专利名称：一种复合胶凝材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合胶凝材料及其制备方法，属于建筑材料。
背景技术：
20世纪90年代以来，我国水泥工业走上了一条高产、高耗、低效、高环境负荷的不可持续发展道路。据国家统计局最新的统计数据显示，2011年我国水泥产量达到20. 6亿吨，虽然现在水泥行业在生产工艺、污染物治理进行了改进，但因产量巨大，水泥行业仍是大气的重污染行业。因此，水泥对环境的污染已不容忽视，必须通过科技创新加以根本性的改造，能够不用或少用水泥熟料，使水泥混凝土行业走上可持续发展之路。目前世界各国为解决资源和能源问题，把水泥的研究重点放在混合水泥上。亦即，在水泥熟料中掺合高炉矿渣、粉煤灰等来生产水泥或在水泥混凝土中掺入高炉矿渣、粉煤灰等来取代水泥，以缓解日趋增加的资源和能源的需求量。粒化高炉矿渣和钢渣是钢铁厂产生的废渣，尽管从上世纪50年代开始，我国学者就开始研究矿渣在水泥混凝土中的高效利用，先后出现了石膏矿渣水泥、碱矿渣水泥、低热微膨胀水泥、钢渣水泥等产品品种，但是都因为某些原因而没有得到大范围的应用。而钢渣实际利用率我国仅约40%，远远低于发达国家水平。脱硫石膏和粉煤灰都是燃煤电厂产生的废弃物，如不加以利用，会造成环境的二次污染。因此，如何较好的使这两大固体废物得到处理和综合利用，达到固废资源化，不仅对电厂本身，而且对社会都具有良好的经济和环保效益。脱硫石膏具有与天然石膏相同的主成分CaSO4 2H20,因此，在与粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉等复合，再配以其它的激发剂，反应后的胶结材料应具有一定强度。目前，脱硫石膏与其他工业废弃物的利用研究主要集中在脱硫石膏分别与粉煤灰、矿渣的结合利用研究上，而脱硫石膏与钢渣粉的复合很少有报道，专利CN 101538140 B报道的脱硫石膏基钢渣复合胶凝材料则为一种良好的石膏基材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体废弃物用量大，不污染环境，制备工艺简单的一种复合胶凝材料及其制备方法。技术解决方案一种复合胶凝材料，包括下列物料，按重量百分比计高炉矿渣粉28 55%，钢渣粉0 18%，粉煤灰22 45%，脱硫石膏5 15%，复合碱固体激发剂6 10%。所述复合固体激发剂包括氢氧化钠、碳酸钠、低模数液体水玻璃、改性剂，原料组成重量比为氢氧化钠10 25%，碳酸钠10 25%，低模数液体水玻璃55 65%，改性剂 0. 2 0. 5%。所述低模数液体水玻璃为模数2. 5 2. 8，波美度40 50度的水玻璃。所述改性剂为聚丙烯酰胺或聚磷酸盐。
一种复合胶凝材料的制备方法，包括如下步骤(I)复合固体激发剂的制备将原料组成按重量比计氢氧化钠10 25%，碳酸钠10 25%，低模数液体水玻璃55 65%，改性剂聚丙烯酰胺或聚磷酸盐0. 2 0. 5%混合均匀，在真空条件下陈化消解24 48小时，在140 170°C下干燥，干燥后，再进行粉磨至比表面积不小于300m2/kg得到的固体粉末；复合固体激发剂对粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉起主要的活性激发作用。(2)脱硫石膏的制备将潮湿状的烟气脱硫石膏在130°C -160°C的温度下煅烧3-5小时，冷却后粉磨至比表面积不小于300m2/kg的固体粉末；脱硫石膏具有双重作用，一是对高炉矿渣、钢渣及粉煤灰起到辅助激发作用；二是对所得胶凝材料的凝结时间起到调整作用；(3)将高炉矿渣28 55%、粉煤灰22 45%、复合固体激发剂6 10%、脱硫石膏5 15%依次加入磨机,混磨20 60分钟,磨至比表面积不小于300m2/kg,再加入比表面积不小于400m2/kg的钢渣粉0 18%，充分混合即得复合胶凝材料；或是将所述高炉矿渣、粉煤灰、复合固体激发剂、脱硫石膏、钢渣分别进行粉磨后，再混合均匀即得复合胶凝材料。本发明利用复合碱和辅助激发剂的叠加效应及综合作用，对具有潜在活性的工业固体废弃物矿渣、钢渣及粉煤灰进行有效地激发，首先是碱性介质提供的011_使大部分的矿渣和部分钢渣、粉煤灰等玻璃体分解、溶解，促使矿渣水化形成水化产物CaO-SiO2-H2O(C-S-H)凝胶，随着水化产物C-S-H凝胶逐步增加硬化体的宏观强度迅速增力口，赋予胶结体较高的早期强度，同时水化过程中会溶解出的Ca2+、Mg2+，Ca2+、Mg2+又与粉煤灰玻璃体进行火山灰反应，并在碱性溶液中进一步激发未水化的钢渣，提高了后期强度。反应生成的凝胶类产物在混凝土中能有效地堵塞毛细管道，增加混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗性能和耐水性，提高混凝土的强度。本发明的优点是制备的复合胶凝材料强度高、抗渗、抗冻等耐久性好，贮存、运输和使用方便，制备工艺简单，投资少，实现了多种工业废渣经济、有效的资源化利用，具有利废、节地、节能、环保等多重社会效益。可以直接作为325R 425等级复合水泥使用或用作混凝土胶凝材料制备混凝土。本发明所用复合固体激发剂具有性能稳定、成本低廉等优点，利于大规模生产。
