一种沙漠风积沙分选长石基碱激发胶凝材料及其制备方法

专利名称：一种沙漠风积沙分选长石基碱激发胶凝材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及建筑工程用胶凝材料，特别是涉及一种用从沙漠风积沙中分选出来的长石在碱激发条件下制备得到的新型胶凝材料以及这种材料的制备方法。
背景技术：
风积沙是被风吹而积淀下来的沙层，是沙漠侵占绿洲、沙漠扩张的触手。为了延缓沙漠扩张的脚步，减轻沙漠化危害，人们往往采取植树种草等防沙、固沙措施。近年来，随着工业化治沙、工业化用沙概念的提出，资源化利用风积沙正逐渐成为防沙、固沙的新举措。目前，利用风积沙做路基材料已经取得成功，相关技术已经得到了推广应用。风积沙中最常见的组分为石英，不同地区的风积沙因来源不同而富含不同的其他矿物。内蒙古地区的风积沙除含石英外，还富含长石类矿物，这为该地区风积沙的深度利用 及高附加值利用提供了必要条件。不仅如此，内蒙古地区风积沙数量庞大，横亘着浑善达克沙地、巴丹吉林沙漠、库布其沙漠、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地和科尔沁沙地等，其中巴丹吉林沙漠面积4. 7万平方公里，是我国第三、世界第四大沙漠，这为风积沙的资源化利用提供了充足的资源保障。风积沙中存在石英、长石等矿产资源，为了使其得以有效利用，人们开展了利用风积沙制备陶瓷砖、微晶玻璃及矿井用膏状充填材料、替代黏土及铁粉生产硅酸盐水泥熟料等研究，并申请了相关发明专利。例如，专利文献CN102211922公布了一种以乌审旗风积沙为主要原料，经球磨粉碎、过筛、除铁、成型、烧制等工序制备陶瓷砖的方法；专利文献CN1331058公布了以沙漠风积沙为主要原料，经溶制、水淬、结晶、抛摩等工序生产高质量微晶玻璃板的方法；专利文献CN102211916公布了一种以粉煤灰、风积沙为胶凝材料，并添加有增塑保水剂、激发剂、膨胀剂等外加剂的膏体充填材料组合物，该技术并不以风积沙为胶凝组分，而是将其作为骨料，因此为使充填材料凝结硬化而需掺用水泥等胶凝材料；专利文献CN1114569公布了一种在不改变原生产工艺的前提下以风积沙替代粘土质原料生产硅酸盐水泥熟料的方法。这些文献都是直接利用自然得到的风积沙，不分选其中的矿物，虽确实有效利用了风积沙，但也存在一些局限性，如利用风积沙制备陶瓷砖及微晶玻璃均需经历高温过程，故能耗高，且微晶玻璃制备工艺复杂(需经历熔制、水淬、结晶、抛磨等工艺步骤)、市场用量小，对风积沙的大规模化利用无明显意义。又如利用风积沙制备充填材料，因组分极多，该材料性能控制及性能稳定化存在一定问题，且因不能使风积沙产生胶凝性能而需额外添加高资能源消耗、高CO2排放的水泥(5-10%)作为胶结组分，这使得绿色治沙的理念大打折扣。又如利用风积沙制备水泥熟料，不仅利用量(8-14%)有限，而且风积沙带入的碱等挥发性组分还会严重影响烧成工艺(如结皮堵塞烟道等)。在将风积沙资源化用于玻璃及陶瓷行业时，对其石英、长石组分中的铁含量控制较严格(例如，陶瓷一级产品对长石的要求一般为Fe2O3 < O. 2%);在将风积沙资源化用于水泥熟料生产时，因长石矿物带入的碱对生产工艺的不利影响(易挥发的碱组分因富集、循环而造成烟道结皮、堵塞)及石英的低反应活性等也不得不考虑。因此，为了使风积沙的品质满足陶瓷、玻璃行业的要求，并使其石英、长石各自得到优化应用，人们对风积沙采取分选、除铁措施，分别得到石英精矿及长石精矿，这些精矿可以作为建筑材料、化工、石油、铸造等行业的原料。另一方面，碱激发胶凝材料是一种低碳胶凝材料，因建筑材料工业尤其是水泥工业严峻的节能减排形势而使该类材料的研发、应用备受关注。该类材料因拥有抗硫酸盐侵蚀、快硬早凝、隔热防火等优异性能，其潜在应用领域包括海工工程、修补工程、保温工程等；该类材料以硅铝质物质(例如粉煤灰、矿渣等)为主要原料，在水玻璃、碱金属碳酸盐等激发剂的作用下而产生胶凝性；其无需像硅酸盐水泥那样经历高温煅烧过程，且不使用石灰石作为原料，因此其能耗及CO2排放量远低于硅酸盐水泥。需着重指出的是，该类材料对原料的适应性强，不仅粉煤灰、矿渣等富含玻璃体的工业废渣及诸如伊利石等天然硅铝质矿物可作为其原料，而且对上述原料中的杂质组分(铁、镁、钛等)无特殊要求，这无疑为工业废渣、硅铝质矿物等潜在资源的大规模利用创造了有利条件。
经检索，未见以风积沙、长石及风积沙分选长石为原料制备碱激发胶凝材料的相关文献公开。

发明内容
