专利名称：用边缘性石灰石岩矿常温下制造硅酸钙类胶凝材料的方法
技术领域：
本发明是用边缘性石灰石岩矿常温(20～40℃)下制造硅酸钙类胶凝材料的方法，属建筑材料的制备技术，特别涉及地基灌浆材料的制备技术。
现有的水泥生产技术是利用一定氧化钙(CaO)含量范围内的石灰石或其它钙质材料加入硅铝质矿物(如粘土等)在高温1400～1450℃下反应生成硅酸钙为主的熟料，再配入一定量石膏粉磨而成硅酸盐水泥。“二磨一烧”是其主要工艺特点，为此消耗高能量，每公斤硅酸盐水泥达5300～7100KJ(干焦耳)，相当于每吨硅酸盐水泥耗标准煤183～245公斤(包括用电耗煤)。高能耗、高污染及消耗大量高纯石灰石和粘土资源给水泥生产带来高纯石灰石资源短缺、高成本、消耗巨大能源，对环境和生态造成极大的污染等严重问题。另外，现有的地基压注灌浆技术可分为三大类一是有机物化灌技术，利用有机化学材料(环氧树脂、氨基树脂等)压灌入地层，虽具有凝固速度快，灌浆阻力小、强度较高的优点，但成本高、耐久性差、对人有毒，因此形成水源污染；二是水玻璃化灌技术，这类材料可灌性亦较好，凝结时间可调，但耐久性亦较差；三是超细水泥灌浆技术，具有良好的固结强度和耐久性，但灌浆阻力大，成本亦较高，生产超细水泥消耗高能源和造成高污染。
本发明的目的就是为了克服和解决现有水泥生产存在高能耗、高成本、消耗大量高纯石灰石，对生态环境造成污染以及现有地基灌浆技术材料成本高、耐久性差、污染水源等的缺点和问题，研究发明一种能在常温下利用一般工业废弃不用的低钙高镁石灰石、生产过程不污染环境、能耗低、且可在施工现场用简单的机械直接生产材料使用，不需设厂生产以及生产的材料可代替水泥用于地基灌浆、补强及墙体材料的胶凝材料的用边缘性石灰石岩矿常温下制造硅酸钙类胶凝材料的方法。
本发明是通过下述技术方案来实现的用边缘性石灰石岩矿常温下制造硅酸钙类胶凝材料的工艺流程框图如
图1所示。其方法步骤为(1)选料及破碎石灰石可选用低钙的泥质灰岩(氧化钙CaO≤48％，二氧化硅SiO2≥8％)，或高镁白云质灰岩(CaO≤35％，氧化镁MgO＞10％)；然后可用通用用的矿石破碎机进行破碎(上述的石灰岩的CaO、SiO2、MgO的含量可通过通用的化学全分析方法确定)；(2)预粉磨成粗粉及储存把破碎后的石灰石矿采用干法或湿法粉磨并均采用0.4～0.6％的硅酸钠作为助磨剂，预粉磨成中值粒径D50达15μm以下的粗粉，作配料储存；(3)工业水玻璃改性及检验、储存采用模数M(SiO2/Na2O重量比)为2.0～3.5、玻美度Be＞38°的工业水玻璃，经通用的氟硅酸钾法和盐酸滴定法准确测定其SiO2浓度及Na2O浓度后，定量加入工业级烧碱(NaOH)固体；预先亦须准确测定其Na2O含量，使配制后的改性水玻璃SiO2/Na2O摩尔比为1.80±0.05，混合后的液固相系统需在水冷却条件下搅拌直至完全均匀为止，均匀的标准是分上中下三层抽样检查SiO2/Na2O摩尔比偏差不超过±1％，或玻美度偏差不超过±0.8％；检验合格后，作配料储存在使用之前，一般都要搅拌机再次搅拌均匀；(4)高速搅拌均匀及浆体超细粉磨把上述方法步骤预先粉磨成的粗粉与改性后的工业水玻璃按下述基本配方配制后，直接在胶体磨中进行超细浆体湿磨，超细粉磨后最终粉体的