专利名称：一种利用高炉渣制备高性能建筑材料的方法
技术领域：
本发明属于建材领域，具体地说是涉及一种利用高炉渣制备的无机建筑材 料的方法。
背景技术：
波兰特水泥是使用最广泛的建筑材料，但是，其有一些难以克服的固有缺 陷。总的来说，有以下几个主要的缺点能耗。水泥生产工业是所有制造业中
能耗最集中的企业之一，在中国2005年水泥制造业能源消耗总量占建材工业 能源消耗总量的75.5%;排放温室气体。大概每生产一吨水泥产品，就有一吨
二氧化碳释放，估计水泥工业排放的二氧化碳含量为人类所有活动总体排放的
二氧化碳的8%;波兰特水泥在硫酸盐，酸，海水中恶化；耐高温性能不好。
普遍的认为波兰特水泥只能在40(TC以下才能有用；
和波兰特水泥相比，矿物聚合材料只要消耗60%的能量，比水泥少释放 60%的二氧化碳气体，而且具有较好的耐高温性能。矿物聚合材料在1000到 120(TC的情况下还具有性能，具有较好的耐化学腐蚀性。
高炉渣是铁矿精炼的副产物。在高炉中形成的液态炉渣漂浮在熔融的铁 上，并且由含有从铁矿中分离的组分的粘土、硅石和石灰，以及石灰石和约 170(TC时焦炭中的杂质组成。在约1400—160(TC时用水淬火，在这种急速冷 却过程中，形成高度玻璃状颗粒。因此它是一种潜在的制造高附加值的材料。
在现有技术中，如在文献l:莱钢科技.2007(1): 51-53，刘智伟，种振宇， 孙业新，等等"高强度钢渣矿渣水泥的研究"中所述，采用了粒状高炉渣和钢渣 与熟料混合按GB/T1761-1999水泥胶砂强度检验方法进行抗压和抗折强度的 测试，发现当钢渣含量为35%，高炉水渣含量为15%的时候28d抗压强度为 44.76MPa，抗折强度为8.64MPa。而当含有45%钢渣，25%高炉水渣时，28d 抗压强度为36.74MPa，抗折强度为6.98MPa。
在文献2: Minerals Engineering. 2003. 16: 205-210， T.W. Cheng， J.P. Chiu,"Fire-resistant geopolymer produced by granulated blast furnace slag，，中进一步 公开了采用高炉渣制备无机材料，通过对其隔热性研究发现，采用10mm厚的 矿物聚合材料，在一侧温度为IIO(TC，另一侧经过45分钟后温度稳定在330°C。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用高炉渣制备建筑材料的方法，其为通过 碱激发高炉渣在常温下固化得到的。该方法得到的材料具有良好的性能，具 有较高的强度，较好的耐火性，隔热性以及较好的耐酸碱腐蚀性。该方法得 到的材料还具有早强大，固化速度快，水化热小等特点。因此本发明制成的 材料不仅能作为高标号的水泥代替物，还能用在特殊环境下，作为特种水泥。
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的
本发明的目的在于提供一种利用高炉渣制备建筑材料的方法，其为通过 碱激发高炉渣在常温下固化得到的。
优选的，按重量计，所述的高炉渣包括
Si02: 25—30% CaO: 40—45% A1203: 15—20% MgO: 10—20%
且(CaO+MgO) / (Al203+Si02)为1.08 —1.5。
在该技术方案中，采用了煅烧高岭土作为辅助添加剂。 按重量计，所述的煅烧高岭土包括
Si02: 50—55%
A1203: 40-45%
MgO: 2—5%
CaO: 3—5%
在该技术方案中，所述的碱性激发剂是由选自KOH、 NaOH、 NaO *3Si02
中的一种或者两种，和固体粉末混合，在常温下能够生成有强度的材料。以 上碱激发剂的含量为分别为3.5%~7%， 3.5%~7%， 0~10%。
在该技术方案中，所述的高炉渣和煅烧高岭土的混合粉末与碱激发剂的
5比为100: 3.5-35 (重量比)。
在该技术方案中，所述的高炉渣粉是采用水淬高炉渣经过球磨，取出，
