专利名称：粉煤灰胶凝材料及其干混砂浆的制作方法
粉煤灰胶凝材料及其干混砂浆本发明涉及无机胶凝材料，具体来说是一种利用粉煤灰制备的胶凝材料和干混砂浆。粉煤灰是燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出被收尘器收集的粉状 灰粒，其化学组成中主要是氧化物Si02、Al203和Fe2O3，三者总和一般均超过70%。对于普通 低钙粉煤灰(又称F级灰)，CaO含量不超过10%，一般少于5%。粉煤灰的矿物组成主要 是石英、莫来石、磁铁矿、赤铁矿、碳粒及铝硅酸盐玻璃体。通常粉煤灰中玻璃体含量较多， 但晶体物质的含量有时也比较高，粉煤灰中还含有少量未燃烧的碳粒。从化学成分上讲，粉 煤灰具有潜在的火山灰活性的资源，因而可以循环利用，产生效益。但是，粉煤灰所含玻璃 体中的硅氧四面体聚合度很高，结构致密，化学性质稳定，其火山灰活性发挥的速度非常缓 慢。因此，必须加以激发才能充分发挥粉煤灰的潜在活性。通常，活性激发程度的大小决定 了粉煤灰的利用率的大小。现有的粉煤灰活性激发方式有机械粉磨法、高温激活、碱激发、 硫酸盐激发，或者复合激发方法。但从目前的应用状况来看，上述各种激发利用方式遍存在 激发速度慢、激发程度低的问题，粉煤灰的利用率一直难以大幅度提高。利用酸激发可以很快地激发出粉煤灰的化学活性。美国专利US4328037提出了 用粉煤灰与浓磷酸反应、再破碎、粉磨成细粉，制得水硬性水泥的方法。在最终破碎和粉 磨之前，与磷酸反应过的粉煤灰要加热烘去多余的水。该水泥可以与砂和石子混合制备混 凝土。我国也有研究人员使用磷酸激发粉煤灰的活性来制备水泥(中国发明专利公开号 CN1554611A)，但是粉煤灰要事先经过磷酸溶液浸泡一段时间才能使用。因此，上述两种方 法制备过程繁琐、复杂；另外液体磷酸使用起来很不方便，而且磷酸具有较强的腐蚀性，生 产施工时不够安全。粉煤灰也可以与磷酸镁水泥一起使用，既降低了成本，又调节了水泥的颜色，使之 与普通水泥的颜色一致。美国专利US4749413和加拿大专利CA1252228公开了用氧化镁、 磷酸铝制备的建筑材料，可以掺用小部分粉煤灰，但是常温条件下强度很低，发展缓慢。美 国专利US44756762公开了一种用氧化镁、磷酸铵制备水泥的方法，粉煤灰在其中的用量也 很小。而且，该水泥在使用过程中会缓慢放出氨气，不利于环境和人身安全。为了解决上述 问题，美国专利US5645518和世界专利组织的专利W002/24598A2都公开了用磷酸钾和氧化 镁、制备胶凝材料，该材料可以将无毒的工业废弃物(例如低钙粉煤灰)转化为建筑材料， 也可以固化毒废的工业弃物，但是此种水泥因存在潜在的放射性。所以，上述两种水泥的应 用受到的极大的限制。本发明的一个目的是提高粉煤灰活性激发的程度，大幅度提高粉煤灰的资源化利用率。
本发明的另一个目的是提供一种使用方便的粉煤灰胶凝材料。本发明的另一个目的是提供一种使用方便的粉煤灰胶凝材料干混砂浆。本发明的另一个目的是克服现有技术磷酸镁水泥中氨气释放的问题，消除现有技 术磷酸镁水泥的放射性。发明采用了如下的技术方案实现发明的目的。粉煤灰胶凝材料，由钠的磷酸盐、 镁砂、粉煤灰、缓凝剂剂组成；其质量组成为钠的磷酸盐7. 5-45%、镁砂7. 5-45%、粉煤灰 10-85%，缓凝剂的掺量为总质量的0.5%-9.0%。其中，钠的磷酸盐是指磷酸二氢钠、或磷 酸二氢钠与磷酸氢二钠的组合物。将上述材料在混料机中混合均勻即成为本发明的粉煤灰 胶凝材料。磷酸二氢钠可单独在本发明中使用；当采用磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的组合物 时，其质量组成是，磷酸二氢钠占40% _90%，磷酸氢二钠占10% -60%;优选使用的配比范 围是磷酸二氢钠占60% -90%，磷酸氢二钠占10% -40%。