本发明的目的在于充分利用风积沙资源，提供一种以风积沙分选长石为原料制备得到的碱激发胶凝材料。本发明所提供的沙漠风积沙分选长石基碱激发胶凝材料，是由包括风积沙分选长石粉和矿渣微粉在内的复合粉体在水玻璃激发下得到的。其中所述风积沙分选长石粉的细度为45 μ m方孔筛筛余1-20. O %，其在复合粉体的质量百分比为60. 0-80. 0%。所述矿渣微粉由钢铁厂排放的水淬渣粉磨得到，比表面积大于400m2/kg，其占复合粉体的质量百分比为20. 0-40. O %。所述复合粉体中还包含有石灰，石灰用量为风积沙分选长石粉的I. 0-5. 0% (质量百分比)。所述水玻璃模数为I. 4-2. 2，固含量为35. 0-50. 0%，水玻璃的掺量为其固含量占所述复合粉体质量的10. 0-20. 0%。本发明另一目的在于提供利用风积沙分选长石制备沙漠风积沙分选长石基碱激发胶凝材料方法。该方法包括以下步骤粉磨将粒状风积沙分选长石经粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；混合将磨细风积沙分选长石粉与矿渣微粉按量混合均匀，得到复合粉体；拌合向复合粉体中按量添加水玻璃，搅拌均匀，得到碱激发胶凝材料。所述方法中还包括在混合步骤之前的热活化步骤一热活化将磨细风积沙分选长石粉在400-900°C (优选400-600°C )温度范围内煅烧O. 5-3小时。所述方法中还包括在混合步骤之前的增钙步骤一增钙在风积沙分选长石粉中按量添加石灰，混合均匀。
或者，所述方法中还包括在热活化步骤之前或之后的增钙步骤一增钙在风积沙分选长石粉中按量添加石灰，混合均勻。一种制备低强度碱激发胶凝材料的方法，按以下低强度方式之一低强度方式一，包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)混合将风积沙分选长石粉与矿渣微粉按重量份数比为6-8:4-2混合均匀，得到复合粉体；3)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围20. 0-30. OMPa)； 低强度方式二，包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)热活化将磨细风积沙分选长石粉在400_900°C (优选400_600°C )温度范围内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉；3)混合将热活化风积沙分选长石粉与矿渣微粉按重量份数比为6-8:4-2混合均匀，得到复合粉体；4)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围30. 0-40. OMPa)；低强度方式三，包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)增钙在95-99重量份风积沙分选长石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉；3)混合向60-80重量份增钙风积沙分选长石粉中加入40_20重量份的矿渣微粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体；4)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围25. 0-35. OMPa)。—种制备高强度碱激发胶凝材料的方法，按以下高强度方式之一高强度方式一，包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)热活化将磨细风积沙分选长石粉在400_900°C温度范围(优选400_600°C )内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉；3)增钙在95-99重量份热活化风积沙分选长石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉；4)混合向60-80重量份增钙风积沙分选长石粉中加入40_20重量份的矿渣微粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体；5)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到高强度碱激发胶凝材料(强度范围40. 