在50—120。C干燥24—48h，过80m的标准筛。
本发明提供一种利用高炉渣制备建筑材料的方法，包括如下的步骤 第一步，将粒状高炉渣球磨，取出，在50—120。C干燥24—48h，过80m 的标准筛。
按重量计，所述的高炉渣包括Si02: 25 — 30%, CaO: 40—45%， A1203: 15—20%， MgO: 10—20%，且(CaO+MgO) / (A1203 +Si02) 为1.08—1.5;
第二步，将高岭土球磨，取出，在50—120。C干燥24—48h，在800-1000 。C的情况下煅烧6-8h，取出，过80m的标准筛。
按重量计，所述的煅烧高岭土包括Si02: 50—55%， A1203: 40-45%， MgO: 1—2%， CaO: 1—2%; 第三步，将高炉渣粉末和高岭土粉末混合，取出备用； 第四步，所述的碱性激发剂是由选自KOH、 NaOH、 NaO '3Si02、 Ca(OH)2 和Na2C03中的一种或者两种，按水灰比为0.25-035配制成水溶液； 第五步，将所述混合粉末和激发剂混合搅拌l-5Min，注入磨具，静置固 化，可得无机材料。
本发明提供的利用高炉渣制备的建筑材料是用碱性激发剂激发高炉渣的 潜在活性，使其固化而得到的。其基本构思和原理是高炉渣在1400—1600 。C的情况下在水的急冷作用下，迅速冷却，内部熔融物来不及结晶而形成无 定形物质。进而在本发明所采用的碱性激发剂的作用下，该结构被破坏，氢 氧根离子不断攻击玻璃相，使其中的硅铝以硅氧四面体或者铝氧四面体的形 式溶入溶液中。随着溶液中的硅氧四面体和铝氧四面体的浓度地增加，其又 从溶液中重结晶出来，形成具有部分晶相和部分无定形相的混合物。这使其 中的钙离子等从玻璃相中释放出来。
高炉渣具有潜在的水化活性能，通过在碱性条件下激发固化，4h的强度 就能达到终强的70%， ld强度能够达到30MPa以上，28d强度能够达到50MPa，抗折强度优异，能够达到10MPa以上。采用高炉渣来替代水泥是有利的。用 一吨高炉渣替代一吨水泥会有以下几点好处节约填埋场的空间；减少了 C02 气体的排放；节约了能源。
将本发明得到的高炉渣基固化材料，可以作为高性能的建筑材料，用在 需要快速固化，需要较高抗压强度和较高抗折强度，需要有一定耐火性的建 筑结构中。本发明的高炉渣基固化材料是一种能够提供较好性能的廉价的建 筑材料。同时，本发明也解决了冶金废弃物高炉渣的再利用。它不仅具有较 好的力学性能，而且耐化学腐蚀和耐火性较好，成本低廉，易于控制剂量。
具体实施例方式
实施例l、制备本发明的固化材料I
将200g高炉渣(Si02: 25%; CaO: 45%; Al2O3:20%; MgO: 10%)禾卩10g 煅烧高岭土(Si02: 50%; CaO: 2%; A1203: 45%; MgO: 2%)，在水灰比为 0.25，添加碱性激发剂(KOH3.5呢和水玻璃溶液5%)。得到所需的固化体I。
实施例2、制备本发明的固化材料II
将200g高炉渣(Si02: 25%; CaO: 40%; Al203:15%; MgO: 20呢)禾卩35g 煅烧高岭土(Si02: 55%; CaO: 3%; A1203: 40%; MgO: 2%),在水灰比为 03，添加碱性激发剂(NaOH3.5呢和水玻璃溶液10%)。得到所需的固化体II。
实施例3、制备本发明的固化材料III
将200g高炉渣(Si02: 30%; CaO: 42%; Al203:17%; MgO: l评。)和3.5g 煅烧高岭土(Si02: 53%; CaO: 5%; A1203: 40%; MgO: 2%)，在水灰比为 0.35，添加碱性激发剂(NaOH7^0。得到所需的固化体III。
实施例4制备本发明的固化材料IV
