專利名稱：一種復(fù)合固體激發(fā)劑及由其制備的硅鋁質(zhì)膠凝材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，涉及用于混凝土的材料，特別涉及一種復(fù)合固體激發(fā)劑及由其制備的硅鋁質(zhì)膠凝材料。
背景技術(shù)：
水泥作為最大宗的人造建筑材料，給人來(lái)文明帶來(lái)了質(zhì)的飛躍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2001年全世界水泥年產(chǎn)量已達(dá)到17億噸。我國(guó)是水泥工業(yè)大國(guó)，水泥業(yè)作為我國(guó)基礎(chǔ)性原材料工業(yè)的支柱之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中具有舉足輕重的地位。目前，我國(guó)水泥工業(yè)存在諸多問(wèn)題生產(chǎn)能源資源消耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)失調(diào)等等，這些問(wèn)題直接影響到了人類的生活、工作和社會(huì)環(huán)境。在可持續(xù)發(fā)展已成為人類共識(shí)的今天，我國(guó)水泥及水泥基材料研究重點(diǎn)已逐漸轉(zhuǎn)為利用水泥工業(yè)可有效消化和降解廢棄物的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，加大對(duì)各種固體廢棄物的資源化利用；大力發(fā)展替代能源、資源或低品位原燃料在水泥產(chǎn)業(yè)的綜 合利用技術(shù)；研究開(kāi)發(fā)低能源資源消耗、低環(huán)境負(fù)荷及具性能特色的水泥。正因?yàn)槿绱?，近年?lái)圍繞硅鋁質(zhì)膠凝材料的研究和應(yīng)用是層出不窮。硅鋁質(zhì)膠凝材料利用天然或人工的含硅、鋁的渣體經(jīng)磨細(xì)加工，在堿性條件下，通過(guò)類似地質(zhì)聚合物的聚合作用，形成具有較高的強(qiáng)度、長(zhǎng)期的化學(xué)穩(wěn)定性和耐久性的膠凝材料，無(wú)須高溫煅燒，對(duì)資源依賴小。同時(shí)，硅鋁質(zhì)膠凝材料還一定程度上解決了固體廢棄物的排放、環(huán)境污染等問(wèn)題。但目前，利用該技術(shù)思路制備的硅鋁質(zhì)膠凝材料還存在成品質(zhì)量波動(dòng)較大、液體激發(fā)劑不利于生產(chǎn)、強(qiáng)堿不利于安全、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定等問(wèn)題，因而未得到廣泛的應(yīng)用。因此，為更為有效地利用工業(yè)廢渣，亟待尋求一條穩(wěn)定可靠的技術(shù)途徑，可以制備質(zhì)量穩(wěn)定、使用性能良好以及安全性能好的新型硅鋁質(zhì)膠凝材料，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是利用硅酸鹽和偏硅酸鹽中的至少一種，并按一定比例與堿性鈉鹽復(fù)配制備出復(fù)合固體激發(fā)劑，以解決傳統(tǒng)激發(fā)劑的“水性”和“強(qiáng)堿性”帶來(lái)的施工和安全問(wèn)題。本發(fā)明的目的之二是利用磨細(xì)礦渣、磨細(xì)粉煤灰和復(fù)合超細(xì)微粉混合后的活性互補(bǔ)與顆粒級(jí)配優(yōu)化，提供一種良好的硅鋁酸鹽質(zhì)固體粉料，通過(guò)復(fù)合激發(fā)劑的活性激發(fā)作用，制備出膠凝性能良好、工作性能良好、強(qiáng)度適中、施工便利以及環(huán)境負(fù)荷小的硅鋁質(zhì)膠凝材料。因此，本發(fā)明提供如下描述的復(fù)合固體激發(fā)劑及由其制備的硅鋁質(zhì)膠凝材料。本發(fā)明提供一種復(fù)合固體激發(fā)劑，該復(fù)合固體激發(fā)劑含有4至8質(zhì)量份的選自偏硅酸鹽和硅酸鹽中的至少一種物質(zhì)和2至6質(zhì)量份的堿性鈉鹽。本發(fā)明還提供一種硅鋁質(zhì)膠凝材料，其由以下組分組成以質(zhì)量份計(jì)，磨細(xì)礦渣60-70份；磨細(xì)粉煤灰20-30份；復(fù)合超細(xì)微粉5-10份；所述的復(fù)合固體激發(fā)劑8_12份；外加劑:0. 3-1. 2份。使用本發(fā)明的復(fù)合固體激發(fā)劑獲得的硅鋁質(zhì)膠凝材料具有良好的膠凝性能、良好的工作性能、適中的強(qiáng)度、便利的施工性能、較少的能源消耗、較低的環(huán)境負(fù)荷以及相對(duì)低廉的成本，可用于工業(yè)與民用建筑、交通、市政和水利等混凝土預(yù)制構(gòu)件，亦可用于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的復(fù)合固體激發(fā)劑可以由4至8質(zhì)量份的偏硅酸鹽和2至6質(zhì)量份的堿性鈉鹽組成；或者可以由5至7質(zhì)量份的偏硅酸鹽，O. 5至I質(zhì)量份的硅酸鹽和2至4質(zhì)量份的堿性鈉鹽組成。