專利名稱：一種高鈣粉煤灰改性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高鈣粉煤灰改性材料。
背景技術(shù)：
我國粉煤灰年排放量1.3億噸，其中高鈣粉煤灰約占8％。高鈣粉煤灰一方面由電廠采用褐煤和次煙煤燃燒直接產(chǎn)生，另一方面通過增鈣燃燒得到增鈣灰。我國是最早并一直以來成功采用旋風(fēng)爐增鈣燃燒工藝?yán)昧淤|(zhì)煤的國家，由于增鈣燃燒工藝不僅能夠使劣質(zhì)煤的燃燒穩(wěn)定，而且具有固硫的環(huán)保作用，因此國內(nèi)改為增鈣燃燒的電廠在逐漸增加，加上內(nèi)蒙神俯東勝褐煤田的大規(guī)模開采，高鈣粉煤灰的數(shù)量在逐年遞增。由于分布不均，高鈣粉煤灰在一些地區(qū)已經(jīng)超過低鈣灰的產(chǎn)量。低鈣粉煤灰作為水泥的混合材或混凝土摻合料已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但高鈣粉煤灰由于游離氧化鈣含量較高，可能帶來安定性問題，所以在水泥混凝土，尤其是在水泥混合材中的應(yīng)用受到嚴(yán)重阻礙。
高鈣粉煤灰的組成特點是，包括活性CaO和游離CaO在內(nèi)總CaO含量比較高?；钚訡aO是水泥混凝土常用礦物材料中決定水化活性的關(guān)鍵組分，而高鈣粉煤灰的高CaO含量特征使其具有比低鈣灰更強的水化潛活性，有些增鈣灰的CaO含量甚至超過水化活性較高的礦渣粉，說明其可能達到或超過礦渣粉的活性水平。
解決安定性問題是提高高鈣粉煤灰在水泥混凝土中摻量的關(guān)鍵技術(shù)，一般采用陳化、噴水、化學(xué)激發(fā)、機械磨細、混合其它礦物摻材料等方法，然而現(xiàn)有技術(shù)方法的生產(chǎn)效率較低，比如陳化和噴水方法周期長、削弱高鈣粉煤灰相對于低鈣灰的活性優(yōu)勢，生產(chǎn)成本高且產(chǎn)品性能穩(wěn)定性差；單純的化學(xué)激發(fā)和機械磨細處理對安定性的改善作用有限；混摻其他摻合料則限制了應(yīng)用范圍，等等。同時，因為高鈣粉煤灰自身的水化活性明顯低于礦渣粉、鋼渣粉等其他礦物材料，所以，高鈣粉煤灰在水泥混凝土中的摻量難以提高。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能夠同時提高安定性和水化活性的高鈣粉煤灰改性材料。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種高鈣粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣原料混合而成，各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO41-3份，Na2SO42-4份，煅燒石膏 3-5份，電石渣 2-3份。
上述高鈣粉煤灰改性材料的制備方法為按各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO41-3份，Na2SO42-4份，煅燒石膏 3-5份，電石渣 2-3份，選取Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣混合，得產(chǎn)品。
所述的煅燒石膏由石膏經(jīng)過750℃-850℃的溫度煅燒得到，石膏可以是天然石膏，化學(xué)石膏，或者是天然石膏與化學(xué)石膏的混合石膏(二者之間為任意配比)。
所述的電石渣是生產(chǎn)聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工業(yè)廢渣，預(yù)先經(jīng)過烘干，使含水量低于5％。
高鈣粉煤灰改性材料的應(yīng)用按照重量比將10-15份高鈣粉煤灰改性材料與100份高鈣粉煤灰共同粉磨，得改性高鈣粉煤灰；改性高鈣粉煤灰作為摻合料應(yīng)用于水泥混凝土中。
本發(fā)明提供的材料及方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下主要優(yōu)點1.同時提高高鈣粉煤灰的安定性和水化活性，并且效率較高，能夠在50％高鈣粉煤灰摻量下消除安定性隱患；有效提高高鈣粉煤灰早、中、后等不同齡期的強度，使高鈣粉煤灰的活性指數(shù)達到勃氏比表面積為400m2/kg的礦渣粉的水平，活性指數(shù)按照強度比測試得到。