0-60. OMPa)；高强度方式二，包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)增钙在95-99重量份风积沙分选长石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉；3)热活化将增钙风积沙分选长石粉在400_900°C温度范围(优选400_600°C )内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉；4)混合向60-80重量份热活化风积沙分选长石粉中加入40_20重量份的矿渣微 粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体；5)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到高强度碱激发胶凝材料(强度范围40. 0-60. OMPa)。本发明提供了一种碱激发胶凝材料。制备本发明碱激发胶凝材料所用的原料由风积沙分选长石、矿渣和水玻璃构成，风积沙分选长石经磨细、活化和增钙后，与磨细矿渣按适当配比混合均匀，然后掺入适当比例的水玻璃经搅拌，得到碱激发胶凝材料。经验证以本发明制备方法得到的碱激发胶凝材料性能优良风积沙分选长石粉复合磨细矿渣时，以水玻璃作激发剂，采用热活化及增钙的增强手段，以该碱激发胶凝材料制备的砂浆3天抗压强度最高可达到31. 5MPa，28天抗压强度最高可达到58. 8MPa，满足52. 5等级要求。本发明以风积沙分选长石为原料制备碱激发胶凝材料，充分利用了风积沙的硅铝资源，且简化了风积沙分选工艺、拓宽了风积沙资源化利用途径，并因由其制备的胶凝材料在当地潜在的广阔应用前景而使风积沙的大规模工业化利用成为可能。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施例方式发明人研究发现，风积沙富含硅铝组分且富含可分选长石矿物，而从风积沙中分选出来的长石符合碱激发胶凝材料的原料要求。本发明的沙漠风积沙分选长石基碱激发胶凝材料，是由包括风积沙分选长石粉和矿渣微粉在内的复合粉体在水玻璃激发下得到的。其中原料之一风积沙分选长石粉来自采用浮选分离工艺从风积沙中分选出的长石颗粒。浮选分离工艺参照CN101885489公开的分选方法，但无需干式磁选分离、湿式磁选分离等除铁工艺，仅需采用浮法分选分离长石和石英。以上操作简化了风积沙分选工艺(省略了除铁过程)，因为风积沙中所含的铁(约I. 5%)不会对材料的性能造成不利影响。用于本发明中的沙漠风积沙分选长石粉，还需将上述分选出的长石颗粒通过球磨机粉磨至粉体细度控制在45 μ m方孔筛筛余1-20.0%。发明人研究表明，风积沙分选长石粉的细度对试样强度的影响不显著，当风积沙分选长石粉细度逐渐由45 μ m方孔筛筛余16. 7%降低至2. 3%时，试样的强度仅仅增加了 O. 7MPa，因此该风积沙分选长石粉的细度可以控制在一个很宽的范围内；另一方面，经实验验证，对风积沙分选长石粉无需进行除铁处理，因为其所含约I. 5%的铁对碱激发胶凝材料无明显影响。该原料在本发明中的作用为提供硅铝组分，其所含主要矿物(钾)钠长石在水玻璃作用下将发生溶解-解聚-聚合的过程，生成以[SiO4]4'[A104]5_为结构单元的硅铝聚合物，从而表现出胶凝性能。在本发明中，所用风积沙分选长石粉的用量可占所述复合粉体的60. 0-80. 0% (质量百分比)。当然，本发明以利用沙漠风积沙为目标，所以使用风积沙分选长石粉，但很显然，由天然长石矿床开采的长石矿粉磨得到的长石粉同样可以适用。用于本发明中的另一重要原料矿渣微粉，是由钢铁厂排放的水淬渣粉磨至比表面积大于400m2/kg得到，可商购获得。矿渣微粉是制备碱激发胶凝材料的常用组分，通常情况下其提供胶凝性能，但本发明中该组分主要功能并不是胶凝性，矿渣微粉在本发明组配中的作用在于促凝促硬。发明人发现，当粉状原料仅为风积沙分选长石粉时，在水玻璃激发条件下，无论如何调整水玻璃的模数及掺量，碱激发浆体在常温下凝结都非常缓慢，且试样强度过低。只有提高养护温度，比如养护温度从常温(20°C)提高至60°C后，浆体才能在较短时间内凝结，试样才具有较高强度。然而，高温养护限制了碱激发胶凝材料的使用范围，其只能用于诸如板材、砌块等预制构件，而不能用于在自然条件下施工的砂浆及混凝土，这无疑严重阻碍了碱激发胶凝材料作为大宗建筑材料的推广应用。而当在风积沙分选长石
粉中添加适量的矿渣微粉后，适当调整水玻璃的模数及掺量，就可使浆体在常温下正常凝结，并使硬化体具有足够强度。而传统意义上功能类似的物质，如火力发电厂的粉煤灰、炼钢厂的钢渣、铝厂的赤泥及煤炭工业的煤矸石等，实验验证它们并不能在常温下起到促凝促硬作用，所得材料强度极低，甚至不能凝结。本发明中矿渣微粉的用量为占复合粉体的
