专利名称：：一种用于混凝土生产的高活性晶种及其制备方法
技术领域：
：本发明属于建筑材料类，具体涉及一种用于混凝土生产的高活性晶种及其制备方法。
背景技术：
：众所周知，晶种在混凝土中具有如下功能，一方面，可减少水泥水化初期水化产物的成核势垒，诱导水泥快速水化，从而可提高混凝土早期强度及加快混凝土工程施工进度等；另一方面，由于加快了水泥的早期水化，提高了材料体系的碱度，可提供给矿物掺合料(如矿渣、粉煤灰等)更有利的活性激发外部环境条件，从而可提高矿物掺合料的早期水化速度，弥补高掺量矿物掺合料混凝土早期强度下降。因此，随着现代混凝土向高工作性、高强、高耐久性等高性能方向的发展，在混凝土生产过程中掺入一定量的晶种已成为现代混凝土生产的必然趋势和主流模式。目前，用于混凝土生产的晶种制备技术主要有一是直接采用废弃水泥浆体或加气混凝土砌块、蒸压灰砂制品等工业废渣，加以简单磨细而成；另一个是选用生石灰或熟石灰与硅藻土、蛋白石等采用水热法合成。以上技术在国内外均已有大量的研究及文献报导，例如已公开的中国专利CN1089732C、CN101182000A。上述专利和文献中的主要技术内容为1、第一情况，主要是利用废弃水泥浆体、加气混凝土砌块等硅酸盐制品中已有的C-S-H凝胶及托贝莫来石类水化产物作为晶种主要成分，从而达到晶种效应的目的。但是，用这种技术所取得的C-S-H凝胶及托贝莫来石类水化产物含量少，晶种活性低，对混凝土强度的作用不明显，尤其后期强度递延性差；2、第二情况，主要是利用硅质类与钙质类优质材料在水热反应条件下合成C-S-H凝胶及托贝莫来石类水化产物作为晶种主要成份，晶种纯度高，活性高。但是，它有可能导致两方面问题若生产与应用时间间隔短，易导致混凝土产生诸如瞬凝、快凝等现象，从而引起混凝土初始结构不良，耐久性变差，且后期强度递延性也较差；若生产与应用时间间隔长，不易保存，易受碳化、脱水等作用，部分削弱了晶种改善水泥和矿物掺合料早期水化性能的效果。此外，目前也有利用磨细水泥熟料直接用作混凝土生产的晶种。但是，这种技术主要是一种用石灰质类、硅质类等优质材料在1450°C左右条件下高温烧成晶种的传统制备技术，一次性资源消耗量大，能耗高，不符合建筑材料工业可持续发展战略。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有价廉优质、环保友好等突出特点而用于混凝土生产的高活性晶种及其制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种用于混凝土生产的高活性晶种，其特征在于它主要由废陶瓷粉、预磨电石渣粉和改性添加剂微波强化煅烧而成，各组份所占质量百分为废陶瓷粉70-90%、预磨电石渣粉10-30%，改性添加剂的掺入量为废陶瓷粉和预磨电石渣粉总质量的2-5%。所述的废陶瓷粉为将日常生活中排放的餐具、卫生洁具、瓷砖等成品废陶瓷，按筛分、水冲洗、晒干、破碎、机械粉磨工序而制备的废陶瓷粉，其含泥量小于1%，纸片、木屑等杂物含量小于1%，含水率小于1%，勃氏比表面积250-300m2/kg。所述的预磨电石渣粉为采用干法制乙炔生产企业所排放的电石渣，将其晒干并采用振动磨粉磨而成的粉料，经晒干、粉磨处理过的电石渣粉含水率小于2%，勃氏比表面积300-350m2/kg，其0&(0!1)2含量大于70%，f_CaO含量小于2.5%,SO3含量小于2%。所述的改性添加剂为采用采矿或炼铁工业所弃而含铁量大于50%的赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿中任一种或两种以上尾矿粉，掺入占尾矿粉质量1.5-3.0%由Cr203、PbO、ZnO和CaF2按质量比为10.2-0.50-0.30.5_1复配而成的金属化合物，用振动磨粉磨而成的粉磨料，两种以上尾矿粉粉磨时，为任意配比，粉磨料细度为45μm筛筛余量小于10%。