专利名称：处理火山灰质材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种处理粉煤灰形式的火山灰质材料(pozzolans)的方法。
背景技术：
粉煤灰用于生产混凝土、砂浆和其它含水泥混合物。粉煤灰是燃煤发电厂的副产 物并且全世界每年以大量产生。本方法消除了因煤化学组成和煤燃烧工艺参数的变化带来的粉煤灰品质的变动。 依据本发明方法处理火山灰质材料即粉煤灰显著提高了混凝土的性能并且以更高水平取 代标准波特兰水泥，这导致显著的经济和环境益处。粉煤灰通常包含约85%的微珠(cenosphere)颗粒形式的玻璃质无定形组分。依 据ASTM C 618，粉煤灰被分成两种类别C类和F类。F类粉煤灰通常含有超过70重量％ 的氧化硅、氧化铝和铁氧化物，而C类通常含有50%至70%。F类粉煤灰是烟煤燃烧的副产 物。C类粉煤灰具有较高的钙含量，其是亚烟煤燃烧的副产物。根据美国煤灰协会，2006年在美国产生约7300万吨的粉煤灰形式的煤灰，且仅有 约45%被用于不同的工业应用而其它部分大多以废物形式堆积在填埋场。在美国，目前混 凝土中取代波特兰水泥的仅为约10%。深入研究证实，与不含粉煤灰的波特兰水泥混凝土相比，波特兰水泥被粉煤灰以 超过50%的程度取代的高粉煤灰含量混凝土表现出更高的长期强度发展，较低的水渗透性 和气体渗透性，高的氯离子耐受性等等。同时高粉煤灰含量混凝土存在明显的缺点。一个缺点是在0到28天时段期间非 常长的固化时间和非常慢的强度发展，尤其是水/胶结材料的比率高于0. 50时。这些负面 效果将用以取代波特兰水泥的粉煤灰水平降低至平均为15-20%。严重的问题还涉及粉煤灰品质的稳定性。通常所用煤的化学组成的变化和锅炉操 作参数的频繁改变引起晶相和准晶相(所谓的熔渣)的形成，这导致粉煤灰反应性(所谓 的凝硬活性)的降低。为了改善高粉煤灰含量混凝土的性能，已经进行了若干努力，例如Malhotra， Concrete International J. ,Ool. 21, No 5，1999 年 5 月，第 61—66 页。根据 Malhotra，通 过显著地增加粘结剂的含量(即水泥和微填料)以及大量降低水量能改善此类混凝土的强 度发展，但此方法需要增加减水掺合料的剂量来保持混凝土混合物具有可接受的稠度，这 将急剧增加混凝土的成本。已经开发了许多涉及研磨粉煤灰的方法，以便通过研磨(这增加尺寸为约11微 米的粉煤灰颗粒的数量)并同时引入氧化钙来改善其凝硬活性。美国专利6，818，058， 6，038，987，5，714，002，5，714，003，5，383，521 和 5，121，795 中描述了此类方法。所有上述 已知方法要么不能使作为混凝土成分的粉煤灰性能显著提高，要么不能避免粉煤灰性能的 波动和保证最终产品的恒定品质。本发明解决了上述问题。
发明内容
本发明因此涉及一种处理包含粉煤灰例如F级和/或C级粉煤灰的火山灰质材 料的方法，所述火山灰质材料用于制备砂浆和混凝土，其特征在于，通过在研磨设备中进 行研磨使所述火山灰质材料经受高能机械处理，研磨至最终产物的细度为30微米筛余量 (retention)少于5%，由此在火山灰质材料颗粒受到机械冲击的同时粗熔渣(scoria)颗 粒形式的非微珠被破碎，且由此微珠研磨颗粒的表面被活化。可使用等不同类型的研磨设备如介质球磨设备来实现本发明，例如搅拌式磨机、 离心式磨机、翻滚球磨设备或无介质碾磨设备；例如将具有主要为剪切机械冲击的喷射、冲 击、辊子应用于经受处理的颗粒并与空气分级相结合。依据本发明的一个优选实施方案，火山灰质材料经受预分级以分离出45微米筛 余量为至少90%的部分，并且这些过大颗粒被研磨至细度为30微米筛余量少于5%以达到 依据火山灰质材料指标ASTM C 618规定的28天后强度彡75%。依据本发明的另一个优选实施方案，火山灰质材料经受预分级以分离出45微米 筛余量为至少95%的部分，并且这些过大颗粒被研磨至细度为30微米筛余量少于5%。依据本发明又一个优选实施方案，火山灰质材料经受预分级以分离出45微米筛 余量为至少99%的部分，并且这些过大颗粒被研磨至细度为30微米筛余量少于5%。