本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系。
背景技术：
脱硫石膏又称排烟脱硫石膏，是对含硫燃料(煤、油等)燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理得到的工业副产石膏。脱硫石膏主要矿物相为二水硫酸钙，主要杂质为碳酸钙、氧化铝和氧化硅，其他成分有方解石、α-石英、α-氧化铝、氧化铁和长石、方镁石等。其CaSO4·2H2O含量一般达90%~95%。其颗粒粒径一般不超过90μm，且粒径分布范围小，约85.0%以上的颗粒粒径在(30~60)μm之间。脱硫石膏的含水率高，一般为10.0%~15.0%。
我国火电厂燃煤量约占全国煤炭产量的1/3，其中电力燃煤每年向大气中排放的二氧化硫占我国二氧化硫排放总量的50%，加剧了大气污染的严重程度。为降低二氧化硫排放量，工业脱硫技术得到了快速发展，其中烟气脱硫技术是一种已经形成大规模商业化应用的脱硫技术，并且烟气脱硫工艺到目前为止已经达到了200多种，但这类技术在降低二氧化硫排放的同时也产生了大量工业脱硫石膏。由于脱硫石膏相比天然石膏水分含量高，矿相变化对温度十分敏感，且其成分复杂，为其大规模的消纳增加了难度。而我国建材行业对石膏的需求量较大，而高品位的天然石膏储量不足，且分布不均衡。因此，改进脱硫石膏应用技术，实现其大规模资源化利用意义深远。
我国现阶段脱硫石膏仅在以下几个领域中有少量应用：粉刷石膏、水泥辅料、石膏板、石膏粉、石膏粘结剂、农用改良土壤、矿山填埋用灰浆、路基材料等，并且这些应用过程技术含量低，且未形成工业规模。用脱硫石膏代替天然石膏生产石膏建材，实现脱硫石膏的大消纳量、低能耗、高效的资源化利用目标，不仅是立足于废弃物的再利用，更是实现了脱硫石膏的绿色化应用，拓宽了其利用途径。
对脱硫石膏的现阶段应用主要包括两个方面：一是石膏胶凝材料的制备；二是石膏制品的制作。前者一般是将二水石膏加热使之部分或全部脱去水分，以制备不同的脱水石膏相；后者一般是指将脱水石膏再水化，使之再次生成二水石膏并形成所需的硬化体。在非煅烧情况下直接使用，其胶凝性差，硬化后强度不理想，耐水性差。而在煅烧后胶凝性虽然有所改善，但硬化强度和耐水性依然不理想。现阶段将脱硫石膏作为外加剂掺入胶凝材料其用量有限，不能实现大消纳量处理。水硬性复合胶凝体系为脱硫石膏作为胶凝材料开拓了广阔应用领域，在水泥和其他胶凝材料地双重激发下，改善了原有弊端，可实现脱硫石膏的资源化应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系。
本发明提出的一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，由脱硫石膏、矿渣粉、偏高岭土、煅烧煤矸石、烧粘土、硅藻土、水泥、硅酸钠、氟硅酸镁和纳米钙矾石组成，各组分的重量比为：
脱硫石膏 100
矿渣粉 50-140
偏高岭土 10-30
煅烧煤矸石 5-20
烧粘土 10-20
硅藻土 10-25
水泥 2.5-40
硅酸钠 1-3
氟硅酸镁 0.1-0.4
纳米钙矾石 1-5。
各组分较佳的重量比为：
脱硫石膏 100
矿渣粉 70-110
偏高岭土 10-20
煅烧煤矸石 5-15
烧粘土 10-20
硅藻土 10-20
水泥 3-10
硅酸钠 1-2
氟硅酸镁 0.2-0.4
纳米钙矾石 1-3。
本发明中，所述脱硫石膏为电厂烟气脱硫石膏在60℃低温下干燥除去自由水的非煅烧脱硫石膏。
本发明中，所述矿渣粉为S95矿渣粉。
本发明中，所述偏高岭土是超细高岭土经低温煅烧而形成的无定型硅酸铝。
本发明中，所述煅烧煤矸石是煤矸石在750℃-800℃的温度下煅烧后经磨细而成，其比表面积为350-450m2/Kg。
本发明中，所述烧粘土是粘土质物质低温煅烧后经磨细而成，其比表面积为350-450m2/Kg。
本发明中，所述硅藻土为天然硅藻土经700℃-900℃的温度下煅烧后经磨细而成，其比表面积为350-450m2/Kg。
本发明中，所述水泥为52.5级普通硅酸盐水泥。