本发明所述的晶种在混凝土中的最适宜掺量为水泥、矿物掺合料总质量的3-8%。一种用于混凝土生产的高活性晶种的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)废陶瓷粉的制备将日常生活中排放的餐具、卫生洁具、瓷砖等成品废陶瓷按筛分、水冲洗、晒干、破碎、机械粉磨制备工序进行处理，其含泥量小于1%，纸片、木屑等杂物含量小于1%，含水率小于1%，勃氏比表面积250-300m2/kg，得废陶瓷粉，备用；2)预磨电石渣粉的制备采用干法制乙炔生产企业所排放的电石渣，将其晒干并采用振动磨粉磨，经晒干、粉磨处理过的电石渣粉含水率小于2%，勃氏比表面积300-350m2/kg,其Ca(OH)2含量大于70%，f-CaO含量小于2.5%，SO3含量小于2%，得预磨电石渣粉，备用；3)改性添加剂的配制采用采矿或炼铁工业所弃而含铁量大于50%的赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿中任一种或两种以上尾矿粉，掺入占尾矿粉质量1.5-3.0%由Cr203、PbO、ZnO和CaF2按质量比为10.2-0.50-0.30.5_1复配而成的金属化合物，用振动磨粉磨而成的粉磨料，两种以上尾矿粉粉磨时，为任意配比，粉磨料细度为45μm筛筛余量小于10%，得改性添加剂，备用。4)按各组份所占质量百分比为废陶瓷粉70-90%、预磨电石渣粉10-30%，分别称取废陶瓷粉和预磨电石渣粉进行混磨，并在混磨过程中加入为废陶瓷粉、预磨电石渣粉总质量2-5%的改性添加剂，混磨至勃氏比表面积350-400m2/kg，均化，备用；5)将上述的混磨料放入电加热炉中，加热至800-1000°C后，立即移入功率为600-800W的微波炉中，微波加热90-120秒，即微波强化煅烧，然后采用振动磨粉磨至400-450m2/kg，得成品。将上述组分和配比按所述的制备工艺要求进行研制即可得到一种性能优异的高活性晶种，在混凝土中掺入占水泥、矿物掺合料质量的3-8%本发明所提供的晶种，可取得良好的技术及经济效果1、晶种效应突出，混凝土凝结时间明显缩短，混凝土早期强度显著提高，矿渣、粉煤灰等工业废渣在混凝土中的掺量也可因此得到增加；2、混凝土后期强度递延性好，28d及其后等后期强度仍有较大的提高，且不会产生倒缩现象；3、在达到上述指标的同时，混凝土的耐久性能不受影响，且晶种易保存，不受生产与应用时间间隔的制约；4、由于大量利用废陶瓷、电石渣等工业废渣，可克服建材工业只能吸收高品质工业废料的缺陷，即节约了资源又减少了废陶瓷等对环境的污染；5、由于采用微波强化煅烧制度，能耗低，晶种生产成本低。总之，本发明所提供的晶种是一种具有高活性、高利废率、生产成本低等突出特点的优质晶种，具有显著的技术经济与社会环保效益，可广泛用于商品混凝土的生产及其工程应用。上述有益效果的取得，主要依赖于本发明采用了有别于现有技术不同的技术方案1、本发明所涉及的废陶瓷属于以S02、Al2O3为主要化学成分的一类烧粘土质硅酸盐制品，其硅、铝含量高，而电石渣中钙含量高。以它们作为主要原材料，可为制备Wc2s、C3S,C3A为主要成份的高活性晶种提供了充足的硅、铝和钙，并在含有Fe、Cr、Pb、Zn和F等元素的改性添加剂作用下可很快生成晶种。2、本发明所涉及的改性添加剂是一种含有Fe、Cr、Pb、Zn和F等元素的矿物外加齐U，一方面，Fe、Cr、Pb、Zn和F等元素可起着“矿化剂”作用，有利于改善晶种生料的易烧性，降低晶种烧成温度；另一方面，含有Fe、Cr、Pb和Zn等元素的改性添加剂还可在晶种生料微波加热过程中起着“微波吸收剂”作用，从而提高微波加热的效率，降低能耗，以及提高晶种的质量和数量；同时，Cr、Pb和Zn等离子在C2S、C3S,C3A等生成与发展过程中可起着“离子掺杂”作用，提高晶种形成速度及活性。