将200g高炉渣(Si02: 29%; CaO: 41%; A1203: 19%; MgO: 11%)和20g 煅烧高岭土(Si02: 50%; CaO: 3%; A1203: 42%; MgO: 5%)，在水灰比为 0.28，添加碱性激发齐i」(KOH7呢和水玻璃溶液8呢)。得到所需的固化体II。实施例5、采用实施例1中得到的固化材料I进行抗压和抗折强度测试
将实施例1中得到的固化材料I的浆料倒入直径为30mm高度为30mm 的模具中，和10mm x 10mm x 30mm的长方体模具中，振动。静置固化，测 试ld， 3d, 7d， 28d， 60d， 90d， 120d。采用的是微机液压万能试验机测抗 压强度和抗折强度。结果列于表l。
表l、本发明固化材料I固化后的抗压和抗折强度
时间(d)137286090120
抗压强度(MPa)47.1152.2757.3064.3070.7471.7472.11
抗折强度(MPa)14.9420.7023.3030.3035.4041.2345.30
如表1所示，固化材料I在经过ld的固化后具有良好的抗压强度和抗折
强度，分别为47.11MPa禾卩14.94MPa。 28d的终强分别达到72.11MPa和 45.30MPa。通过120d的固化，长期强度稳定。
实施例6、采用实施例3中得到的固化材料III进行抗压和抗折强度测试
将实施例3中得到的固化材料III的浆料倒入直径为40mm高度为40mm 的模具中，和20mm x 20mm x 60mm的长方体模具中，振动。静置固化，测 试ld， 3d， 7d， 28d， 60d， 90d， 120d。采用的是微机液压万能试验机测抗 压强度和抗折强度。结果列于表2。
表2、本发明固化材料III固化后的抗压和抗折强度
时间(d)137286090120
抗压强度(MPa)35.3439.5946.1258.0060.7461.7435.34
抗折强度(MPa)10.6015.6017.2823.1328.8029.3730.10
如表2所示，固化材料III在经过ld的固化后具有良好的抗压强度和抗折强 度，分别为35.34MPa和10.60MPa。 28d的终强分别达到58.00MPa和
823.31MPa。通过120d的固化，长期强度稳定。
实施例7、采用实施例4中得到的固化材料IV进行抗压和抗折强度测试
将实施例3中得到的固化材料IV的浆料倒入直径为30mm高度为30mm 的模具中，和20mmx20mmx60mm的长方体模具中，振动。静置固化，测 试ld， 3d， 7d， 28d, 60d， 90d， 120d。采用的是微机液压万能试验机测抗 压强度和抗折强度。结果列于表3。
表3、本发明固化材料IV固化后的抗压和抗折强度
时间(d)137286090120
抗压强度(MPa)9.8833.9534.5636.9237.4838,7439.88
抗折强度(MPa)9.5014.8015.2616.0016.1418.8020.01
如表3所示，固化材料III在经过ld的固化后具有良好的抗压强度和抗 折强度，分别为9.99MPa和9.50MPa。 28d的终强分别达到36.92MPa和 16.00MPa。通过120d的固化，长期强度稳定。
实施例8、采用实施例2中得到的固化材料II进行抗压和抗折强度测试
将实施例2中得到的固化材料II的浆料倒入直径为30mm高度为30mm 的模具中，和10mmxlOmmx30mm的长方体模具中，振动。静置固化，测 试ld， 3d， 7d， 28d， 60d， 90d， 120d。釆用的是微机液压万能试验机测抗 压强度和抗折强度。结果列于表4。
表4、本发明处理过的高炉渣处理含有多种重金属离子混合溶液的效果
时间(d)137286090120
抗压强度(MPa)5.009.189.9024.0524.2724.7125.00
抗折强度(MPa)0.505.106.717.8011.0011.2412.50
如表4所示，固化材料II在经过ld的固化后具有良好的抗压强度和抗
9折强度，分别为5MPa和0.50MPa。28d的终强分别达到24.05MPa和7.80MPa。 通过120d的固化，长期强度稳定。
