一种无机胶凝材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种无机胶凝材料及其制备方法，其中，该胶凝材料是由用粉煤灰、石灰、激发剂和水制得的料块或料球经蒸养和煅烧所得的熟料与石膏共同粉磨制得。将按质量份计粉煤灰65～80份、石灰以有效CaO计20～35份、激发剂0.5～2份共同粉磨成45μm筛余小于10％的配合料；加水15～50份混合均匀后陈化2～3h、成型成料块或料球，在90～98℃蒸养8～16h后在750～1000℃煅烧15～120min，风冷或在空气中冷却得熟料；将熟料90～95份与石膏5～10份共同粉磨至比表面积为350～500m2/kg制得一种无机胶凝材料。该无机胶凝材料可以用含碳量高的低品质粉煤灰为主要原料，煅烧温度和热耗低，产品具有快凝快硬、长期强度高、耐水和硫酸盐侵蚀性好的特性。
【专利说明】
一种无机胶凝材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，具体地说是涉及一种以粉煤灰和石灰为主要原料 的无机胶凝材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 水泥作为生产和应用的最大量的胶凝材料，既是一种高资源、高能源消耗的产品， 也是一种高温室气体排放和高污染的产品，其生产过程引起的对环境的污染和对不可再生 资源的过度消耗等问题早已引起人们的关注，亟待寻求新的原材料资源和可替代的或者可 作为补充的新的制备方法。火力发电企业每年要排出大量粉煤灰，尽管近年来电厂干法排 出的粉煤灰一大部分已被建材、橡胶、农肥工业和土木交通工程所利用，但上世纪八、九十 年代以前湿法排放的大量粉煤灰，由于其一般粒度较粗，含碳量较高，其物理性质和反应活 性不能满足作为水泥混合材和混凝土掺合料的要求，不能直接大量地应用于水泥与混凝土 中，因此尚未能有效利用而被长期堆存。长期堆存的粉煤灰不仅占有大量的土地，还严重污 染周围环境，因此有效资源化利用是一亟待解决的问题。用堆存粉煤灰为主要原料制备无 机胶凝材料，不仅可以节省不可再生资源，而且节能、环保，是节能、减排的环境友好新型胶 凝材料。但现有用粉煤灰制备无机胶凝材料的技术存在粉煤灰用量少、对粉煤灰品质要求 高和产品性能较差的问题。
【发明内容】
[0003] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式 作详细说明如下。
[0004] 本发明的目的之一是针对上述现有技术存在的问题，提供一种用可以大量利用堆 存低品质粉煤灰为主要原料的高性能无机胶凝材料。
[0005] 本发明的另一目的是提供这种无机胶凝材料的制备方法。
[0006] 本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种无机胶凝材料，其特征在于该胶凝材料是由用按质量份计粉煤灰65~80份、 石灰以有效CaO计20~35份、激发剂0. 5~2份和水30~50份制得的料块或料球经蒸养 和煅烧所得的熟料90~95份和石膏5~10份制得。所述粉煤灰为符合GBT 1596用于水 泥和混凝土中的粉煤灰III级以上技术指标的粉煤灰；所述石灰为满足JC/T 479建筑生石 灰技术指标的钙质石灰和满足JC/T 481建筑消石灰技术指标的钙质消石灰；所述石膏为 二水石膏、半水石膏和无水石膏中的一种或几种的组合；所由述激发剂为碱金属氢氧化物、 碱金属碳酸盐和碱金属硫酸盐的一种或几种的组合。
[0008] 本发明的另一目的是这样实现的：
[0009] -种无机胶凝材料的制备方法，其主要步骤如下：
[0010] 步骤⑴：将粉煤灰、石灰、激发剂按比例配合，共同粉磨至细度为45 ym筛余小于 10 %的配合料；
[0011] 步骤（2):将所述配合料与水后均匀混合，陈化2~3h，成型成最大尺寸为10~ 240mm的料块或直径为8~16mm的料球；
[0012] 步骤（3):将所述料块料球在90~98 °C蒸汽养护8~16h得蒸养料；
[0013] 步骤（4):将所述蒸养料在750~1000 °C下煅烧15~120min后风冷或在空气中 冷却得熟料；
[0014] 步骤（5):将所述熟料90~95份与石膏5~10份共同粉磨至比表面积为350~ 500m 2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0015] 本发明通过蒸汽养护使得石灰与粉煤灰中活性氧化硅和活性氧化铝反应形成水 化硅酸钙和水化铝酸钙，在较低温度下煅烧后形成硅酸二钙和七铝十二钙，其中七铝十二 钙有很高的水化活性，硅酸二钙也由于在较低的温度下形成，存在大量结构缺陷，因此也具 有很高的水化活性，容易与水反应形成具有高胶凝性的水化产物。
[0016] 本发明中激发剂可以与粉煤灰中的铝硅酸盐玻璃体反应，破坏玻璃体网络结构， 降低玻璃体网络结构的聚合程度，大大提高其中氧化硅和氧化铝与石灰的反应速率及水化 硅酸钙和水化铝酸钙的形成率，进而提高无机胶凝材料中硅酸二钙和七铝十二钙的含量， 提高无机胶凝材料的胶凝性。
[0017] 本发明的有益效果为：
[0018] (1)本发明无机胶凝材料可以用含碳量高的低品质粉煤灰为原料，粉煤灰利用率 大，可以实现堆存粉煤灰资源化利用，减少土地的占用，节约自然资源，改善环境；
[0019] (2)本发明采用碱性激发剂加速蒸养过程料块或料球中各组分间的反应，促进反 应的加速和彻底完成，降低蒸养热耗，缩短蒸养时间，提高生产效益和设备使用效率；
[0020] (3)本发明无机胶凝材料的制备方法简单，无需大型的设备、煅烧温度低，温室气 体排放量少，其组成和性能灵活可调，易于控制，适用性好；