3、与传统高温烧结技术或单独微波加热技术相比，采用电加热再微波加热相结合低温煅烧制度，不仅可降低生产能耗，节约能源，并更有利于提高晶种质量。4、本发明所提供的晶体是一种以(25、(^、(^\为主要矿物组份的高活性晶种，虽然与传统制备技术制取的晶种一样，均是在体系中以形成C-S-H、C-A-H等凝胶及托贝莫来石类水化产物来降低混凝土初期水化产物的成核势垒，诱导水泥、矿物掺合料等快速水化，从而提高其早期强度，表现出晶种效应，但是C2S、C3S,C3A等各个矿物的水化反应速度并不一样，其中C3A最快，C2S最慢，C3S居中，各个组分能按“次第水化”理论充分发挥晶种效应，从而可保证水泥石强度等得以持续发展，即后期强度递延性好，并且耐久性不受影响；同时易保存，不像以C-S-H、C-A-H等凝胶及托贝莫来石类水化产物为主要成份的晶种，易受碳化、脱水等作用，导致部分削弱晶种效应。此外，我国是陶瓷生产与使用大国，废陶瓷的排放量非常大，废陶瓷的处理是当前我国经济建设过程中急需解决的问题，混凝土生产企业使用废陶瓷几乎不需购买，只需运费即可，这样既可解决废陶瓷环境污染问题，又可为制备高活性晶种提供廉价原材料。而使用电石渣替代石灰石或生石灰、熟石灰等优质原料生产晶种，可节约一次性资源的用量，并可减少电石渣对环境的污染，具有显著的社会经济与环境效益。具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步说明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明的限定。实施例1一种用于混凝土生产的高活性晶种的制备方法，包括如下步骤1)废陶瓷粉的制备将日用生活中排放的成品废陶瓷按筛分、水冲洗、晒干、破碎、机械粉磨制备工序进行处理，其含泥量0.5%，纸片、木屑等杂物含量小于1%，含水率0.5-0.8%，勃氏比表面积300m2/kg，得废陶瓷粉，备用；2)预磨电石渣粉的制备采用干法制乙炔生产企业所排放的电石渣，将其晒干并采用振动磨粉磨，经晒干、粉磨处理过的电石渣粉含水率1%，勃氏比表面积350m2/kg，其Ca(OH)2含量大于70%，f-CaO含量1.5%，SO3含量小于2%，得预磨电石渣粉，备用；3)改性添加剂的配制采用采矿或炼铁工业所弃而含铁量为55%的赤铁矿尾矿粉，掺入占尾矿粉质量2%由0203、？130、2110和032按质量比为10.20.10.5复配而成的金属化合物，用振动磨粉磨至细度为45μπι筛筛余量小于10%，得改性添加剂，备用；4)按各组份所占质量百分比为废陶瓷粉85%、预磨电石渣粉15%，分别称取废陶瓷粉和预磨电石渣粉进行混磨，并在混磨过程中加入为废陶瓷粉、预磨电石渣粉总质量3%的改性添加剂，混磨至勃氏比表面积380m2/kg，均化，备用；5)将上述的混磨料放入电加热炉中，加热至950°C后，立即移入功率为600W的微波炉中，微波加热100秒，然后采用振动磨粉磨至400m2/kg，得成品。按表1配合比配制混凝土试件。表1混凝土试验配合比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(注水泥均为P·042.5强度等级的水泥；粉煤灰为勃氏比表面积380m2/kg的二级粉煤灰；AC、MC试样中掺入的晶种分别是利用加气混凝土砌块、蒸压灰砂制品等经磨细而成及本发明所提供的晶种，其勃氏比表面积均为400m2/kg。)对表1所制备混凝土试样的凝凝结时间和强度等有关性能进行测试，结果如表2。如表2所示，在相同制备条件下，掺入本产品的混凝土凝结时间明显缩短，早期强度显著提高，且后期强度递延性好，例如60d龄期的混凝土强度仍然有较大的增长。