2.高鈣粉煤灰改性材料組成根據(jù)高鈣粉煤灰自身水化特性設(shè)計，可以同時調(diào)整由于加入高鈣粉煤灰所引起的水泥凝結(jié)時間變化。
3.制備工藝簡單，成本低廉，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
所以，本發(fā)明提供的技術(shù)方法比傳統(tǒng)方法更具有實用價值。
高鈣粉煤灰中游離氧化鈣(f-CaO)產(chǎn)生安定性問題的原因是，f-CaO在水泥中加水后不能立即反應(yīng)，而是當(dāng)水泥混凝土結(jié)構(gòu)建立并具有一定強度后才與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，反應(yīng)產(chǎn)物體積大幅度增加，從而產(chǎn)生膨脹性破壞。本發(fā)明提供的材料及方法能夠?qū)⒏哜}粉煤灰中的部分游離氧化鈣轉(zhuǎn)化為活性氧化鈣，使原來延遲反應(yīng)的有害成分轉(zhuǎn)化為促進早期水化反應(yīng)、有利于結(jié)構(gòu)強度發(fā)展的有益成分，即而化害為利，進而大幅度提高高鈣粉煤灰的水化活性，在保證安定性和強度的前提下提高高鈣粉煤灰在水泥混凝土中的摻量。
本發(fā)明提供的高鈣粉煤灰改性材料中，各種原材料既具有不同作用，又相互促進Fe2SO4、Na2SO4和煅燒石膏均對水泥-高鈣粉煤灰材料體系提供硫酸鹽激發(fā)作用。Fe2SO4對體系的早、中、后期水化活性均有顯著增強作用，但其單獨使用造成體系的工作性惡化，使新拌水泥混凝土的初始及經(jīng)時流動度明顯降低；Na2SO4對體系工作性無不利影響，對早、中期活性的促進作用顯著，但使后期強度倒縮；將Fe2SO4與Na2SO4按一定比例復(fù)合后，可以在不影響體系工作性前提下保證對早、中、后期水化活性的顯著增強作用。水泥生產(chǎn)中一般采用未經(jīng)過煅燒的各種石膏來調(diào)節(jié)早期的水化程度，從而使水泥凝結(jié)時間滿足一般施工要求，同時，石膏還在水泥中起到增強作用；與未煅燒的石膏相比，煅燒石膏的溶解度高，晶體結(jié)構(gòu)松弛，其自身的活性比較高，所以對其他礦物活性的硫酸鹽激發(fā)效率高，但降低了石膏應(yīng)有的緩凝作用，與未煅燒石膏復(fù)合后，既可提高活性又能保持緩凝作用；本發(fā)明提供的方法是在對高鈣粉煤灰進行改性時采用煅燒石膏，當(dāng)經(jīng)過改性的高鈣粉煤灰加入水泥后，形成煅燒石膏與非煅燒石膏的共同作用。
電石渣的主要成分是Ca(OH)2，能夠為體系提供堿激發(fā)作用，同時電石渣能夠促進早期水化速度，改善高鈣粉煤灰過度推遲凝結(jié)時間的不利作用；但電石渣可以顯著提高水泥-高鈣粉煤灰材料體系的需水比，所以要控制其摻量，在適當(dāng)摻量下所引起的需水比增加量可以抵消高鈣粉煤灰對需水比的降低量，從而使整體需水比不產(chǎn)生明顯變化。
本發(fā)明提供的高鈣粉煤灰改性材料運用方法是，按照重量比將10-15份高鈣粉煤灰改性材料與100份高鈣粉煤灰共同粉磨，選擇這種方法是基于兩方面的原因，(1)高鈣粉煤灰中存在有較多的大顆粒，這些大顆粒中的游離氧化鈣比較高，是產(chǎn)生高鈣粉煤灰安定性問題的主要來源之一，所以要提高高鈣粉煤灰的安定性一般可以通過磨細手段；(2)這種方法產(chǎn)生的均化效果比一般攪拌混合方法大幅度提高，從而提高激發(fā)材料的激發(fā)效果。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1一種高鈣粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣原料混合而成，各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO41份，Na2SO43份，煅燒石膏 4份，電石渣 2份。
上述高鈣粉煤灰改性材料的制備方法為按各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO41份，Na2SO43份，煅燒石膏 4份，電石渣 2份，選取Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣混合，得產(chǎn)品。
所述的煅燒石膏由石膏經(jīng)過750℃-850℃的溫度煅燒得到，石膏可以是天然石膏，化學(xué)石膏，或者是天然石膏與化學(xué)石膏的混合石膏。