依据本发明的再一个优选实施方案，在所述预分级之后，火山灰质材料经受搭配 粉磨(intergrinding)至细度为30微米筛余量少于5%。依据本发明的更加优选的实施方案，火山灰质材料经受研磨，使得最终产物具有 下列颗粒尺寸分布彡5 微米 15-25%，彡10 微米 30-40%，彡 30 微米 90-95%。依照本发明处理过的火山灰质材料可通过添加波特兰水泥进一步处理。依据本发 明的一个优选实施方案，在火山灰质材料的所述处理期间或之后，以最高10重量％的量向 所述火山灰质材料中加入波特兰水泥。还优选在火山灰质材料的所述处理期间或之后，向所述火山灰质材料中加入粉末 形式的减水剂、固化时间调节剂、和/或强度促进掺合料。本发明的主要优点是所述的粉煤灰处理使得煤成分变化和锅炉条件对粉煤灰性 能的影响最小化。另一个优点是有可能增加在混凝土中对波特兰水泥的取代量，这显著地 减少与波特兰水泥生产相联系的温室气体排放和能量消耗。
具体实施例方式实施例依照本发明对具有由表1和表2所示的化学组成和颗粒尺寸分布(PSD)的根据 ASTM C的F级粉煤灰进行测试。表1.化学组成
权利要求
一种处理包含粉煤灰例如F级和/或C级粉煤灰的火山灰质材料的方法，所述火山灰质材料用于制备砂浆和混凝土，其特征在于，通过在研磨设备中进行研磨使该火山灰质材料经受高能机械处理，研磨至最终产物的细度为30微米筛余量少于5％，由此在火山灰质材料颗粒受到机械冲击的同时粗熔渣颗粒形式的非微珠被破碎，且由此微珠研磨颗粒的表面被活化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使火山灰质材料经受预分级以分离出45微 米筛余量为至少90%的部分，并且过大的颗粒被研磨至细度为30微米筛余量少于5%，从 而达到依据火山灰质材料指标ASTM C 618规定的28天后强度彡75%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使火山灰质材料经受预分级以分离出45微 米筛余量为至少95%的部分，并且过大的颗粒被研磨至细度为30微米筛余量少于5%。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使火山灰质材料经受预分级以分离出45微 米筛余量为至少99%的部分，并且过大的颗粒被研磨至细度为30微米筛余量少于5%。
5.如权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，在所述预分级之后，该火山灰质材料 经受搭配粉磨至细度为30微米筛余量少于5%。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，火山灰质材料经受研磨使得最终产物具有 下列颗粒尺寸分布≤5 微米 15-25%,≤ 10 微米 30-40%，≤ 30 微米 90-95%。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在火山灰质材料的所述处理期间 或之后，以最高10重量％的量向所述火山灰质材料中加入波特兰水泥。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，在火山灰质材料的所述处理期间 或之后，向所述火山灰质材料中加入粉末形式的减水剂、固化时间调节剂、和/或强度促进 掺合料。
全文摘要
用于制备砂浆和混凝土的包含粉煤灰例如F级和/或C级粉煤灰的火山灰质材料的处理方法，其特征在于，通过在研磨设备中进行研磨使该火山灰质材料经受高能机械处理，研磨至最终产物的细度为30微米筛余量少于5％，由此在火山灰质材料颗粒受到机械冲击的同时粗熔渣颗粒形式的非微珠被破碎，且由此微珠研磨颗粒的表面被活化。
文档编号C04B40/00GK101965318SQ200880115737
公开日2011年2月2日 申请日期2008年11月10日 优先权日2007年11月12日
发明者C·W·派克, I·龙尼, V·龙尼 申请人:普洛希多企业公司