本發(fā)明的復(fù)合固體激發(fā)劑中，所述偏硅酸鹽為偏硅酸鈉或其水合物，優(yōu)選偏硅酸鈉的水合物；所述硅酸鹽為硅酸鈉；所述堿性鈉鹽為碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉，優(yōu)選氫氧化鈉。 本發(fā)明的硅鋁質(zhì)膠凝材料中，所述磨細(xì)礦渣為冶煉生鐵時(shí)排出的水淬?；郀t礦渣經(jīng)磨細(xì)加工而成，比表面積在400-600m2/kg之間，用于磨細(xì)加工的水淬?；郀t礦渣屬于堿性或中性礦渣。所述磨細(xì)粉煤灰為燃煤爐煙道氣體中收集的細(xì)灰經(jīng)磨細(xì)加工而成，磨細(xì)加工后經(jīng)O. 045mm方孔篩的篩余質(zhì)量不超過(guò)20用于磨細(xì)加工的粉煤灰為II級(jí)或III級(jí)原狀灰。所述超細(xì)復(fù)合微粉為微硅粉和超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣按照質(zhì)量比為2至4 6至8的混合物，所述微硅粉的比表面積為20000-25000m2/kg，超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的比表面積為10000-15000m2/kg。所述的外加劑為水溶性鋇鹽類，例如，氯化鋇或硝酸鋇，優(yōu)選氯化鋇。本發(fā)明中所述的比表面積的數(shù)值是按照《水泥比表面積測(cè)定方法勃氏法》(GB/T8074-2008)規(guī)定的方法，測(cè)定獲得的數(shù)值。所述II級(jí)或III級(jí)原狀灰是根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)技術(shù)要求劃分的。本發(fā)明用于磨細(xì)加工的粉煤灰屬于II級(jí)或III級(jí)粉煤灰。本發(fā)明的復(fù)合固體激發(fā)劑及由其制備的硅鋁質(zhì)膠凝材料的制備方法和步驟如下(I)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，按比例稱取4至8質(zhì)量份的選自偏硅酸鹽和硅酸鹽中的至少一種物質(zhì)和2至6質(zhì)量份的堿性鈉鹽后，混合均勻，得到復(fù)合固體激發(fā)劑。(2)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，先將O. 3-1. 2份外加劑加入到20-30份水中，攪拌至全部溶解，得到外加劑水溶液。(3)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，按比例稱取60-70份磨細(xì)礦渣粉、20-30份磨細(xì)粉煤灰以及5-10份復(fù)合超細(xì)微粉后混合均勻，然后加入8-12份上述復(fù)合固體激發(fā)劑，并充分?jǐn)嚢璐_?；旌暇鶆?，得到粉體混合物。(4)將制備的外加劑水溶液加入到該粉體混合物中，在攪拌機(jī)中攪拌120-240秒，得到硅鋁質(zhì)膠凝材料，出機(jī)后立即裝模、成型以及收光。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)其主要原材料為礦渣、粉煤灰和石灰石粉，不僅拓展了用于生產(chǎn)膠凝材料的原材料來(lái)源，而且充分利用了天然和工業(yè)廢棄物，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二次資源的重新整合利用。(2)不需要像傳統(tǒng)水泥那樣必須經(jīng)過(guò)“兩磨一燒”，只需通過(guò)粉磨和激發(fā)劑便可以獲得要求的強(qiáng)度，大大節(jié)約了資源和能源，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)。(3)實(shí)現(xiàn)了復(fù)合固體激發(fā)劑與多元復(fù)合磨細(xì)粉體膠結(jié)材預(yù)混合的膠凝材料制備技術(shù)，不再使用液體激發(fā)劑，不需大量摻加強(qiáng)堿類激發(fā)劑，提高了施工的便捷性和安全性，為硅鋁質(zhì)膠凝材料的規(guī)模化生產(chǎn)奠定了一定的基礎(chǔ)。(4)與傳統(tǒng)水泥基膠凝材料相比，通過(guò)上述途徑制備的硅鋁質(zhì)膠凝材料同樣具備良好的力學(xué)性能和施工性能，并且耐腐蝕性能獨(dú)特。下面以實(shí)施例的方式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1-6按照如下表1，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，先將外加劑加入到水中，攪拌至全部溶解，獲得外加劑水溶液。然后，稱取并混合磨細(xì)礦渣、磨細(xì)粉煤灰、復(fù)合超細(xì)微粉和復(fù)合固體激發(fā)劑得到 均勻的粉體混合物，將制備的外加劑水溶液加入到該粉體混合物中，攪拌均勻，獲得膠凝材料。根據(jù)《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性檢驗(yàn)方法》(GB/T1346-2001)測(cè)定所得膠凝材料初凝時(shí)間和終凝時(shí)間，結(jié)果如下表2。