[0021] (4)本发明无机胶凝材料具有快凝快硬、长期强度高、耐水和硫酸盐侵蚀性好的特 性，特别适用于坑道、水下、盐碱地带和沿海地区工程
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的生产工艺流程图。
【具体实施方式】
[0023] 下面通过实施例的方式对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围 不局限于所述实施例。各实施例无机胶凝材料的凝结时间、净浆试体强度、标准胶砂强度和 耐硫酸盐侵蚀性检测结果见表1。
[0024] 实施例1
[0025] 配合料按质量份计含有以下成分：
[0026] 粉煤灰 80份
[0027] 生石灰以CaO计 20份
[0028] 氢氧化钠 0? 5份
[0029] 按上述质量比称取粉煤灰、生石灰、氢氧化钠，共同粉磨至细度为45 ym筛余为 5. 2%的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入45份水后搅拌3min，陈化2h后用成球盘成 型成直径为8~16mm的料球；将料球在蒸养箱中90°C蒸养lOh得蒸养料，将蒸养料用小型 窑炉750°C煅烧120min后吹风冷却得熟料；取熟料90份与无水石膏10份共同粉磨至比表 面积为350m2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0030] 实施例2
[0031] 配合料按质量份计含有以下成分：
[0032] 粉煤灰 75份
[0033] 生石灰以CaO计 25份
[0034] 碳酸钠 1. 4份
[0035] 按上述质量比称取粉煤灰、生石灰、碳酸钠，共同粉磨至细度为45 ym筛余为 9. 8 %的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入48份水后搅拌3min，陈化3h后挤压成 240mmX 115mmX53mm的料块，将料块在蒸养箱中90°C蒸养16h得蒸养料，将蒸养料用小型 窑炉750°C煅烧90min后在空气中自然冷却得熟料；将熟料用破碎机破碎成小于16mm的颗 粒，取熟料93份与半水石膏7份共同粉磨至比表面积为425m 2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0036] 实施例3
[0037] 配合料按质量份计含有以下成分：
[0038] 粉煤灰 70份
[0039] 生石灰以CaO计 30份
[0040] 氢氧化钠 1. 0份
[0041] 按上述质量比称取粉煤灰、生石灰、氢氧化钠，共同粉磨至细度为45 ym筛余为 5. 8%的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入50份水后搅拌2min，陈化2. 5h后用成球盘 成型成直径为8~16mm的料球；将料球在蒸养箱中95°C蒸养8h得蒸养料，将蒸养料用小 型窑炉800°C煅烧60min后吹风冷却得熟料；取熟料93份与二水石膏7份共同粉磨至比表 面积为495m 2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0042] 实施例4
[0043] 配合料按质量份计含有以下成分：
[0044] 粉煤灰 65份
[0045] 生石灰以CaO计 35份
[0046] 无水硫酸钠 2. 0份
[0047] 按上述质量比称取粉煤灰、生石灰、无水硫酸钠，共同粉磨至细度为45 ym筛余 为8. 1 %的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入50份水后搅拌3min，陈化3h后挤压成 50mmX50mmX30mm的料块；将料块在蒸养箱中98°C蒸养12h得蒸养料，将蒸养料用小型窑 炉800°C煅烧60min后在空气中自然冷却得熟料；将熟料用破碎机破碎成小于16_的颗粒 后，取熟料95份与半水石膏5份共同粉磨至比表面积为440m 2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0048] 实施例5
[0049] 配合料按质量份计含有以下成分：
[0050] 粉煤灰 80份
[0051] 消石灰以CaO计 20份
[0052] 氢氧化钾 1. 3份
[0053] 按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钾，共同粉磨至细度为45 ym筛余为 3. 5%的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入15份水后搅拌3min，陈化3h后挤压成直 径10mm、厚6mm的料块；将料块在蒸养箱中98°C蒸养12h得蒸养料，将蒸养料，用小型窑炉 800°C煅烧60min后在空气中自然冷却得熟料；取熟料93份与二水石膏7份共同粉磨至比 表面积为385m 2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0054] 实施例6
[0055] 配合料按质量份计含有以下成分：
[0056] 粉煤灰 75份
[0057] 消石灰以CaO计 25份
[0058] 碳酸钾 1. 5份
