一种利用废弃粘土砖粉的碱激发水泥及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水泥制备的技术领域，涉及一种碱激发水泥及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 水泥是一种传统的胶凝材料，为人类经济发展与社会进步做出了巨大贡献，然而 硅酸盐水泥原材料的紧缺已是全球必须面对的十分紧迫的实际问题，在本世纪中叶就将耗 尽。加之，硅酸盐水泥不仅消耗高能源，而且其生产过程是一个高碳排放的过程，生产1吨 水泥将排放约1吨的温室气体。因此，各国纷纷出台相应的措施限制水泥工业规模的发展， 同时，由于国家经济建设的迫切需要，各国也相继发展新型的绿色胶凝材料，以取代这种传 统的胶凝材料水泥，使胶凝材料在为人类造福的同时不至于给环境造成严重的负担。
[0003] 粘土砖作为传统的建筑材料，虽然在国内的局部地区已禁用或限用，但在全国各 地仍有大量生产和使用，特别是随着城市建设和城市改造的加快，一些砖混结构的旧建筑 物拆除后产生大量的废弃粘土砖，据统计，废弃粘土砖的产出量基本在每年5200万吨左 右，因此，如何有效的利用这些废弃粘土砖是一个急需解决的问题。粉煤灰是火力发电厂排 放出来的一种以硅铝为主要成分的工业副产品。普通粉煤灰是烟煤作为动力燃料，排放出 来的氧化钙是含量很低的低钙粉煤灰。随着电力工业的飞速发展和煤炭资源的耗竭，具有 高挥发分的褐煤和次烟煤也被用作动力燃料，导致越来越多的高钙粉煤灰的大量排出，并 由于其游离氧化钙含量高，难以在水泥基材料中得到有效利用，堆积后形成新的污染源，亟 需加以处置利用。相对于低钙粉煤灰，高钙粉煤灰中除含有大量的硅铝质成分外，还含有一 定的钙质成分。
[0004] 地聚合物是碱激发水泥中的一种。地聚合物是以硅铝质材料为原料，通过矿物聚 缩反应而生成的一种低能耗、长寿命、无 C02排放的高性能无机聚合物。随着人类对环境 保护意识的加强和研究工作的进展，制备地聚合物的原材料也已从天然矿物原料拓宽为可 利用的固体废弃物。粉煤灰基地聚合物的研究目前集中于低钙粉煤灰，这与其含有相对较 纯的硅铝质成分有关。高钙粉煤灰中大部分是细小的玻璃质球状颗粒，当高钙粉煤灰被化 学激发剂激发时，部分铝硅相从高钙粉煤灰的球壳溶出并发生地聚合反应，这与碱激发低 钙粉煤灰类似。建筑物拆除下的废弃粘土砖粉磨制成的废弃砖粉的主要成分是CaO、Si02、 A1203等，其粒径较细，具有用于制备地聚合物材料的基本性质。利用废弃粘土砖粉、粉煤灰 制备地聚合物，一方面扩展了固废基地聚合物的原料来源，推动了地聚合物领域的发展；另 一方面解决了废弃物堆放占用场地和污染问题，为保护生态环境创建了新途径。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中如何有效利用废弃粘土砖粉的问题，本发明的目的是提供一种以 废弃粘土砖粉（WBP)和高钙粉煤灰（CFA)作为硅铝源原材料，以钠水玻璃和氢氧化钠为复 合碱激发剂，制备得到的一种新型低碳排放的碱激发水泥。
[0006] 本发明的另一个目的是提供一种上述碱激发水泥的制备方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] -种碱激发水泥，包括基础组分和复合化学外加剂；所述基础组分是由以下质量 百分含量的组分制成：
[0009] 废弃粘土砖粉 10 %~30 %;
[0010] 高钙粉煤灰 70 %~90 %;
[0011] 所述复合化学外加剂的加入量占所述基础组分质量的10%~15%，以引入的Na20 含量计。
[0012] 所述废弃粘土砖粉是废弃粘土砖经粉磨制成，比表面积为500~700m2/kg。
[0013] 所述高钙粉煤灰是电厂粉煤灰，II级灰，比表面积为350~450m2/kg。
[0014] 所述复合化学外加剂的模数Μ为1.5~2.0,其中：Μ表示的是Si02的摩尔数与 Na20的摩尔数的比值。
[0015] 所述复合化学外加剂由钠水玻璃和氢氧化钠配制而成。钠水玻璃的初始模数为 2. 32,固含量为42. 7%，使用NaOH调节钠水玻璃，以获得一定模数（M = n(Si02)/n(Na20)) 的复合化学外加剂。NaOH的掺加量按公式（1)计算，调节前后的钠水玻璃各项指标见表1。