所述的電石渣是生產(chǎn)聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工業(yè)廢渣，預(yù)先經(jīng)過烘干，使含水量低于5％。
將本實施例得到的高鈣粉煤灰改性材料，按照重量比將10份該高鈣粉煤灰改性材料與100份高鈣粉煤灰混合粉磨，得到一種改性高鈣粉煤灰(記為AF)。
采用改性高鈣粉煤灰(AF)、高鈣原灰(YF)、只經(jīng)過磨細的高鈣粉煤灰(GF)，只采用化學(xué)改性的高鈣粉煤灰(CF)等分別進行安全極限摻量實驗和水泥砂漿強度實驗，極限摻量實驗結(jié)果如表1，強度實驗配合比及結(jié)果如表2，其中的“活性指數(shù)”是相同齡期時摻加高鈣粉煤灰的強度與未摻加高鈣粉煤灰的水泥砂漿強度比值。
表1 不同處理方式高鈣粉煤灰的安全極限摻量(重量比，％)

從表1看出，單獨采用磨細或化學(xué)激發(fā)措施能夠使高鈣粉煤灰的安全極限摻量由原灰的20％增加到30％，而采用本發(fā)明的改性技術(shù)所得到的改性高鈣粉煤灰AF則可以使安全極限摻量提高到50％，其改善高鈣粉煤灰安定性的作用明顯強于其他方法。
采用AF、YF、GF和CF分別與水泥復(fù)合，按照《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗方法》(GB 12957-2005)制備40×40×160mm砂漿試樣，制備砂漿，配合比及強度結(jié)果如表3。
表2 不同方式處理的高鈣粉煤灰與水泥砂漿配合比及強度

從表2看出，由于高鈣粉煤灰的標(biāo)稠用水量低于純水泥，所以加入30％高鈣粉煤灰后的水膠比從0.44降低到0.42，所得到的高鈣原灰活性指數(shù)在7天和28天分別為0.68和0.88；單純采用機械磨細、化學(xué)激發(fā)或礦物激發(fā)等措施都能夠使28天活性指數(shù)從原灰的0.88提高到0.9以上，7天活性指數(shù)也提高到接近0.75以上；而采用本技術(shù)的激發(fā)效果最佳，28天活性指數(shù)達到0.95以上。
實施例2一種高鈣粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣原料混合而成，各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO41份，Na2SO44份，煅燒石膏 5份，電石渣 2份。
上述高鈣粉煤灰改性材料的制備方法為按各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO41份，Na2SO44份，煅燒石膏 5份，電石渣 2份，選取Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣混合，得產(chǎn)品。
所述的煅燒石膏由石膏經(jīng)過750℃-850℃的溫度煅燒得到，石膏為天然石膏。
所述的電石渣是生產(chǎn)聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工業(yè)廢渣，預(yù)先經(jīng)過烘干，使含水量低于5％。
將本實施例得到的高鈣粉煤灰改性材料，按照重量比將12份該高鈣粉煤灰改性材料與100份高鈣粉煤灰混合粉磨，得到一種改性高鈣粉煤灰；改性高鈣粉煤灰作為摻合料應(yīng)用于水泥混凝土中。
實施例3一種高鈣粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣原料混合而成，各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO42份，Na2SO43份，煅燒石膏 4份，電石渣 3份。
上述高鈣粉煤灰改性材料的制備方法為按各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO42份，Na2SO43份，煅燒石膏 4份，電石渣 3份，選取Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣混合，得產(chǎn)品。
所述的煅燒石膏由石膏經(jīng)過750℃-850℃的溫度煅燒得到，石膏為天然石膏與化學(xué)石膏的混合石膏(二者之間為任意配比)。