20.0-40.0% (质量百分比)。本发明中所用另一原料水玻璃，其质量应满足《工业硅酸钠》(GB/T4209-2008)的要求，模数为I. 4-2. 2，固含量为35. 0-50. O%，商购获得。水玻璃的掺量为其固含量占复合粉体质量的10. 0-20. 0% ο通过以上三种主要原料，可以制备得到28天抗压强度大于20. OMPa的低强度碱激发胶凝材料。为了提高碱激发胶凝材料的强度，以上所述复合粉体中还可包含有增钙组分石灰，石灰用量为长石粉的I. 0-5. 0%(质量百分比)。石灰可商购获得。由风积沙分选长石粉、矿渣微粉和石灰组成的复合粉体在水玻璃激发下得到可满足较高强度要求(大于32. 5MPa)的碱激发胶凝材料。本发明还进一步提供制备高强度碱激发胶凝材料的方法，具体可选择包括以下步骤粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；热活化将磨细风积沙分选长石粉在400_900°C温度范围内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉；增钙在热活化风积沙分选长石粉中按上述用量添加石灰，混合均匀，得到热活化-增钙风积沙分选长石粉；混合将热活化-增钙风积沙分选长石粉与矿渣微粉按上述量混合均匀，得到复合粉体；拌合向复合粉体中按量添加水玻璃，搅拌均匀，得到碱激发胶凝材料。其中，热活化中若活化温度为900°C，粉体有可能结块，视实际情况可添加打散步骤。热活化和/或增钙步骤为制备高强度碱激发胶凝材料的重要环节，制备较低强度(小于42. 5MPa)的碱激发胶凝材料可根据碱激发胶凝材料的强度要求省略热活化和/或增钙步骤。因此，所述热活化和增钙步骤在制备低强度碱激发胶凝材料时可不用或择一使用；制备高强度碱激发胶凝材料时可根据实际情况调换先后次序。例如，当活化温度设定为900°C时，石灰可以以石灰石的形式引 入，因为石灰石在该温度下可分解为氧化钙，相应地应该先增钙再热活化，但若石灰掺量较高(例如5. 0%)，为了避免本不需要煅烧的石灰被加热，建议先热活化再增钙，从而降低制备能耗。本发明提及的热活化，其作用为提高风积沙分选长石粉的反应活性，从而提高碱激发胶凝材料的强度。发明人发现，若不对风积沙分选长石粉进行热活化处理，即使在掺有40 %矿渣微粉的促凝促硬条件下及高模数水玻璃激发条件下，试样的28天抗压强度也不超过30. OMPa ；当对风积沙分选长石粉进行热处理后，试样强度显著提高，且随着处理温度的提高，这种提高程度越明显，以至于可使经900°C热活化处理后的试样强度超过40. OMPa0热活化处理的温度存在一个合理区间，适宜热活化温度区间为400°C _900°C。热活化温度过低，起不到提高强度的作用，例如经200°C热活化后试样的强度较未活化试样的几乎保持不变；当温度升高至400°C，试样的强度陡然出现大幅度增长，其较未活化的试样提高约10. OMPa ;当温度进一步升高至900°C，试样的强度持续增长，最高达到40. 8MPa ;当温度继续升高至1000°C，风积沙分选长石粉不仅出现板结现象，而且其含的长石类矿物出现分解、熔融，此时不仅会增加煅烧后打散、粉磨这一工序，而且强度提升效果并不比低温活化的更显著。还有，试样强度对热活化时间不敏感，只要热活化时间超过O. 5小时，热活化的增强效果就能体现出来。延长热活化时间，试样的强度几乎保持不变。因此，热活化处理时宜准确控制温度，而应放宽热活化时间，但为了减低能耗，即使采取静态堆积的厚料层热活化方式，热活化时间应不超过3小时为宜。本发明提及的增钙，其作用为改变硅铝聚合反应历程、生成含钙凝胶、提高试样强度。发明人发现，仅仅采用热活化手段不可能使试样的强度等级提高至42. 5及以上，而增钙又可在热活化的基础上提高数兆帕，使试样满足高强度等级要求。当在风积沙分选长石粉中添加I. 0%石灰并经900°C热活化后，在模数为I. 4的液体水玻璃激发下，试样的28天抗压强度提高至42. 9MPa，满足42. 5等级要求；当石灰掺量为3.0%，强度提高至50. 5MPa ；当石灰掺量为5. O%，强度提高至58. 8MPa，满足52. 5等级要求。衍射分析表明，长石粉在热活化过程中并没有与掺入的石灰发生化学作用，引起试样强度的增长仅仅是煅烧和钙的共同作用。