可以采用粉状和颗粒状的磷酸二氢钠与磷酸二氢钠，采用颗粒状材料时，其颗粒 粒径< 2. 0毫米，磷酸盐中的有效物质含量皆> 98% ；镁砂是指在1300°C以上煅烧的重 烧镁砂、电熔镁砂、海水镁砂中的一种或者其组合物，镁砂中的氧化镁含量为80% -95%, 细度为45微米方孔筛筛余5% -40% ；粉煤灰为低钙灰，其细度为45微米方孔筛筛余 5% -40% ；缓凝剂是硼的化合物，具体是硼酸钠、硼酸、或其组合物，硼酸钠是指含结晶水的 五硼酸钠和四硼酸钠中一种，或者其组合物，三者均为粉体，其中有效物质的含量> 98%。本发明的粉煤灰胶凝材料，其质量组成配比是钠的 磷酸盐10-40%、镁砂 10-40%、粉煤灰20-80%，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5% -9. 0%。本发明的粉煤灰胶凝材料，其质量组成配比是钠的磷酸盐10-35%、镁砂 10-35%、粉煤灰30-80%，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5% -8. 0%。本发明的粉煤灰胶凝材料，其质量组成配比是钠的磷酸盐10-30%、镁砂 10-35%、粉煤灰35-80%，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5% -7. 0%。本发明的粉煤灰胶凝材料，其质量组成配比是钠的磷酸盐10-25%、镁砂 10-25%、粉煤灰50-80%，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5% -6. 0%。本发明的粉煤灰胶凝材料，其质量组成配比是钠的磷酸盐10-20%、镁砂 10-20%、粉煤灰60-80%，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5% -5. 0%。本发明的粉煤灰胶凝材料，其质量组成配比是钠的磷酸盐10-15%、镁砂 10-15 %、粉煤灰70-80 %，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5 % -4. 0 %。本发明的粉煤灰胶凝材料干混砂浆，其组成是由粉煤灰胶凝材料和细骨料组成， 其中粉煤灰胶凝材料与细骨料质量之比为1 0.8-1. 5。所使用的细骨料是符合《水泥胶砂 强度检验方法(ISO法，GB/T17671-1999)))中规定的标准砂，或者符合国家标准《建筑用砂 (GB/T14684-2001)))的砂。将两者在混料机中混合均勻即成为本发明的粉煤灰胶凝材料。为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。本发明的粉煤灰胶凝材料，由钠的磷酸盐、镁砂、粉煤灰、缓凝剂组成；钠的磷酸盐是指磷酸二氢钠、或磷酸二氢钠与磷酸氢二钠的混和物。其中，镁砂是指在1300°C以上煅烧的重烧镁砂、电熔镁砂、海水镁砂中的一种或者其组合物；缓凝剂是硼的化合物，是硼酸钠、 硼酸、或其组合物，硼酸钠是五硼酸钠、四硼酸钠中一种，或者其组合物，其中有效物质的含 量> 98 %。。镁砂中氧化镁含量为80 % -95 %，细度为45微米方孔筛筛余5 % -40 % ；粉煤灰 为低钙灰，其细度为45微米方孔筛筛余5% -40% ；钠的磷酸盐采用磷酸二氢钠、或者磷酸 二氢钠与磷酸氢二钠的组合物，其中磷酸二氢钠占40% -90%，磷酸氢二钠占10% -60% ； 若采用颗粒状磷酸盐原料，其颗粒粒径< 1. 5毫米，有效物质含量皆> 98%。