同时，对其耐久性能无不利影响，例如现测得MC试样与CO试样28d的氯离子扩散表2混凝土物理力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>系数(采用NEL法测试)分别为10.45Xl(T13m7S和10.98Xl(T13m7S，说明本发明所提供的晶种对其抗氯离子渗透性能并无不利影响，相反还有较大的改善。实施例2—种用于混凝土生产的高活性晶种的制备方法，包括如下步骤1)废陶瓷粉的制备将日用生活中排放的废陶瓷按筛分、水冲洗、晒干、破碎、机械粉磨制备工序进行处理，其含泥量0.2-0.3%，纸片、木屑等杂物含量小于1%，含水率0.2%，勃氏比表面积280m2/kg，得废陶瓷粉，备用；2)预磨电石渣粉的制备采用干法制乙炔生产企业所排放的电石渣，将其晒干并采用振动磨粉磨，经晒干、粉磨处理过的电石渣粉含水率1%，勃氏比表面积300m2/kg，其&(0!1)2含量80%，f-CaO含量小于2.5%,SO3含量小于2%，得预磨电石渣粉，备用；3)改性添加剂的配制采用采矿或炼铁工业所弃而含铁量大于50%的赤铁矿、磁铁矿两种尾矿粉，掺入占尾矿粉质量1.5%由Cr203、PbO、ZnO和CaF2按质量比为10.20.20.6复配而成的金属化合物，用振动磨粉磨至细度为45μπι筛筛余量5%，赤铁矿、磁铁矿按质量比为12配比，得改性添加剂，备用；4)按各组份所占质量百分比为废陶瓷粉75%、预磨电石渣粉25%，分别称取废陶瓷粉和预磨电石渣粉进行混磨，并在混磨过程中加入为废陶瓷粉、预磨电石渣粉总质量2.5%的改性添加剂，混磨至勃氏比表面积350-400m2/kg，均化，备用；5)将上述的混磨料放入电加热炉中，加热至900°C后，立即移入功率为800W的微波炉中，微波加热95秒，然后采用振动磨粉磨至400-450m2/kg，得成品。实施例3—种用于混凝土生产的高活性晶种的制备方法，包括如下步骤1)废陶瓷粉的制备将日用生活中排放的废陶瓷按筛分、水冲洗、晒干、破碎、机械粉磨制备工序进行处理，其含泥量0.3%，纸片、木屑等杂物含量0.1%，含水率0.5%，勃氏比表面积300m2/kg，得废陶瓷粉，备用；2)预磨电石渣粉的制备采用干法制乙炔生产企业所排放的电石渣，将其晒干并采用振动磨粉磨，经晒干、粉磨处理过的电石渣粉含水率0.5%，勃氏比表面积320m2/kg，其Ca(OH)2含量大于70%，f-CaO含量小于2.5%，SO3含量小于2%，得预磨电石渣粉，备用；3)改性添加剂的配制采用采矿工业所排放而含铁量为58%的磁铁矿、褐铁矿两种尾矿粉，掺入占尾矿粉质量2.5%由Cr203、Pb0、ZnO和CaF2按质量比为10.250.11复配而成的金属化合物，用振动磨粉磨至细度为45μπι筛筛余量8%，磁铁矿、褐铁矿按质量比为11配比，得改性添加剂，备用；4)按各组份所占质量百分比为废陶瓷粉77%、预磨电石渣粉23%，分别称取废陶瓷粉和预磨电石渣粉进行混磨，并在混磨过程中加入为废陶瓷粉、预磨电石渣粉总质量3.8%的改性添加剂，混磨至勃氏比表面积350-400m2/kg，均化，备用；5)将上述的混磨料放入电加热炉中，加热至880°C后，立即移入功率为700W的微波炉中，微波加热115秒，然后采用振动磨粉磨至400-450m2/kg，得成品。本发明的废陶瓷粉、预磨电石渣粉、改性添加剂及其制备工艺参数的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。