因此，“增钙”步骤置于“热活化”步骤前后均可，但为了降低能耗，在大掺量时建议将“增钙”步骤置于“热活化”步骤之后，这样就避免了本不需要煅烧的石灰被加热至高温。“增钙”步骤与“热活化”步骤相互交换顺序，并不会引起试样强度的显著变化。发明人研究表明，增钙-热活化试样与热活化-增钙试样几乎具有相当的强度，这为根据实际情况来恰当选择热活化、增钙顺序提供了依据。增钙存在一个合理的掺量区间，适宜的石灰掺量范围为I. 0% -5. 0%的范围内。如前所述，在上述掺量范围，掺入石灰可显著提高试样强度，但若石灰掺量超过5. 0%，将会带来如下负面结果(I)浆体凝结时间无法控制，凝结过快，以致于无法成型；(2)因快凝，硬化体结构多孔而不致密，试样强度反而下降，掺入的石灰起不到增强作用。
另一方面，因石灰的显著增强效果，在采取增钙手段时甚至可以不采用热活化步骤，甚至可以利用高模数水玻璃作为激发剂(水玻璃模数越低，其碱性越强，激发能力越显著)。例如，以原状风积沙分选长石粉和矿渣微粉为原料，以模数为I. 8的液体水玻璃作为激发剂，掺入5%的石灰，可得到28天抗压强度超过32. 5等级的试样。但必须指出的是，为了得到高强度等级(大于42. 5MPa)的碱激发胶凝材料，热活化与增钙缺一不可。综合以上讨论，具体来讲，本发明提供一种制备低强度碱激发胶凝材料的方法，可包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到 磨细风积沙分选长石粉；2)混合将风积沙分选长石粉与矿渣微粉按重量份数比为6-8:4-2混合均匀，得到复合粉体；3)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围20. 0-30. OMPa)。另一制备低强度碱激发胶凝材料的方法，可包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)热活化将磨细风积沙分选长石粉在400_900°C (优选400_600°C )温度范围内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉；3)混合将热活化风积沙分选长石粉与矿渣微粉按重量份数比为6-8:4-2混合均匀，得到复合粉体；4)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围30. 0-40. OMPa)。再一制备低强度碱激发胶凝材料的方法，可包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)增钙在95-99重量份风积沙分选长石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉；3)混合向60-80重量份增钙风积沙分选长石粉中加入40_20重量份的矿渣微粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体；4)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围25. 0-35. OMPa)。本发明一种制备高强度碱激发胶凝材料的方法，可包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)热活化将磨细风积沙分选长石粉在400_900°C温度范围(优选400_600°C )内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉；3)增钙在95-99重量份热活化风积沙分选长石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉；
4)混合向60-80重量份增钙风积沙分选长石粉中加入40-20重量份的矿渣微粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体；5)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到高强度碱激发胶凝材料(强度范围40. 0-60. OMPa)。另一制备高强度碱激发胶凝材料的方法，可包括以下步骤I)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1_20. 