本发明的粉煤灰胶凝材料干混砂浆，其组成是由前述的粉煤灰胶凝材料和细骨料 组成，其中粉煤灰胶凝材料与细骨料质量之比为1 0.8-1.5。所使用的细骨料是符合《水 泥胶砂强度检验方法(ISO法，GB/T17671-1999)》中规定的标准砂，或者符合国家标准《建 筑用砂(GB/T14684-2001)》的砂。实施例1 所采用的镁砂是购自山东鲁东耐火材料有限公司的重烧镁砂，煅烧温 度为150(TC，其中氧化镁含量为91%，细度为45微米方孔筛筛余15% ；磷酸二氢钠与磷 酸氢二钠购自武汉华创化工有限公司，两者中所含有效物质含量均为98%，均为颗粒状，粒 度< 2. Omm ；粉煤灰为深圳妈湾电厂低钙粉煤灰，属于二级灰，细度为45微米方孔筛筛余 12% ；采用市购化学试剂硼砂(十水四硼酸钠)作为缓凝剂。配制本发明的粉煤灰胶凝材料5Kg。按质量比例称取上述各种材料，镁砂34%，钠 的磷酸盐26 % (其中磷酸二氢钠80 %，磷酸氢二钠20 % )，粉煤灰40 %，硼砂占总胶凝材料 的2% ；然后在混料机中混合10分钟使物料均勻。实施例2 配制本发明的粉煤灰胶凝材料5Kg。按质量比例称取各种材料，镁砂 28%，钠的磷酸盐22% (其中磷酸二氢钠80%，磷酸氢二钠20% )，粉煤灰50%，硼砂占总 胶凝材料的2% ；然后在混料机中混合10分钟使物料均勻。实施例3 配制本发明的粉煤灰胶凝材料5Kg。按质量比例称取各种材料，镁砂 23%，钠的磷酸盐17% (其中磷酸二氢钠80%，磷酸氢二钠20% )，粉煤灰60%，硼砂占总 胶凝材料的2% ；然后在混料机中混合10分钟使物料均勻。实施例4 配制本发明的粉煤灰胶凝材料干混砂浆10Kg。根据实施例1、2、3的粉 煤灰胶凝材料，按照质量比1 1的比例分别称取粉煤灰胶凝材料和标准砂，在混料机中混 合10分钟使物料均勻。测定砂浆的力学性能，参照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法，GB/ T17671-1999)》，使用自来水为拌和水(水胶比为18% )，成型尺寸为40X40X 160mm的胶 砂试体。试体在室温空气中放置1、2、3天测定其抗压强度，实验结果见附
图1.从结果可 以看出，粉煤灰在早期3天里强度发展较快，而且粉煤灰用量为50%的试体强度还略高于 40%粉用量的试体。实施例5 配制本发明的粉煤灰胶凝材料5Kg。按质量比例称取各种材料，磷酸二 氢钠15%、镁砂15%、粉煤灰70%，共称量5Kg，硼砂占总胶凝材料的2%，然后在混料机中 混合10分钟使物料均勻。实施列6 配制本发明的粉煤灰胶凝材料5Kg。按质量比例称取各种材料，磷酸二 氢钠12. 5%、镁砂12. 5%、粉煤灰75%，共称量5Kg，硼砂占总胶凝材料的1. 5%，然后在混 料机中混合10分钟使物料均勻。实施例7 配制本发明的粉煤灰胶凝材料5Kg。按质量比例称取各种材料，磷酸二氢钠10%、镁砂10%、粉煤灰80%，共称量5Kg，硼砂占总胶凝材料的1. 25%，然后在混料机 中混合10分钟使物料均勻。实施例8 配制本发明的粉煤灰胶凝材料干混砂浆10Kg。根据实施例1、2、3的粉 煤灰胶凝材料，按照质量比1 1的比例分别称取粉煤灰胶凝材料和标准砂，在混料机中混 合10分钟使物料均勻。测定砂浆的力学性能，参照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法，GB/ T17671-1999)》，使用自来水为拌和水(水胶比为26. 5% )，成型尺寸为40X40X 160mm的 胶砂试体。试体在室温空气中放置3、7、28天测定其抗压强度，实验结果见附图2.从结果 可以看出，粉煤灰用量即使高达80%，胶凝材料的强度也有较好的发展趋势。附图1 实施例1、2、2的砂浆试体强度发展。附图2 实施例5、6、7的砂浆试体强度发展。[发明的优点]本发明的优点之一提高了粉煤灰活性激发的程度，从而大大提高了粉煤灰的利用 率，克服了传统激活技术的不足。本发明的另一个优点是提供使用方便的粉煤灰胶凝材料、或者干混砂浆。产品用途广、使用方便、灵活，作为快速修复材料；可以用于生命线工程的快速抢修、抢建，机场跑 道、交通繁忙路段的快速修复；也可以根据需要改变模具方便地生产各种建筑材料制品，如 承重材料、轻质高强材料、高温隔热或者吸声、隔声材料等；该材料能够在负温环境下正常 施工，可以固化有毒的固体或液体工业废弃物，也可以与土壤混合以稳定土壤，本发明的其它优点还包括，克服了现有技术磷酸镁水泥释放氨气和存在放射性的 缺点。本发明能够直接、大量利用较低质量等级的粉煤灰，也包括湿排灰。