根據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》(GB/T17671-1999)測(cè)定由所述膠凝材料獲得的標(biāo)準(zhǔn)膠砂試件3天(3d)的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，以及28天(28d)的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如下表2。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合固體激發(fā)劑，該復(fù)合固體激發(fā)劑含有4至8質(zhì)量份的選自偏硅酸鹽和硅酸鹽中的至少一種物質(zhì)和2至6質(zhì)量份的堿性鈉鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合固體激發(fā)劑，該復(fù)合固體激發(fā)劑由4至8質(zhì)量份的偏硅酸鹽和2至6質(zhì)量份的堿性鈉鹽組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合固體激發(fā)劑，該復(fù)合固體激發(fā)劑由5至7質(zhì)量份的偏硅酸鹽，O. 5至I質(zhì)量份的硅酸鹽和2至4質(zhì)量份的堿性鈉鹽組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的復(fù)合固體激發(fā)劑，其中所述偏硅酸鹽為偏硅酸鈉或其水合物；所述娃酸鹽為娃酸鈉；所述堿性鈉鹽為碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉。
5.一種硅鋁質(zhì)膠凝材料，其由以下組分組成以質(zhì)量份計(jì)，磨細(xì)礦渣60-70份；磨細(xì)粉煤灰20-30份；復(fù)合超細(xì)微粉5-10份；權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合固體激發(fā)劑8-12份；外加劑0. 3-1. 2份。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅鋁質(zhì)膠凝材料，其中，所述磨細(xì)礦渣為冶煉生鐵時(shí)排出的水淬粒化高爐礦渣經(jīng)磨細(xì)加工而成，比表面積在400-600m2/kg之間，用于磨細(xì)加工的水淬粒化高爐礦渣屬于堿性或中性礦渣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的硅鋁質(zhì)膠凝材料，其中，所述磨細(xì)粉煤灰為燃煤爐煙道氣體中收集的細(xì)灰經(jīng)磨細(xì)加工而成，磨細(xì)加工后經(jīng)O. 045mm方孔篩的篩余質(zhì)量不超過(guò)20%，用于磨細(xì)加工的粉煤灰為II級(jí)或III級(jí)原狀灰。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的硅鋁質(zhì)膠凝材料，其中，所述超細(xì)復(fù)合微粉為微硅粉和超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣按照質(zhì)量比為2至4 6至8的混合物，所述微硅粉的比表面積為20000-25000m2/kg，超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的比表面積為10000-15000m2/kg。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的硅鋁質(zhì)膠凝材料，其中，所述的外加劑為水溶性鋇鹽類。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硅鋁質(zhì)膠凝材料，其中，所述的外加劑為氯化鋇或硝酸鋇，并應(yīng)優(yōu)選氯化鋇。
全文摘要
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，涉及用于混凝土的材料，特別涉及一種復(fù)合固體激發(fā)劑及由其制備的硅鋁質(zhì)膠凝材料。所述復(fù)合固體激發(fā)劑由偏硅酸鹽和/或硅酸鹽，以及堿性鈉鹽組成。由所述復(fù)合固體激發(fā)劑制備的硅鋁質(zhì)膠凝材料以礦渣、粉煤灰等為主要原材料，充分利用了天然和工業(yè)廢棄物，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二次資源的重新整合利用。所獲得的硅鋁質(zhì)膠凝材料具有良好的膠凝性能、良好的工作性能、適中的強(qiáng)度、便利的施工性能、較少的能源消耗、較低的環(huán)境負(fù)荷以及相對(duì)低廉的成本，可用于工業(yè)與民用建筑、交通、市政和水利等混凝土預(yù)制構(gòu)件，亦可用于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C04B7/14GK102863160SQ20111018792
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者樓梁偉, 仲新華, 謝永江, 李化建, 朱長(zhǎng)華, 譚鹽賓, 易忠來(lái), 王保江 申請(qǐng)人:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所