碱激发胶凝材料及其凝结硬化性能的调整剂及制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种碱激发胶凝材料及其凝结硬化性能 的调整剂及制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 硅钙渣是高铝粉煤灰烧结法提取氧化铝后的残渣，其富含钙、硅资源（CaOjiO2^ 量分别约为50%、25% )，属于高钙废渣。由于提铝过程中会有部分碱液残留，因此硅钙渣 通常含有2~8%的碱。这为硅钙渣的资源化处理带来了极大的不便。考虑到硅钙渣的 主要成分为具有一定胶凝活性的硅酸二钙，因此利用硅钙渣制备碱激发胶凝材料是其大规 模资源化利用的一种有效途径。专利文献CN103351105 A公开了一种以硅钙渣为主要原 料的碱激发胶凝材料，其通过将70% (质量百分含量）的硅钙渣微粉（80 μ m筛余26. 0~ 31. 0% )、15~25% (质量百分含量）的矿粉（比表面积400m2/kg)和5~15% (质量百 分含量）的超细矿粉（比表面积600m2/kg)进行混合，制备得到硅钙渣-矿粉-超细矿粉 复合粉料，再通过掺入Na 2O含量占该复合粉料质量1~5 %的液体水玻璃（模数2. 00~ 3. 00)，在常温条件下即可制备得到强度性能优异的碱激发胶凝材料。然而，该胶凝材料凝 结硬化时间较短（<30min)，甚至无法正常施工操作。这极大地限制了该材料的推广和应用。 因此，如何有效解决硅钙渣制备碱激发胶凝材料凝结时间过短的问题，并实现其凝结时间 与强度性能协调发展，这对于该材料在实际工业生产中的推广和应用具有重大的意义。
[0003] 实际上，对于碱激发胶凝材料，尤其水玻璃基碱激发胶凝材料，由于原材料组成不 同等诸多原因，其往往存在着凝结时间与强度发展不协调的问题。
[0004] -方面，对于粉煤灰、偏高岭土等低钙废渣（主要成分为SiOjP Al 203)为原料制 备的碱激发胶凝材料，由于在常温条件下其反应速率过慢，因此为使材料获得优异的强度 等性能，其制备过程中往往须经历40~80°C蒸汽养护过程，从而促进胶凝材料的凝结和硬 化。
[0005] 另一方面，对于以矿渣为代表的高钙废渣（主要成分为CaO、SiOjP Al 203)为原料 制备的碱激发胶凝材料，其往往存在着凝结时间较短的问题。为解决这一问题，国内外学 者进行了大量的研究，并成功制备出了针对碱矿渣水泥等的缓凝剂。这些缓凝剂的缓凝原 理主要为：通过外掺可溶性无机盐（钡盐、氯盐等）、有机酸（苹果酸、酒石酸等）以及复合 型缓凝剂等方式，使在反应初期外掺缓凝组分与碱激发胶凝材料中的离子快速发生化学反 应，形成相对稳定且结构致密的保护膜沉积在微粉表面，阻止碱组分与原料的快速反应，从 而使凝结时间得到有效延长。随着反应的进行，该保护膜逐渐破裂，碱激发反应得以深入进 行，从而实现强度性能的后续增长。通过外掺缓凝剂，碱矿渣水泥凝结时间和强度发展不协 调的问题可得到有效解决。
[0006] 而对于硅钙渣制备碱激发胶凝材料，现有研究表明：硅钙渣中的硅酸二钙是硅钙 渣碱激发活性的主要来源；磷酸钠、硼酸钠等缓凝剂可在一定程度上改善该材料的凝结时 间，但会造成较大的强度损失；由于矿渣和硅钙渣在化学及矿物组成等方面有所不同（例 如硅钙渣中含有一定的碱组分），以其为原料制备出的碱激发胶凝材料在反应机理、产物、 外加剂适应性以及宏观性能等方面也存在着较大的差异，因此现有的氯盐、可溶性钡盐、苹 果酸等适用于矿渣类碱激发胶凝材料的缓凝剂对于硅钙渣制备碱激发胶凝材料并不适用。 因此，尽管已取得了上述诸多成果，但目前硅钙渣制备碱激发胶凝材料凝结时间与强度发 展不协调的问题仍未得到有效解决，还需要进一步的深入研究。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明实施例提供一种碱激发胶凝材料凝结硬化性能的调整剂，主要 目的是在保证强度的同时调整硅钙渣为原料的胶凝材料凝结时间。
[0008] 为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
[0009] -方面，本发明实施例提供了一种碱激发胶凝材料凝结硬化性能的调整剂，所述 调整剂由如下含量的组分组成：
[0010] 第一粒径组分，质量百分含量为8-12%，所述第一粒径组分的粒径分布范围为小 于等于1. 5 μ m，所述第一粒径组分为硅钙渣微粉，或硅钙渣微粉和粉煤灰微粉混合物，其中 粉煤灰微粉占所述调整剂的质量百分含量不超过5% ;