0%，得到磨细风积沙分选长石粉；2)增钙在95-99重量份风积沙分选长石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉；3)热活化将增钙风积沙分选长石粉在400_900°C温度范围(优选400_600°C )内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉； 4)混合向60-80重量份热活化风积沙分选长石粉中加入40_20重量份的矿渣微粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体；5)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到高强度碱激发胶凝材料(强度范围40. 0-60. OMPa)。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。实施例中所用风积沙分选长石由内蒙古地区的风积沙浮选得到；所用矿渣微粉购自首都钢铁集团有限公司，型号为S95，比表面积大于400m2/kg ;所用液体水玻璃购自北京市红星广厦化工建材有限责任公司，其原始模数为2. 42，掺氢氧化钠后煮沸调整至模数为I. 4-2. 2。实施例I、制备低强度碱激发胶凝材料及其强度检测本例改变水玻璃模数制备低强度碱激发胶凝材料，具体方法包括以下步骤I)粉磨取风积沙分选长石，磨细至45 μ m方孔筛筛余15. 2%，得到风积沙分选长石粉，备用。2)混合取60kg磨细风积沙长石粉与40kg矿渣微粉混合均匀，得到复合粉体A。3)拌合取复合粉体A 450g，以模数为I. 4的液体水玻璃作为激发剂，水玻璃掺量为其固含量占复合粉体A重量的20. 0%，在水灰比O. 5(包括液体水玻璃带入的水)、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样A-I。取复合粉体A 450g，以模数为I. 8的液体水玻璃作为激发剂，水玻璃掺量为其固含量占复合粉体A重量的20. 0%，在水灰比O. 5(包括液体水玻璃带入的水)、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样A-2。取复合粉体A 450g，以模数为2. 2的液体水玻璃作为激发剂，水玻璃掺量为其固含量占复合粉体A重量的20. 0%，在水灰比O. 5(包括液体水玻璃带入的水)、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样A-3。按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)分别测试试样A-1、A-2、A-3的3天、28天强度。结果如表I所示，在掺有40%矿渣微粉作为促凝促硬剂的条件下，以液体水玻璃为激发剂，可使试样A-I和A-2正常凝结硬化，表明风积沙长石粉与矿渣微粉组合在水玻璃激发下能够得到低强度碱激发胶凝材料；但即使以模数为I. 4的低模数水玻璃作为激发剂，试样A-I的强度仍然偏低(水玻璃模数越低，碱性越强，也就是Na2O更多，相应地激发能力更显著，所得试样的强度当然更高。但是，模数越低，液体水玻璃越不稳定，越容易析晶变为固体，并且因碱性太强而不利于安全。因此，水玻璃的模数存在一个合理范围。I. 4是液体水玻璃能够长期存放而不析晶的极限模数。)，表明风积沙长石粉与矿渣微粉组合在水玻璃激发下也只能得到低强度(强度范围20. 0-30. OMPa)的碱激发胶凝材料，该种材料可作砌筑砂浆。表I试样A-1、A-2、A_3的3天、28天强度
:i大强度(MI1H)28大强.度(MPn)
样品编-；----
__抗折__Wk__抗祈__W k_
A-I3.215. I4.828.3
A-2__S1J__14_8__44__2^6_
A—3/ 3* 917* 2注/表示试样强度太低，强度试验机无法测试其强度。实施例2、制备低强度碱激发胶凝材料及其强度检测实施例I试样强度偏低，为了提高试样强度，有必要采取增强手段。本例加入热活化过程制备低强度碱激发胶凝材料，具体方法包括以下步骤I)粉磨取风积沙分选长石，磨细至45 μ m方孔筛筛余15. 2%，得到风积沙分选长石粉，备用。2)热活化将风积沙分选长石粉分别在200°c、40(rc、60(rc、80(rc、90(rc的温度下热活化处理I小时，自然冷却后分别得到热活化风积沙分选长石粉B-1、B-2、B-3、B-4、B-5。3)混合各取60kg热活化风积沙分选长石粉B-1、B-2、B_3、B_4、B-5与40kg矿渣微粉混合均匀，得到复合粉体B-I、B-2、B-3、B-4、B-5。4)拌合取原状风积沙分选长石粉(粉体B-0)及复合粉体B-1、B-2、B-3、B-4、B_5各450g，以模数为I. 