本發(fā)明涉及一種低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料的制備方法。

背景技術：

隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，能源資源的需求量日益增加，能源短缺現(xiàn)象逐漸凸顯，而且石油、天然氣等化石能源浪費的現(xiàn)象突出，這已經嚴重制約了我國的經濟社會發(fā)展，因此提高能源利用率，開發(fā)新能源，推動現(xiàn)有資源的重復利用，對于解決我國能源消耗負擔過重、建設資源節(jié)約型社會具有重要現(xiàn)實意義。

低熟料膠凝材料是指在膠凝材料中降低熟料水泥組成，提高其它的混合材摻量，應用良好的制備技術制得膠凝材料來減少環(huán)境污染。在某種程度上來說，低熟料膠凝材料可以看作是一種“生態(tài)”水泥，它能解決在水泥工行業(yè)中資源短缺，環(huán)境污染的問題。

磷渣一般是工業(yè)上用電爐法制備黃磷時產生的，生產1噸的黃磷會產出10噸左右的磷渣。到了2013年我國磷渣排放量已高達1500萬噸，且呈逐年上升趨勢。堆放了如此多的磷渣不僅會占用大量的耕地，而且還會污染土地及水體，對環(huán)境造成嚴重威脅。

但是由于磷渣作為主要原料有兩點不利影響，凝結時間太長和早期強度太低。本發(fā)明采用偏高嶺土作為激發(fā)劑對低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料進行改性研究，從而能得到一種能夠充分的再次利用工業(yè)廢棄物、早期強度高，凝結時間短的復合膠凝材料。

技術實現(xiàn)要素：

基于以上現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種早期強度高，凝結時間短的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料及其制備方法，將大量工業(yè)固態(tài)廢棄物成功應用于制備水泥復合膠凝材料，使工業(yè)廢棄物得到充分的再次利用，并降低了熟料的用量。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料，包含質量百分數(shù)如下的材料：15-25％熟料、40％磷渣、5-15％偏高嶺土、30％復合摻合料，所述復合摻合料為質量比為5：10：10：5的鋼渣、粉煤灰、石灰石、石膏的混合物。

作為上述技術方案的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明實施例提供的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料的制備方法進一步包括下列技術特征的部分或全部：

作為上述技術方案的改進，在本發(fā)明的一個實施例中，所述熟料中的cao質量百分數(shù)為42-45％，sio2質量百分數(shù)為39-42％，al2o3質量百分數(shù)為4-8％，且熟料的比表面積為350-450m²/kg。

作為上述技術方案的改進，在本發(fā)明的一個實施例中，所述磷渣中的cao和sio2總質量百分數(shù)大于80％，al2o3質量百分數(shù)為4-8％，磷渣的比表面積為350-450m²/kg；且磷渣的質量系數(shù)大于1.2，水硬系數(shù)大于1，堿度系數(shù)大于1。

作為上述技術方案的改進，在本發(fā)明的一個實施例中，所述偏高嶺土為經800℃煅燒后得到的mo1型偏高嶺土，粒徑90％以上分布在1-10微米之間，且偏高嶺土中的sio2和al2o3質量百分數(shù)大于90％。

作為上述技術方案的改進，在本發(fā)明的一個實施例中，所述復合摻合料中，鋼渣的比表面積為600-700m²/kg，粉煤灰為ⅰ級粉煤灰，石灰石細度小于3.0％，石膏為磷石膏、脫硫石膏中的一種。

作為上述技術方案的改進，在本發(fā)明的一個實施例中，所述低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料，包含質量百分數(shù)如下的材料：20％熟料、40％磷渣、10％偏高嶺土、30％復合摻合料

一種低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：

步驟一、按照質量百分數(shù)稱量15-25％熟料、40％磷渣、5-15％偏高嶺土、30％復合摻合料，其中復合摻合料為質量比為5：10：10：5的鋼渣、粉煤灰、石灰石、石膏的混合物；

步驟二、機械混合，混合均勻后按水灰比為0.5加水，攪拌2min，即得所述低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料。