本发明中，所述硅酸钠为工业级化工产品。
本发明中，所述氟硅酸镁为工业级化工产品。
本发明中，所述纳米钙矾石为采用氢氧化钙、氢氧化铝、偏铝酸钠和硫酸钠等原料人工合成，干燥磨细，全部通过0.045mm方孔筛。
本发明提出的非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系的制备方法，具体步骤为：按前述各重量比例称取各组分，将脱硫石膏、矿渣粉、偏高岭土、煅烧煤矸石、烧粘土、硅藻土、水泥、硅酸钠、氟硅酸镁和纳米钙矾石通过机械混合至均匀状态。
本发明提出的非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系的使用方法，具体步骤如下：准确称量前述水硬性复合胶凝材料和水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况下，再将复合胶凝材料匀速投入搅拌机。搅拌均匀后即可施工。加水量为本发明材料重量的20%~40%。
本发明中，脱硫石膏作为主要的胶凝组分，其他各组分作为辅助胶凝材料，与脱硫石膏一起组成复合胶凝体系。矿渣粉、偏高岭土、煅烧煤矸石、烧粘土和硅藻土等火山灰质混合材料，活性高，能激发脱硫石膏的胶凝性，将结构中原本作为惰性填料存在的脱硫石膏颗粒转化为水硬性的钙矾石，为体系提供强度。而一般来说，含有大量矿物辅助胶凝材料的胶凝体系早期强度较低，引入适量的水泥熟料经自身水化不仅可以在早期生成C-S-H凝胶，提高早期强度，同时水化生成的氢氧化钙和硅酸钠作为碱激发剂激发混合物中火山灰质材料的活性。氟硅酸镁作为一种混凝土增强剂，弥补因脱硫石膏掺入过多造成胶凝体系强度较低的不足。纳米钙矾石为人工合成材料，其在浆体体系中，作为晶核，促诱导水化所形成的钙矾石和水化硅酸钙结晶生长，缩短浆体凝结时间、加快浆体早期强度发展。选择这几种材料作为胶凝材料，是利用其各自的特点相辅相成，既考虑到早期强度的发展，又照顾到后期强度和耐水性的提高。
本发明提供一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系。用本发明代替传统的硅酸盐水泥胶凝体系，可以带来直接的、良好的经济效益，保证了国内脱硫石膏废弃物的资源化利用，为中国实现可持续发展、发展循环经济、建设节约型社会意义重大。
本发明为一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，在满足一定力学性能、工作性能及耐久性能的前提下，最大限度地采用各种工业废弃物为原材料，具有很高的环境效益和社会效益。本发明产品具备优良的力学性能、耐久性能、工作性能和安全性能。
本发明可供石膏建材生产厂或一般建筑材料厂生产，广泛适用于预制水泥制品，如加气混凝土砌块、泡沫混凝土等，也可以替代普通硅酸盐水泥应用于强度要求不高的混凝土和砂浆中。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明。
实施例1，一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，按照脱硫石膏100，矿渣粉50，偏高岭土10，煅烧煤矸石5，烧粘土10，硅藻土25，水泥2.5，硅酸钠1，氟硅酸镁0.1，纳米硅酸钙4的重量比配制而成。加水量为本发明材料重量的40%。性能测试结果见表1。
实施例2，一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，按照脱硫石膏100，矿渣粉80，偏高岭土20，煅烧煤矸石10，烧粘土15，硅藻土10，水泥10，硅酸钠2，氟硅酸镁0.3，纳米钙矾石1的重量比配制而成。加水量为本发明材料重量的30%。性能测试结果见表1。
实施例3，一种非煅烧脱硫石膏水硬性复合胶凝体系，按照脱硫石膏100，矿渣粉140，偏高岭土30，煅烧煤矸石20，烧粘土20，硅藻土20，水泥40，硅酸钠3，氟硅酸镁0.4，纳米钙矾石5的重量比配制而成。加水量为本发明材料重量的20%。性能测试结果见表1。
表1 实施例性能测试结果