4的液体水玻璃作为激发剂，水玻璃掺量为其固含量占复合粉体重量的20. 0%，在水灰比O. 5 (包括液体水玻璃带入的水)、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样 B-O、B-1、B-2、B-3、B_4、B-5。按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)分别测试试样B_0、B-1、B-2、B-3、B-4、B-5的3天、28天强度。结果如表2所示，风积沙分选长石粉经大于400°C的煅烧热活化后，B-2、B-3、B-4、B-5试样的强度显著提高，提高幅度达到约10. OMPadiM32. 5等级要求。对于经200°C热活化的试样B-1，其强度未见提高，因此风积沙分选长石粉的活化温度应大于400°C。然而，随着热活化温度的提高，强度提升效果变得越来越不显著，因此若仅为得到32. 5等级的碱激发胶凝材料则采取400°C -600°C的低温热活化即可。该种材料可以用作普通强度等级的结构材料。表2试样8-0、8-1、8-2、8-3、8-4、8-5的 3 天、28 天强度
权利要求
1.一种沙漠风积沙分选长石基碱激发胶凝材料，是由包括风积沙分选长石粉和矿渣微粉在内的复合粉体在水玻璃激发下得到的。
2.根据权利要求I所述的碱激发胶凝材料，其特征在于所述风积沙分选长石粉的细度为45 μ m方孔筛筛余1-20.0%，其在复合粉体的质量百分比为60. 0-80. 0%。
3.根据权利要求I或2所述的碱激发胶凝材料，其特征在于所述复合粉体中还包含有石灰，石灰用量为风积沙分选长石粉的I. 0-5. 0% (质量百分比)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的碱激发胶凝材料，其特征在于所述矿渣微粉由钢铁厂排放的水淬渣粉磨得到，比表面积大于400m2/kg，其占复合粉体的质量百分比为20.0-40.0% ;所述水玻璃模数为1.4-2. 2，固含量为35. 0-50. O%，水玻璃的掺量为其固含量占所述复合粉体质量的10. 0-20. 0%。
5.一种制备权利要求1-4任一项所述沙漠风积沙分选长石基碱激发胶凝材料的方法， 包括以下步骤 粉磨将粒状风积沙分选长石经粉磨至细度为45 μ m方孔筛筛余1-20. O %，得到磨细风积沙分选长石粉； 混合将磨细风积沙分选长石粉与矿渣微粉按量混合均匀，得到复合粉体； 拌合向复合粉体中按量添加水玻璃，搅拌均匀，得到碱激发胶凝材料。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，还包括在混合步骤之前的热活化步骤，即 热活化将磨细风积沙分选长石粉在400-900°C (优选400-600°C)温度范围内煅烧O.5-3小时。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，还包括在混合步骤之前的增钙步骤，即 增钙在风积沙分选长石粉中按量添加石灰，混合均匀。
8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，还包括在热活化步骤之前或之后的增钙步骤，即 增钙在风积沙分选长石粉中按量添加石灰，混合均匀。
9.根据权利要求5或6或7所述方法，用于制备低强度碱激发胶凝材料，按以下低强度方式之一实施 低强度方式一，包括以下步骤 1)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45μ m方孔筛筛余1-20. O%，得到磨细风积沙分选长石粉； 2)混合将风积沙分选长石粉与矿渣微粉按重量份数比为6-8:4-2混合均匀，得到复合粉体； 3)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10.0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围20. 0-30. OMPa)； 低强度方式二，包括以下步骤 1)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45μ m方孔筛筛余1-20. O %，得到磨细风积沙分选长石粉；2)热活化将磨细风积沙分选长石粉在400-900°C(优选400-600°C )温度范围内煅烧O.5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉； 3)混合将热活化风积沙分选长石粉与矿渣微粉按重量份数比为6-8:4-2混合均匀，得到复合粉体； 4)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10. 