[0016] G2= [SOGiXNX (M「M2)V(62M2XP) (1)
[0017] 式（1)中，GiS所取钠水玻璃质量，Na 20含量为N戽为钠水玻璃初始模数;Μ 2为 复合化学外加剂的配制模数；Ρ为NaOH纯度；62为NaOH的掺加量。
[0018] 表1钠水玻璃调节模数前后主要组分含量
[0020] 所述碱激发水泥采用的水固比为0. 28~0. 32,其中：水固比中的水包括钠水玻璃 溶液所含的水量和外加水量，即控制体系水固比为〇. 28~0. 32时，除钠水玻璃溶液所含的 水量以外，不足的部分由外加水量补足；水固比中的固是指废弃粘土砖粉和高钙粉煤灰的 质量之和。
[0021] -种上述碱激发水泥的制备方法，包括以下步骤：
[0022] 将质量百分比为10 %~30 %的废弃粘土砖粉与质量百分比为70 %~90 %的高钙 粉煤灰混合，加入占废弃粘土砖粉和高钙粉煤灰质量之和10 %~15 %的复合化学外加剂， 以引入的Na20含量计，体系水固比控制为0. 28~0. 32,混合得到所述碱激发水泥。
[0023] 由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果和优点：
[0024] 本发明以废弃粘土砖粉和高钙粉煤灰为主要原料，在一定的养护环境中使该体系 具有较好的性能，在一定范围内能部分取代或优于水泥使用。
[0025] 本发明利用的是工业废弃物高钙粉煤灰和废弃粘土砖粉，给废弃物的利用提供了 途径，减轻了环境的负担，降低了成本，减少了资源消耗，符合节能减排且满足我国国情的 要求；同时，它是一种无熟料水泥，节约了能源消耗；这种新型地聚合物仅有少量温室气体 的排放，是一种低碳排放的环保型的胶凝材料。另外，它在一定程度上可以取代水泥，可以 减少水泥的生产，也就是减少了水泥生产过程中的高资源、能源消耗，高碳排放，也减少了 其对环境造成的巨大压力。所以，这种低碳排放的碱激发水泥是一种绿色环保型的胶凝材 料，符合当前社会发展的趋势，具有良好的经济效益与社会效益。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0027] 本发明实施例中所用的百分比均为质量百分比。
[0028] 本发明实施例试验中主要原材料：废弃粘土砖粉为建筑物拆除下的废弃粘土砖经 粉磨制成，比表面积为608m2/kg ;高钙粉煤灰取自某电厂，II级灰，比表面积为410m2/kg。 废弃粘土砖粉和高钙粉煤灰的主要成分如表2所示。
[0029] 试验中所用氢氧化钠是纯度为99. 2%的NaOH ;钠水玻璃固含量为38. 3%，含有 9.1%的似20,29.2%的5102和61.7%的水。
[0032] 实施例1
[0033] 所用的原料的百分比如下：废弃砖粉：掺量20% ;高钙粉煤灰：掺量80% ;(废弃 砖粉和高钙粉煤灰质量之和为100% )
[0034] 复合化学外加剂模数：L 5 ;复合化学外加剂掺量（外掺）：10% ;
[0035] 水固比：0.30 ;
[0036] 将质量百分比为20%的废弃粘土砖粉与质量百分比为80%的高钙粉煤灰混合， 加入占废弃粘土砖粉和高钙粉煤灰质量之和10%的复合化学外加剂；体系水固比为〇. 30， 其中的水包括钠水玻璃溶液所含的水量和外加水量两部分组成，即控制体系水固比为 0. 30,除钠水玻璃溶液所含的水量以外，不足的部分由外加水量补足；混合、成型、脱模，湿 养至测定龄期，检测所述碱激发水泥的性能。
[0037] 其中：复合化学外加剂由钠水玻璃和氢氧化钠混合制成，将钠水玻璃和氢氧化钠 混合，控制其模数Μ为1. 5 (M表示的是Si02的摩尔数与Na 20的摩尔数的比值），制备得到 复合化学外加剂。钠水玻璃固含量为38. 3%，含有9. 1%的Na20, 29. 2 %的SiOjP 61. 7% 的水；氢氧化钠是纯度为99. 2%的氢氧化钠。
[0038] 实施例2
[0039] 所用的原料的百分比如下：废弃砖粉：掺量30% ;高钙粉煤灰：掺量70% ;(废弃 砖粉和高钙粉煤灰质量之和为100% )
[0040] 复合化学外加剂模数：L 5 ;