中值粒径D50应在2μm以下，并且要使这种粉体在储浆桶内一直搅拌以保持最佳分散状态直至使用；(5)成品预制或地基现场灌浆利用胶体磨直接进行超细浆体湿磨配制好的改性水玻璃——石灰石混合物后，便可制作预制件成品或在地基现场灌浆，浆液灌注(使用)前都必须高速搅拌混合物1～2分钟，使细颗粒充分分散悬浮；成品预制工艺是改性水玻璃——石灰石粉混合物浆料与骨料混合、搅拌后倒入成型模中成型，然后进行养护，便制成了成品；地基现场灌浆是把浆料高速搅拌后用灌浆泵直接灌进地层中，并适当进行养护；其使用基本配方为若要使浆液在1小时左右凝固(失去流动性)及7～14天固砂强度达3～5MPa，石灰石水玻璃浆液的液/固重量比(L/S)应控制在0.4～0.8范围内；若考虑到浆液粘度及流动性要进一步放宽，可以适当稀释改性后的水玻璃溶液，使玻美度从43°～45°的起始值降至38°～40°，经配制及高速搅拌均匀后的石灰石水玻璃浆液的粘度约为200～1200厘泊范围内；如果需要延长浆液的凝固时间，可以进一步稀释改性的水玻璃浆液，使其玻美度降至36°～38°，但要付出降低强度的代价；一般维持玻美度在36°～38°时，固砂强度仍可维持在2MPa以上；(6)材料养护将浆液经向地层饱满注浆以后，一般在7天之内发挥80～90％的强度，此时温度不应过低，应保持20℃以上；灌浆后的地层7天之内不应有压力水的灌入；在作胶凝材料使用时，应把其固化后的试体或制品放在20～40℃、RH≥95％条件下养护7天以上；应当在湿空气中或完全密封保湿条件下养护。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果(1)本发明完全利用低钙高杂质含量的石灰石岩矿资源，可利用资源范围很广。并且用在常温附近的化学方法生产有一定硅酸钙含量的胶凝材料，可以代替水泥生产地基灌浆及补强材料、墙体材料等胶凝材料，目前本发明生产的材料固结强度虽仍比不上水泥，但在用于上述两类材料时是足够的。弱地基固结后强度可达2～5MPa，墙体材料可达3～6MPa，完全满足这两种材料的要求。其最大优点是节能，把硅酸钙类材料的生成温度从1200～1450℃降到常温附近。其次是利用边缘性石灰石资源，不与水泥及冶金行业抢夺高纯度石灰石矿；(2)采用本发明生产的材料进行地基灌浆，最大优点是大大降低成本，其成本约为超细水泥灌浆的1/3～1/4，化灌成本的1/5～1/8，水玻璃化灌材料的1/4～1/5。本发明亦可用于工民建的旋喷固化之中，每吨浆液的成本亦比水泥浆液成本低30％～40％ 左右；(3)本发明的另一优点是与水泥灌浆材料相比有较好的可灌性；与水玻璃类灌浆材料相比有较高的固结强度及耐久性，与化灌材料相比无毒且耐久性大大增加；(4)与现有的胶凝材料(水泥)生产技术相比，最明显的优点是大大降低能耗。如果用作灌浆材料，每米3超细水泥浆液的材料(1087Kg水泥)生产能耗平均约为6739MJ(兆焦耳)。而每米3水玻璃——石灰石浆液中有约788Kg水玻璃，电炉法生产能耗约为630MJ，加上石灰石粉磨能耗180MJ，合计约为810MJ，只为超细水泥浆液能耗的12％左右，而且大大减少了对环境的污染；(5)与现有的灌浆技术相比，本发明能保证有很好的材料耐久性，可与水泥媲美，并有很好的可灌性，不污染地下水源，是一种低成本、低污染、高耐久性、使用方便的新型胶凝材料；(6)本发明利用胶体磨直接湿法粉磨配制好的改性水玻璃——石灰石粗粉混合物，可以大大简化生产工艺，并且提高浆液的性能。这种生产方法可以实现直接在灌浆现场边磨浆边灌注，或在制品生产现场边磨浆边成型的生产方法，大大降低施工或生产成本；(7)本发明不需设厂生产材料、低能耗、低污染、综合利用资源，符合21世纪可持续发展策略的绿色环保的目标。
