凝材料，由主料、無機(jī)輔料和有機(jī)添加劑組成，其特征是所說主料包含煅燒煤矸石粉，還包含高爐礦渣、粉煤灰中的至少一種，所說無機(jī)輔料為生石灰、熟石灰、硅酸鈉、硫酸鈉、亞硫酸鈉、石膏的一種或一種以上；所說有機(jī)添加劑為甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、乳膠粉、木鈉、木鈣中的一種或一種以上；各原料含量為煅燒煤矸石30～70重量份，高爐礦渣為20～50重量份，粉煤灰為20～50重量份，無機(jī)輔助料5～20重量份，有機(jī)添加劑5～0.5重量份；
2. —種權(quán)利要求1所述的復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征是包括如下步驟(1) 將煤矸石破碎至10mm以下，在75(TC 820'C溫度內(nèi)進(jìn)行煅燒，煅燒時(shí)間為l 2小時(shí)，燒后的煤矸石用風(fēng)急冷，將冷卻后的燒煤矸石與無機(jī)輔料一起粉磨至比表面積 300400m2 / kg;(2) 將高爐礦渣粉磨至比表面積450—500r^/kg;(3) 將粉煤灰粉磨至比表面積45(^500r^/kg;(4) 將步驟(2)和/或(3)所得原料按重量比例加入步驟(1)所得粉料中，同時(shí) 加入有機(jī)添加劑，混合，攪拌得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合膠凝材料，由主料、無機(jī)輔料和有機(jī)添加劑組成，主料包含煅燒煤矸石粉，還包含高爐礦渣、粉煤灰中的至少一種，無機(jī)輔料為生石灰、熟石灰、硅酸鈉、硫酸鈉、亞硫酸鈉、石膏的一種或一種以上；有機(jī)添加劑為甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、乳膠粉、木鈉、木鈣中的一種或一種以上；各原料含量為煅燒煤矸石30～70重量份，高爐礦渣為20～50重量份，粉煤灰為20～50重量份，無機(jī)輔助料5～20重量份，有機(jī)添加劑5～0.5重量份。本材料使大量工業(yè)廢渣得到利用，制備工藝簡單，既環(huán)保又節(jié)能，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅酸鹽水泥，用于建筑工程、海堤工程、搶修工程、河道護(hù)坡工程或混凝土制品，降低成本。
文檔編號(hào)C04B18/08GK101386494SQ200810154960
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者吳其勝, 張長森 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院