具体实施例方式选用的粒化高炉矿渣、钢渣为包头钢铁有限责任公司排放的废渣，粉煤灰、脱硫石膏为包头东华热电厂排放的废弃物，经过加工后作为本发明的原料。粒化高炉矿渣粉为S75级，符合GB/T18046-2008的规定；钢渣粉符合GB/T20491-2006的规定；粉煤灰为F类II级，符合GB/T1596-2005的规定；脱硫石膏符合《烟气脱硫石膏》行业标准。复合固体激发剂制备原料组成重量比为氢氧化钠25%，模数为2. 5、波美度为44度的液体水玻璃65%，碳酸钠10%，改性剂聚丙烯酰胺0. 2%，上述原 料混合均匀后，在真空条件下陈化消解24h，在150°C下干燥，干燥后，粉磨至比表面积为305m2/kg后备用。脱硫石膏制备将潮湿的烟气脱硫石膏在150°C的温度下煅烧4小时，冷却后粉磨至比表面积为310m2/kg的固体粉末后备用；
本发明可根据工程和客户的实际需要进行配方的调整，获得所需要的性能指标，下面通过具体实施方式
对本发明做进一步说明。实施例I本发明物料按重量百分比计粒化高炉矿渣粉52%，粉煤灰34. 6%，复合固体激发剂8. 4%，脱硫石膏5%，依次加入磨机，混磨20 60分钟，磨至比表面积不小于300m2/kg,充分混合即得复合胶凝材料。实施例2本发明物料按重量百分比计粒化高炉矿渣粉35. 6%，粉煤灰32. 1%，复合固体激发剂12. 6%，脱硫石膏5. 8%，依次加入磨机，混磨20 60分钟，磨至比表面积不小于300m2/kg,再加入比表面积不小于400m2/kg的钢渣粉13. 9%，充分混合即得复合胶凝材料。实施例3本发明物料按重量百分比计粒化高炉矿渣粉46. 7%，粉煤灰32.9%，复合固体激发剂11. 6%，脱硫石膏8. 8%，分别磨细至比表面积不小于300m2/kg，充分混合即得复合胶凝材料。上述实施例的强度指标按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)检测，成型试体前时需调整水灰比，达到要求的胶砂流动度即可，其它指标按照GB175-2007《通用硅酸盐水泥》检测。表I为复合胶凝材料的基本性能测试结果。表I复合胶凝材料的基本性能测试结果
权利要求
1.一种复合胶凝材料，其特征在于，包括下列物料，按重量百分比计高炉矿渣粉28 55 %，钢渣粉O 18 %，粉煤灰22 45 %，脱硫石膏5 15 %，复合碱固体激发剂6 10 %。
2.根据权利要求I所述的一种复合胶凝材料，其特征在于，复合固体激发剂包括氢氧化钠、碳酸钠、低模数液体水玻璃、改性剂，原料组成重量比为氢氧化钠10 25%，碳酸钠10 25 %，低模数液体水玻璃55 65 %，改性剂O. 2 O. 5 %。
3.根据权利要求2所述的一种复合胶凝材料，其特征在于，低模数液体水玻璃为模数2.5 2. 8，波美度40 50度的水玻璃。
4.根据权利要求2所述的一种复合胶凝材料，其特征在于，改性剂为聚丙烯酰胺或聚磷酸盐。
5.一种复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)复合固体激发剂的制备将原料组成按重量比计氢氧化钠10 25%，碳酸钠10 25%，低模数液体水玻璃55 65%，改性剂聚丙烯酰胺或聚磷酸盐O. 2 O. 5 0Z0混合均匀，在真空条件下陈化消解24 48小时，在140 170°C下干燥，干燥后，再进行粉磨至比表面积不小于300m2/kg得到的固体粉末； (2)脱硫石膏的制备将潮湿的烟气脱硫石膏在130°C_160°C的温度下煅烧3-5小时，冷却后粉磨至比表面积不小于300m2/kg的固体粉末； (3)将高炉矿渣28 55%、粉煤灰22 45 %、复合固体激发剂6 10 %、脱硫石膏5 15%依次加入磨机,混磨20 60分钟,磨至比表面积不小于300m2/kg,再加入比表面积不小于400m2/kg的钢渣粉O 18%，充分混合即得复合胶凝材料；或是将所述高炉矿渣、粉煤灰、复合固体激发剂、脱硫石膏、钢渣分别进行粉磨后，再混合均匀即得复合胶凝材料。
全文摘要
本发明涉及一种复合胶凝材料及其制备方法，属于建筑材料。本发明各原料所占重量比为高炉矿渣粉28～55％，钢渣粉0～18％，粉煤灰22～45％，脱硫石膏5～15％，复合固体激发剂6～10％。将上述物料依次加入磨机，混磨20～60分钟，磨至比表面积不小于300m2/kg，再与比表面积粉磨至400m2/kg以上的钢渣粉充分混合即得复合胶凝材料，或是将各种物料分别磨细后再混合均匀。本发明具有材料易得，碱性强，在空气中稳定，激发效果显著等优点。具有工业废弃物利用率高、成本低廉、工艺简单等优点，可以作为325R～425复合水泥使用，或在混凝土工程及制作混凝土制品中用作胶凝材料。
文档编号C04B22/16GK102633461SQ20121009755
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者周建梅, 郝润霞 申请人:内蒙古科技大学