权利要求
1、一种利用高炉渣制备的建筑材料，其为通过碱性激发剂激发高炉渣潜在活性而形成的。
2、 如权利要求1所述的利用高炉渣制备的水处理剂，其特征在于所 述的高炉渣，按重量计，包括Si02: 25—30% CaO: 40—45% A1203: 15—20% MgO: 10—20%且(CaO+MgO) / (Al203+Si02)为1.00 _ 1.52。
3、 如权利要求l所述的利用高炉渣制备建筑材料，其特征在于所述的碱性溶液是由选自KOH、 NaOH、 NaO 3Si02中的一种或者两种，配制成强 碱性的水溶液。
4、 如权利要求1至3中任一权利要求所述的利用高炉渣制备的水处理 剂，其特征在于所述的高炉渣建筑材料的水灰比为0.25~0.35。
5、 如权利要求1至3中任一权利要求所述的利用高炉渣制备的水处理剂，其特征在于添加煅烧高岭土，按重量计，包括Si02: 50—55% A1203: 40-45% MgO: 2—5% CaO: 3—5%
6、 如权利要求1至3中任一权利要求所述的利用高炉渣制备的水处理 剂，其特征在于所述的高炉渣粉是采用水淬高炉渣经过球磨，取出，在50 一12(TC干燥24—48h，过80m的标准筛。
7、 一种利用高炉渣制备重金属固化体的制备方法，包括如下的步骤 第一步，将高炉渣球磨6-12h;第二步，将高炉渣50—12(TC干燥24—48h 第三步，将高炉渣粉碎，过80m的标准筛；第四步，粉碎得到的滤渣，和煅烧高岭土，碱激发剂混合，固化l-28d后形成的。
8、 如权利要求7所述的利用高炉渣制备的水处理剂的制备方法，其特征 在于所述第一歩中的高炉渣，按重量计，包括Si02: 25_30%， CaO: 40—45%， A1203: 15—20%， MgO: 10—20%，且(CaO+MgO) / (A1203+Si02) 为1.00—1.52。
9、 如权利要求7或8所述的利用高炉渣制备建筑材料制备方法，其特征 在于所述第一歩中的碱性激发剂是由选自KOH、 NaOH、 NaO'3Si02的一 种或者两种，含量分别为3.5%~7%， 3.5%~7%， 0~10%。
10、 如权利要求7或8所述的利用高炉渣制备建筑材料的制备方法，其 特征在于所述高炉渣基建筑材料是采用直径为30mm高度为30mm的圆柱 体模具，直径为40mm高度为40mm的圆柱体模具，和10mm x 10mm x 30mm 的长方体模具，20mm x 20mm x 60mm的长方体模具。
全文摘要
本发明涉及一种利用高炉渣制备的无机建筑材料的方法，其为在碱性激发剂的作用下，高炉渣潜在活性被激发而形成建筑材料的。所述的高炉渣包括SiO<sub>2</sub>25-30％，CaO40-45％，Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>15-20％，MgO10-20％，且(CaO+MgO)/(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+SiO<sub>2</sub>)为1.00-1.52。将其和煅烧高岭土混合，包括SiO<sub>2</sub>50-55％，Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>40-45％，MgO2-5％，CaO3-5％。在添加3.5％～7％，3.5％～7％，0～10％的KOH、NaOH、NaO·3SiO<sub>2</sub>中的一种或者两种激发剂的作用下，经过1～120d的固化后形成的。本发明的建筑材料具有非常好的抗压和抗折性能，而且具有良好的稳定性。
文档编号C02F1/62GK101575181SQ200810097268
公开日2009年11月11日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者倪建娣 申请人:倪建娣