[0011] 第二粒径组分，质量百分含量为60-70%，所述第二粒径组分的粒径分布范围为大 于1. 5 μ m，小于等于25 μ m，所述第二粒径组分为硅钙渣微粉，或硅钙渣微粉和粉煤灰微粉 混合物，其中粉煤灰微粉占所述调整剂的质量百分含量不超过20% ;
[0012] 第三粒径组分，质量百分含量为18-32%，所述第三粒径组分的粒径分布范围为大 于25 μ m，小于等于900 μ m，所述第三粒径组分为硅钙渣微粉。
[0013] 作为优选，所述第一粒径的质量百分含量为10%，所述第二粒径的质量百分含量 为70%，所述第三粒径的质量百分含量为20%。
[0014] 另一方面，本发明实施例提供了一种碱激发胶凝材料，由复合粉料和激发剂组成， 其中复合粉料由调整剂、矿粉和超细矿粉组成，调整剂、矿粉和超细矿粉占复合粉料的质量 百分比如下：
[0015] 调整剂 70%，
[0016] 矿粉 15 % ~25%，
[0017] 超细矿粉 5%~15%，
[0018] 所述调整剂为上述实施提供的调整剂；
[0019] 所述激发剂为水玻璃，所述水玻璃中的Na2O质量为复合粉料质量的1%~5%，所 述水玻璃的分子表达式为Na 2O · nSi02，其中模数η为2. 00~3. 00。
[0020] 作为优选，所述矿粉的比表面积为400m2/kg。所述矿粉占复合粉料的质量百分比 为 15%〇
[0021] 作为优选，所述超细矿粉的比表面积为600m2/kg。所述超细矿粉占复合粉料的质 量百分比为15%。
[0022] 作为优选，所述水玻璃中的Na2O质量为复合粉料质量的4%~5%。
[0023] 另一方面，本发明实施例提供了一种碱激发胶凝材料凝结硬化性能的调整剂的制 备方法，包括如下步骤：
[0024] 将烘干后的原状硅钙渣进行粉磨，并分别按照小于等于I. 5 μπκ大于I. 5 μπ?小于 等于25 μ m、大于25 μ m小于等于900 μ m的粒径分布范围进行分选、筛分，从而分别得到粒 径分布范围为小于等于1. 5 μ m、粒径分布范围为大于1. 5 μ m小于等于25 μ m以及粒径分布 范围为大于25 μ m小于等于900 μ m的娃|丐渣微粉；
[0025] 将烘干后的粉煤灰进行粉磨，并分别按照小于等于1. 5 μπκ大于1. 5 μπ?小于等于 25 μπ?的粒径分布范围进行分选、筛分，从而分别得到粒径分布范围为小于等于1. 5 μπ?以 及粒径分布范围为大于1. 5 μ m小于等于25 μ m的粉煤灰微粉；
[0026] 将不同粒径分布范围的硅钙渣微粉和粉煤灰微粉按比例混合均匀，得到碱激发胶 凝材料凝结硬化性能的调整剂。
[0027] 另一方面，本发明实施例提供了一种碱激发胶凝材料的制备方法，具体包括以下 步骤：
[0028] 按上述实施例的方法制备调整剂；
[0029] 按比例将调整剂与矿粉、超细矿粉混合均匀，得到复合粉料；
[0030] 根据Na2O与复合粉料的质量比计算水玻璃用量，向复合粉料中掺入液体水玻璃， 搅拌均匀，得到碱激发胶凝材料。
[0031] 另一方面，本发明实施例提供了一种上述碱激发胶凝材料凝结硬化性能调整剂在 调节以硅钙渣为主要原料的碱激发胶凝材料的凝结时间中的应用。
[0032] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0033] 本发明实施例提供的一种碱激发胶凝材料凝结硬化性能的调整剂可在保持胶凝 材料较高强度性能的前提下，实现碱激发胶凝材料凝结硬化性能的可调控性。本发明对于 促进以硅钙渣为原料的碱激发胶凝材料在工业生产中的推广和应用，以及实现硅钙渣的规 模化资源利用具有重要的指导作用，具有广阔的市场应用前景。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在 下述说明中，不同的"一实施例"或"实施例"指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实 施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0035] 实施例1
[0036] 将原状硅钙渣烘干后，在球磨机中粉磨50min，将粉磨后的硅钙渣依次过 900 μπι(20目）方孔筛、25 μπι(5(Κ)目）方孔筛和1. 5 μπι(8(ΚΚ)目）方孔筛，可分别得到粒径 分布范围为大于25 μπ?小于等于900 μπ?的娃|丐渣微粉（G>25)、粒径分布范围为大于1. 5 μπ? 小于等于25 μπ?的硅钙渣微粉（Gu 25)和粒径分布范围为小于等于1. 5 μ