下面对说明书附图进一步说明如下图1是用边缘性石灰石岩矿常温下制造硅酸钙类胶凝材料的工艺流程图。
本发明的实施方式，只要按上面说明书所述的方法步骤逐步进行操作便能较好地实施本发明。发明人经过长时期的研究、试验，有很多的实际的实施例，下面仅举两例说明如下在实施过程中，石灰石岩矿的破碎可用颚式破碎机；预先粉磨成粗粉的粉磨机可用球磨粉磨机；工业水玻璃的改性工艺的搅拌机可用浆叶式搅拌机；水玻璃石灰石浆液的高速搅拌分散机可用每分钟转速1440转的搅拌机；石灰石水玻璃浆液超细湿磨机可用GSM-III型水泥湿磨机；储浆搅拌机可选转速300r/min的搅拌机；预制件成型搅拌机可选转速60r/min的搅拌机；地基现场灌注灌浆泵可选压力7Mpa的灌浆泵。
例1采用广东翁源地区一种高镁石灰岩(CaO32.55％，MgO19.17％)，广东产工业水玻璃，其模数M＝3.15，玻美度Be‘＝40°，化学纯NaOH石灰石经超细粉磨后，5～1μm颗粒占52.2％，＜1μm的颗粒占38.7％，最可几粒径约为1.25μm；当液/固＝0.75时，不同浓度水玻璃——石灰石浆液凝固时间为水玻璃玻美度45.55°时，凝固时间为0.5小时；玻美度为38.50°时，凝固时间为0.75小时；水玻璃——石灰石浆液的固砂强度为液/固比为0.435时，龄期7天为6.88MPa，14天龄期为8.63MPa；液/固比为0.58时，龄期7天为13.2MPa，14天为18.6MPa，试体尺寸2×2×2cm。
例2采用广东英德地区一种低钙石灰岩(CaO34.40％，SiO210.42％)，广东产工业水玻璃，其模数M＝3.50，玻美度Be‘＝39°，化学纯NaOH。
石灰石经超细粉磨后，5μm的颗粒占75.7％，中值粒径D50为2.0μm。水玻璃玻美度为46.4°，当液/固比为0.58时，水玻璃——石灰石浆液凝固时间为0.6小时，粘度为1170厘泊，固砂强度，7天龄期为2.93MPa，14天龄期为4.78MPa。试体尺寸4×4×16cm。
例3采用广东梅州地区一种高镁石灰岩(CaO34.74％，MgO13.77％)，广东产工业水玻璃，其模数M＝2.84，玻美度Be‘＝38°，化学纯NaOH。石灰石粗粉中值粒径D50为13.5μm。水玻璃玻美度45°，当液/固比为0.58时，水玻璃——石灰石浆液凝固时间为0.5小时，粘度为750厘泊，固砂强度7天龄期为6.42MPa，14天龄期为9.56MPa。试体尺寸Φ3×3cm。
权利要求