[0059] 按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、碳酸钾，共同粉磨至细度为45 ym方孔筛筛余 为4. 3%的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入20份水后搅拌3min，陈化2h后用成球盘 成型成直径为8~16mm的料球；将料球在蒸养箱中90°C蒸养8h得蒸养料，将蒸养料用小 型窑炉800°C煅烧60min在后空气中自然冷却得熟料；取熟料92份与无水石膏4份和半水 石膏4份共同粉磨至比表面积为370m 2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0060] 实施例7
[0061] 配合料按质量份计含有以下成分：
[0062] 粉煤灰 70份
[0063] 消石灰以CaO计 30份
[0064] 氢氧化钠 1. 2份
[0065] 按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钠，共同粉磨至细度为45 ym方孔筛筛 余为7. 6 %的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入25份水后搅拌3min，陈化3h后用成球 盘成型成直径为8~16mm的料球；将料球在蒸养箱中90°C蒸养10h得蒸养料，将蒸养料用 小型窑炉1000°C煅烧15min后吹风冷却得熟料；取熟料94份与二水石膏6份共同粉磨至 比表面积为445m 2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0066] 实施例8
[0067] 配合料按质量份计含有以下成分：
[0068] 粉煤灰 65份 消石灰以CaO计 35份 氢氧化钠 L0份 无水硫酸钠 （U份
[0069] 按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钠和无水硫酸钠，共同粉磨至细度为 45 ii m方孔筛筛余为6. 2 %的配合料；将配合料倒入搅拌机中，加入25份水后搅拌3min，陈 化3h后用成球盘成型成直径为8~16mm的料球；将料球在蒸养箱中95°C蒸养14h得蒸养 料，将蒸养料用小型窑炉900°C煅烧30min吹风冷却得熟料；取熟料94份与半水石膏6份 共同粉磨至比表面积为440m 2/kg制得一种无机胶凝材料。
[0070] 参照GBT 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法测得实施 例1~8无机胶凝材料的标准稠度需水量、凝结时间，及标准稠度水泥净浆试体各龄期的抗 压强度，按GBT 17671-1999水泥胶砂强度试验方法测得各无机胶凝材料标准胶砂强度，按 GBT749-2008水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法测得各无机胶凝材料耐硫酸盐侵蚀系数，结果见 表1。
[0071] 表1无机胶凝材料性能测定结果
[0073] 虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的 相关技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，但这些相应的 更动与润饰都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种无机胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料是由用按质量份计粉煤灰65~80 份、石灰以有效CaO计20~35份、激发剂0. 5~2份和水15~50份制得的料块或料球经 蒸养和煅烧所得的熟料90~95份和石霄5~10份制得。2. 如权利要求1所述的一种无机胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰为符合GBT 1596 用于水泥和混凝土中的粉煤灰III级以上技术指标的粉煤灰；所述石灰为满足JC/T 479建 筑生石灰技术指标的钙质石灰和满足JC/T 481建筑消石灰技术指标的钙质消石灰；所述 石膏为二水石膏、半水石膏和无水石膏中的一种或几种的组合。3. 如权利要求1所述的一种无机胶凝材料，其特征在于，所述激发剂为碱金属氢氧化 物、碱金属碳酸盐和碱金属硫酸盐的一种或几种的组合。4. 一种根据权利要求1所述的一种无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，该方法的 步骤如下： 第一步：将粉煤灰、石灰、激发剂按比例配合，共同粉磨至细度为45 μπι方孔筛筛余小 于10 %的配合料； 第二步：将所述配合料与水搅拌混合，陈化2~3h后成型得料块或料球； 第三步：将所述料块或料球蒸汽养护8~16h得蒸养料； 第四步：将所述蒸养料在设定煅烧温度下煅烧15~120min后风冷或在空气中冷却得 熟料； 第五步：将所述熟料90~95份与石膏5~10份共同粉磨至比表面积为350~500m2/ kg制得一种无机胶凝材料。5. 如权利要求4所述的一种无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述蒸养料的蒸 汽养护温度为90~98 °C。6. 如权利要求4所述的一种无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述蒸养料的煅 烧温度为750~1000 °C。
【文档编号】C04B11/28GK105985038SQ201510088722
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月26日
【发明人】方永浩, 龚泳帆, 朱晨辉
【申请人】华智节能(香港)有限公司