权利要求一种用于混凝土生产的高活性晶种，其特征是由废陶瓷粉、预磨电石渣粉和改性添加剂微波强化煅烧而成，各组份所占质量百分比为废陶瓷粉70-90％、预磨电石渣粉10-30％，改性添加剂的掺入量为废陶瓷粉、预磨电石渣粉总质量的2-5％；所述的废陶瓷粉为将日常生活中排放的餐具、卫生洁具、瓷砖等成品废陶瓷，按筛分、水冲洗、晒干、破碎、机械粉磨工序而制备的废陶瓷粉，其含泥量小于1％，纸片、木屑等杂物含量小于1％，含水率小于1％，勃氏比表面积250-300m2/kg；所述的预磨电石渣粉为采用干法制乙炔生产企业所排放的电石渣，将其晒干并采用振动磨粉磨而成的粉料，经晒干、粉磨处理过的电石渣粉含水率小于2％，勃氏比表面积300-350m2/kg；其Ca(OH)2含量大于70％，f-CaO含量小于2.5％，SO3含量小于2％；所述的改性添加剂为采用采矿或炼铁工业所弃而含铁量大于50％的赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿中任一种或两种以上尾矿粉，掺入占尾矿粉质量1.5-3.0％由Cr2O3、PbO、ZnO和CaF2按质量比为1∶0.2-0.5∶0-0.3∶0.5-1复配而成的金属化合物，用振动磨粉磨而成的粉磨料，两种以上尾矿粉粉磨时，为任意配比，粉磨料细度为45μm筛筛余量小于10％。2.根据权利要求1所述的晶种，其特征在于晶种在混凝土中的最适宜掺量为水泥、矿物掺合料总质量的3-8%。3.权利要求1所述的用于混凝土生产的高活性晶种的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)废陶瓷粉的制备将日常生活中排放的餐具、卫生洁具、瓷砖等成品废陶瓷按筛分、水冲洗、晒干、破碎、机械粉磨制备工序进行处理，其含泥量小于1%，纸片、木屑等杂物含量小于1%，含水率小于1%，勃氏比表面积250-300m2/kg，得废陶瓷粉，备用；2)预磨电石渣粉的制备采用干法制乙炔生产企业所排放的电石渣，将其晒干并采用振动磨粉磨，经晒干、粉磨处理过的电石渣粉含水率小于2%，勃氏比表面积300-350m2/kg，其&(011)2含量大于70%，f-CaO含量小于2.5%，S03含量小于2%，得预磨电石渣粉，备用；3)改性添加剂的配制采用采矿或炼铁工业所弃而含铁量大于50%的赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿中任一种或两种以上尾矿粉，掺入占尾矿粉质量1.5-3.0%由Cr203、PbO、ZnO和CaF2按质量比为10.2-0.50-0.30.5_1复配而成的金属化合物，用振动磨粉磨而成的粉磨料，两种以上尾矿粉粉磨时，为任意配比，粉磨料细度为45ym筛筛余量小于10%，得改性添加剂，备用；4)按各组份所占质量百分比为废陶瓷粉70-90%、预磨电石渣粉10-30%，分别称取废陶瓷粉和预磨电石渣粉进行混磨，并在混磨过程中加入为废陶瓷粉、预磨电石渣粉总质量2-5%的改性添加剂，混磨至勃氏比表面积350-400m2/kg，均化，备用；5)将上述的混磨料放入电加热炉中，加热至800-1000°C后，立即移入功率为600-800W的微波炉中，微波加热90-120秒，即微波强化煅烧，然后采用振动磨粉磨至400-450m2/kg，得成品。全文摘要一种用于混凝土生产的高活性晶种及其制备方法，所述晶种由废陶瓷粉、预磨电石渣粉和改性添加剂微波强化煅烧而成，各组份所占质量百分比为废陶瓷粉70-90％、预磨电石渣粉10-30％，改性添加剂为总质量的2-5％；其制备过程为取以上组份及比例进行混磨，并在混磨过程中加入改性添加剂，混磨至勃氏比表面积350-400m2/kg，均化，放入电加热炉中，加热至800-1000℃后，立即移入功率为600－800W的微波炉中，微波加热90-120秒，然后采用振动磨粉磨至400－450m2/kg。本发明的晶种不仅能快速促进水泥、矿物掺合料早期水化，显著提高混凝土早期强度，且后期强度递延性好，对其耐久性能也无不利影响，同时可节约资源和能源，具有明显的技术经济与社会环保效益。文档编号C04B22/08GK101830660SQ201010128318公开日2010年9月15日申请日期2010年3月19日优先权日2010年3月19日发明者王凯,陈梦成申请人:华东交通大学