0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围30. 0-40. OMPa)； 低强度方式三，包括以下步骤 1)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45μ m方孔筛筛余1-20. O %，得到磨细风积沙分选长石粉； 2)增钙在95-99重量份风积沙分选长石粉中添加5-1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉； 3)混合向60-80重量份增钙风积沙分选长石粉中加入40-20重量份的矿渣微粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体； 4)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10.0-20. O %的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到低强度碱激发胶凝材料(强度范围25. 0-35. OMPa)。
10.根据权利要求8所述方法，用于制备高强度碱激发胶凝材料，按以下高强度方式之一实施 高强度方式一，包括以下步骤 1)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45μ m方孔筛筛余1-20. O%，得到磨细风积沙分选长石粉； 2)热活化将磨细风积沙分选长石粉在400-900°C温度范围(优选400-600°C)内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉； 3)增钙在95-99重量份热活化风积沙分选长石粉中添加5-1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉； 4)混合向60-80重量份增钙风积沙分选长石粉中加入40-20重量份的矿渣微粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体； 5)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10.0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到高强度碱激发胶凝材料(强度范围40. 0-60. OMPa)； 高强度方式二，包括以下步骤 1)粉磨将粒状风积沙分选长石粉磨至细度为45μ m方孔筛筛余1-20.0%，得到磨细风积沙分选长石粉； 2)增钙在95-99重量份风积沙分选长石粉中添加5-1重量份的石灰，混合均匀，得到100重量份增钙风积沙分选长石粉； 3)热活化将增钙风积沙分选长石粉在400-900°C温度范围(优选400-600°C)内煅烧O. 5-3小时，得到热活化风积沙分选长石粉； 4)混合向60-80重量份热活化风积沙分选长石粉中加入40-20重量份的矿渣微粉，混合均匀，得到100重量份复合粉体； 5)拌合向复合粉体中添加固含量占复合粉体质量10.0-20. 0%的模数I. 4-1. 8的水玻璃，搅拌均匀，得到高强度碱激发胶凝材料(强度范围40. 0-60. OMPa)。
全文摘要
本发明公开了一种沙漠风积沙分选长石基碱激发胶凝材料及其制备方法。沙漠风积沙分选长石经磨细、活化和/或增钙后，与矿渣微粉混合均匀，然后掺入水玻璃经搅拌得到碱激发胶凝材料。本发明采用热活化及增钙的增强手段得到的碱激发胶凝材料性能优良，以该碱激发胶凝材料制备的砂浆3天抗压强度最高可达到31.5MPa，28天抗压强度最高可达到58.8MPa，满足52.5等级要求。本发明以风积沙分选长石为原料制备碱激发胶凝材料，充分利用了风积沙的硅铝资源，拓宽了风积沙资源化利用途径，使风积沙的大规模工业化利用成为可能。
文档编号C04B22/08GK102849973SQ20121035281
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者张文生, 叶家元, 王宏霞, 王渊, 张建波 申请人:中国建筑材料科学研究总院