权利要求
粉煤灰胶凝材料，由磷酸盐、镁砂、粉煤灰、缓凝剂剂组成；本发明的特征是，其质量组成为钠的磷酸盐为7.5-45％、镁砂为7.5-45％、粉煤灰为10-85％，缓凝剂的掺量为总质量的1.0％-9.0％，其中，钠的磷酸盐是指磷酸二氢钠、或磷酸二氢钠与磷酸氢二钠的组和物。
2.如权项1的粉煤灰胶凝材料，其特征是当钠的磷酸盐采用磷酸二氢钠和磷酸氢二钠 的组合物时，其质量组成是，磷酸二氢钠占40% _90%，磷酸氢二钠占10% -60%;优选使用 的配比范围是磷酸二氢钠占60% -90%，磷酸氢二钠占10% -40%。
3.如权项1的粉煤灰胶凝材料，其特征是缓凝剂是硼酸钠、硼酸中一种或其组合物；硼 酸钠是含有结晶水的五硼酸钠或四硼酸钠中一种，或者其组合物。
4.如权项1粉煤灰胶凝材料，其特征是材料质量组成为，钠的磷酸盐10-40%、镁砂 10-40%、粉煤灰20-80%，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5% -9. 0%。
5.如权项1粉煤灰胶凝材料，其特征是材料质量组成为，钠的磷酸盐10-35%、镁砂 10-35%、粉煤灰30-80%，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5% -8. 0%。
6.如权项1粉煤灰胶凝材料，其特征是材料质量组成为，钠的磷酸盐10-30%、镁砂 10-35%、粉煤灰35-80%，缓凝剂的掺量为其总质量的0. 5% -7. 0%。
7.如权项1的粉煤灰胶凝材料，其特征是材质量组成为，钠的磷酸盐10-25%、镁砂 10-25%、粉煤灰50-80%，缓凝剂的掺量为总质量的0. 5% -6. 0%。
8.如权项1的粉煤灰胶凝材料，其特征是材料质量组成为，钠的磷酸盐10-20%、镁砂 10-20%、粉煤灰60-80%，缓凝剂的掺量为总质量的0. 5% -5. 0%。
9.如权项1的粉煤灰胶凝材料，其特征是材料质量组成为，钠的磷酸盐15-20%、镁砂 15-20%、粉煤灰60-70%，缓凝剂的掺量为总质量的0. 5% -4. 0%。
10.粉煤灰胶凝材料干混砂浆，其特征是，由权利要求1的粉煤灰胶凝材料和细骨料组 成，其中粉煤灰胶凝材料与细骨料质量之比为1 0.8-1.5。
全文摘要
利用粉煤灰制备的胶凝材料及其干混砂浆。粉煤灰胶凝材料组合物由钠的磷酸盐、镁砂、粉煤灰、缓凝剂剂组成，其质量组成为钠的磷酸盐7.5-45％、镁砂7.5-45％、粉煤灰10-85％，缓凝剂的掺量为总质量的1.0％-9.0％。粉煤灰胶凝材料干混砂浆，由粉煤灰胶凝材料和细骨料组成，其中粉煤灰胶凝材料与细骨料质量之比为1∶0.8-1.5。本发明的优点是粉煤灰用量大，提高了粉煤灰活性激发的程度，大幅度提高了粉煤灰的利用率。产品用途广、使用方便、灵活，可作为工程的快速修复材料、抢修抢建材料；也可以根据需要改变模具方便地生产各种建筑材料制品，如承重材料、轻质高强材料、高温隔热或者吸声、隔声材料等。
文档编号C04B7/26GK101811837SQ20091010551
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者丁铸, 董必钦, 邢锋 申请人:深圳大学