作為上述技術方案的改進，在本發(fā)明的一個實施例中，所述熟料中的cao質量百分數(shù)為42-45％，sio2質量百分數(shù)為39-42％，al2o3質量百分數(shù)為4-8％，且熟料的比表面積為350-450m²/kg；

所述磷渣中的cao和sio2總質量百分數(shù)大于80％，al2o3質量百分數(shù)為4-8％，磷渣的比表面積為350-450m²/kg；且磷渣的質量系數(shù)大于1.2，水硬系數(shù)大于1，堿度系數(shù)大于1；

所述偏高嶺土為經800℃煅燒后得到的mo1型偏高嶺土，粒徑90％以上分布在1-10微米之間，且偏高嶺土中的sio2和al2o3質量百分數(shù)大于90％。

作為上述技術方案的改進，在本發(fā)明的一個實施例中，所述復合摻合料中，鋼渣的比表面積為600-700m²/kg，粉煤灰為ⅰ級粉煤灰，石灰石細度小于3.0％，石膏為磷石膏、脫硫石膏中的一種。

作為上述技術方案的改進，在本發(fā)明的一個實施例中，步驟一、按照質量百分數(shù)稱量20％熟料、40％磷渣、10％偏高嶺土、30％復合摻合料，其中復合摻合料為質量比為5：10：10：5的鋼渣、粉煤灰、石灰石、石膏的混合物。

低熟料膠凝材料是指在膠凝材料中降低熟料水泥組成，提高其它的混合材摻量，應用良好的制備技術制得膠凝材料來減少環(huán)境污染。在某種程度上來說，低熟料膠凝材料可以看作是一種“生態(tài)”水泥，它能解決在水泥工行業(yè)中資源短缺，環(huán)境污染的問題。

磷渣一般是工業(yè)上用電爐法制備黃磷時產生的，生產1噸的黃磷會產出10噸左右的磷渣。到了2013年我國磷渣排放量已高達1500萬噸，且呈逐年上升趨勢。堆放了如此多的磷渣不僅會占用大量的耕地，而且還會污染土地及水體，對環(huán)境造成嚴重威脅。

磷渣主要化學組分為硅酸鹽和鋁酸鹽，經水淬冷后具有潛在活性。但其含水量較高，難以直接用于膠凝材料的制備。本專利技術以低熟料摻量和高磷渣摻量為基礎，通過摻加偏高嶺土來改善膠凝材料早期強度較低，凝結時間較長的缺點，得到了早期強度高，凝結時間短的復合膠凝材料。為工業(yè)大規(guī)模應用磷渣和低熟料水泥的應用提供技術支撐。

本發(fā)明的技術方案中，偏高嶺土具有早強性，它的微觀填充效應能提高低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料抗壓強度，并且還能縮短膠凝材料的凝結時間。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明以低熟料摻量、高磷渣摻量為基礎，制備工藝簡單、工業(yè)廢棄物利用率大，能耗低，是一種綠色生態(tài)型建材制備技術。

(2)本發(fā)明制備的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料早期強度高，凝結時間短，不摻偏高嶺土膠凝材料3d、7d、28d抗壓強度分別為2.0mpa、4.4mpa、18.0mpa，初凝和終凝時間分別為398min、557min；而10％摻量偏高嶺土膠凝材料3d、7d、28d抗壓強度分別為2.5mpa、5.9mpa、22.2mpa，初凝和終凝時間分別為349min、478min。說明偏高嶺土的摻入可以有效提高低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料抗壓強度、縮短膠凝材料凝結時間。

上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下結合優(yōu)選實施例，詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹。

圖1為實施例1、2、3、4所制備的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料抗壓強度數(shù)據圖；

圖2為實施例1、2、3、4所制備的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料凝結時間變化圖；

圖3(a)為實施例1、3、4所制備的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料3dxrd圖譜；

圖3(b)為實施例1、3、4所制備的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料28dxrd圖譜；