1.一种用边缘性石灰石岩矿常温下制造硅酸类胶凝材料的方法，其特征在于其方法步骤为(1)选料及破碎石灰石可选用低钙的泥质灰岩，其氧化钙CaO≤48％，二氧化硅SiO2≥8％，或高镁白云质灰岩，其CaO≤35％，氧化镁MgO＞10％；然后可用通用的矿石破碎机进行破碎；(2)预粉磨成粗粉及储存把破碎后的石灰石矿采用干法或湿法粉磨并均采用0.4～0.6％的硅酸钠作为助磨剂，预粉磨成中值粒径D50达15μm以下的粗粉，当配料储存；(3)工业水玻璃改性及检验、储存采用模数M，即SiO2/Na2O重量比为2.0～3.5、玻美度Be＞38°的工业水玻璃，经通用的氟硅酸钾法和盐酸滴定法准确测定其SiO2浓度及Na2O浓度后，定量加入工业级烧碱固体；预先亦须准确测定其Na2O含量，使配制后的改性水玻璃SiO2/Na2O摩尔比为1.80±0.05，混合后的液固相系统需在水冷却条件下搅拌直至完全均匀为止，均匀的标准是分上中下三层抽样检查SiO2/Na2O摩尔比偏差不超过±1％，或玻美度偏差不超过±0.8％；检验合格后，作配料储存；在使用之前都要搅拌机再次搅拌均匀；(4)高速搅拌均匀及浆体超细粉磨把上述方法步骤预先粉磨成的粗粉与改性后的工业水玻璃按下述基本配方配制后，直接在胶体磨中进行超细浆体湿磨，超细粉磨后最终粉体的中值粒径D50应在2μm以下，并且要使这种粉体在储浆桶内一直搅拌以保持最佳分散状态直至使用；(5)成品预制或地基现场灌浆利用胶体磨直接进行超细浆体湿磨配制好的改性水玻璃——石灰石粗粉混合物后，便可制作预制件成品或在地基现场灌浆，浆液灌注、使用前都必须高速搅拌混合物1～2分钟，使细颗粒充分分散悬浮；成品预制工艺是改性水玻璃——石灰石粉混合物浆料与骨料混合、搅拌后倒入成型模中成型，然后进行养护，便制成了成品。地基现场灌浆是把浆料高速搅拌后用灌浆泵直接灌进地层中，并适当进行养护；其使用基本配方为若要使浆液在1小时左右凝固失去流动性及7～14天固砂强度达3～5Mpa，石灰石水玻璃浆液的液/固重量比应控制在(L/S)为0.4～0.8范围内；若考虑到浆液粘度及流动性要进一步放宽，可以适当稀释改性后的水玻璃溶液，使玻美度从43°～45°的起始值降至38°～40°，经配制及高速搅拌均匀后的石灰石水玻璃浆液的粘度约为200～1200厘泊范围内；如果需要延长浆液的凝固时间，可以进一步稀释改性的水玻璃浆液，使其玻美度降至36°～38°；一般维持玻美度在36°～38°时，固砂强度仍可维持在2MPa以上；(6)材料养护将浆液经向地层饱满注浆以后，一般在7天之内发挥80～90％的强度，此时温度不应过低，应保持20℃以上；灌浆后的地层7天之内不应有压力水的灌入；在作胶凝材料使用时，应把其固化后的试体或制品放在20°～40℃、RH≥95％条件下养护7天以上；应当在湿空气中或完全密封保湿条件下养护。
全文摘要
本发明是用边缘性石灰石岩矿常温下制造硅酸钙类胶凝材料的方法,其步骤为:(1)选低钙泥质灰岩或高镁白云质灰岩进行破碎;(2)加助磨剂预磨成粗粉;(3)改性工业水玻璃;(4)把预磨成粗粉的石灰石与改性水玻璃配制后进行浆体超细湿磨;(5)经超细湿磨后的水玻璃—石灰石浆液便可制作预制件或可地基现场灌浆,然后再进行材料养护。本发明所用边缘性石灰石资源丰富、不需设厂生产、工艺简单、节能、低成本、低污染、材料高耐久性。
文档编号C04B28/26GK1245786SQ99117089
公开日2000年3月1日 申请日期1999年9月10日 优先权日1999年9月10日
发明者文梓芸, 殷素红, 尹茂 申请人:华南理工大学