所述的電石渣是生產(chǎn)聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工業(yè)廢渣，預(yù)先經(jīng)過烘干，使含水量低于5％。
將本實施例得到的高鈣粉煤灰改性材料，按照重量比將15份該高鈣粉煤灰改性材料與100份高鈣粉煤灰混合粉磨，得到一種改性高鈣粉煤灰；改性高鈣粉煤灰作為摻合料應(yīng)用于水泥混凝土中。
實施例4一種高鈣粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣原料混合而成，各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO42份，Na2SO42份，煅燒石膏 3份，電石渣 2份。
上述高鈣粉煤灰改性材料的制備方法為按各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO42份，Na2SO42份，煅燒石膏 3份，電石渣2份，選取Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣混合，得產(chǎn)品。
所述的煅燒石膏由石膏經(jīng)過750℃-850℃的溫度煅燒得到，石膏為天然石膏與化學(xué)石膏的混合石膏(二者之間為任意配比)。
所述的電石渣是生產(chǎn)聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工業(yè)廢渣，預(yù)先經(jīng)過烘干，使含水量低于5％。
將本實施例得到的高鈣粉煤灰改性材料，按照重量比將12份該高鈣粉煤灰改性材料與100份高鈣粉煤灰混合粉磨，得到一種改性高鈣粉煤灰；改性高鈣粉煤灰作為摻合料應(yīng)用于水泥混凝土中。
實施例5一種高鈣粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣原料混合而成，各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO43份，Na2SO42份，煅燒石膏 3份，電石渣 3份。
上述高鈣粉煤灰改性材料的制備方法為按各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO43份，Na2SO42份，煅燒石膏 3份，電石渣 3份，選取Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣混合，得產(chǎn)品。
所述的煅燒石膏由石膏經(jīng)過750℃-850℃的溫度煅燒得到，石膏為天然石膏。
所述的電石渣是生產(chǎn)聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工業(yè)廢渣，預(yù)先經(jīng)過烘干，使含水量低于5％。
將本實施例得到的高鈣粉煤灰改性材料，按照重量比將13份該高鈣粉煤灰改性材料與100份高鈣粉煤灰混合粉磨，得到一種改性高鈣粉煤灰；改性高鈣粉煤灰作為摻合料應(yīng)用于水泥混凝土中。
權(quán)利要求
1.一種高鈣粉煤灰改性材料，其特征是它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅燒石膏與和電石渣原料混合而成，各原料所占重量份數(shù)為Fe2SO41-3份，Na2SO42-4份，煅燒石膏 3-5份，電石渣 2-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈣粉煤灰改性材料，其特征是所述的煅燒石膏由石膏經(jīng)過750℃-850℃的溫度煅燒得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈣粉煤灰改性材料，其特征是所述的電石渣是生產(chǎn)聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工業(yè)廢渣，預(yù)先經(jīng)過烘干，使含水量低于5％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高鈣粉煤灰改性材料。一種高鈣粉煤灰改性材料，其特征是它主要由Fe
文檔編號C04B18/06GK1792957SQ200610018110
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者馬保國, 朱洪波 申請人:武漢理工大學(xué)