圖4(a)為實施例3所制備的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料3d掃描電子顯微鏡照片；

圖4(b)為實施例3所制備的低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料28d掃描電子顯微鏡照片。

具體實施方式

下面詳細說明本發(fā)明的具體實施方式，其作為本說明書的一部分，通過實施例來說明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其他方面、特征及其優(yōu)點通過該詳細說明將會變得一目了然。

實施例1

低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料原材料組分為：30％熟料、40％磷渣、30％復合摻和料，其中復合摻和料包括5％鋼渣、10％粉煤灰、10％石灰石、5％石膏。

將原材料按預定配比進行機械混合，混合均勻后按水灰比為0.5加水，在砂漿攪拌機內攪拌2min，完成后即制得所述低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料。

測試結果：低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料3d、7d、28d抗壓強度分別為2.0mpa、4.4mpa、18.0mpa，初凝和終凝時間分別為398min、557min。

實施例2

低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料原材料組分為：25％熟料、40％磷渣、5％偏高嶺土、30％復合摻和料，其中復合摻和料包括5％鋼渣、10％粉煤灰、10％石灰石、5％石膏。

將原材料按預定配比進行機械混合，混合均勻后按水灰比為0.5加水，在砂漿攪拌機內攪拌2min，完成后即制得所述低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料。

測試結果：低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料3d、7d、28d抗壓強度分別為2.4mpa、5.4mpa、20.9mpa，較實施例1所得不摻偏高嶺土試樣3d、7d、28d抗壓強度分別提高了16.7％、18.5％、13.9％；初凝和終凝時間分別為375min、521min，較不摻偏高嶺土試樣初凝和終凝時間分別縮短了23min、36min。

實施例3

低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料原材料組分為：20％熟料、40％磷渣、10％偏高嶺土、30％復合摻和料，其中復合摻和料包括5％鋼渣、10％粉煤灰、10％石灰石、5％石膏。

將原材料按預定配比進行機械混合，混合均勻后按水灰比為0.5加水，在砂漿攪拌機內攪拌2min，完成后即制得所述低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料。

測試結果：低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料3d、7d、28d抗壓強度分別為2.5mpa、5.9mpa、22.2mpa，此時抗壓強度達到最大值，較實施例1所得不摻偏高嶺土試樣3d、7d、28d抗壓強度分別提高了20.0％、25.4％、18.9％；初凝和終凝時間分別為349min、478min，較不摻偏高嶺土試樣初凝和終凝時間分別縮短了49min、79min。

實施例4

低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料原材料組分為：15％熟料、40％磷渣、15％偏高嶺土、30％復合摻和料，其中復合摻和料包括5％鋼渣、10％粉煤灰、10％石灰石、5％石膏。

將原材料按預定配比進行機械混合，混合均勻后按水灰比為0.5加水，在砂漿攪拌機內攪拌2min，完成后即制得所述低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料。

測試結果：低熟料高磷渣的水泥復合膠凝材料3d、7d、28d抗壓強度分別為1.9mpa、4.2mpa、18.2mpa，較實施例1所得不摻偏高嶺土試樣3d、7d、28d抗壓強度分別提高了-5.3％、-4.8％、1.1％，說明摻入15％偏高嶺土對膠凝材料抗壓強度有抑制效果；初凝和終凝時間分別為342min、470min，較不摻偏高嶺土試樣初凝和終凝時間分別縮短了56min、87min。

綜合實例1、2、3、4試驗結果，偏高嶺土的摻入能提高低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料的早期抗壓強度，還能縮短其凝結時間，并且偏高嶺土存在一個最佳摻量范圍，為5％-15％之間，能使偏高嶺土的改性效果達到最好。

最優(yōu)點為：低熟料高磷渣水泥復合膠凝材料原材料組分為：20％熟料、40％磷渣、10％偏高嶺土、30％復合摻和料，其中復合摻和料包括5％鋼渣、10％粉煤灰、10％石灰石、5％石膏。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和變動，這些改進和變動也視為本發(fā)明的保護范圍。