本发明涉及混凝土材料技术领域，更具体地，涉及一种磷渣硅铝基胶凝材料及其制备方法。
背景技术：
磷渣是伴随着黄磷生产时产生的工业固体废渣。随着我国黄磷用量的不断加大，所带来的磷渣也越来越多，而现在磷渣主要以露天堆放的形式进行，带来的环境问题日趋严重。长期堆放不仅浪费大量的土地资源，而且在风雨的作用下，严重污染周边大气和土壤。随着国家对环保工作的重视，越来越多的企业开始寻求磷渣的高效利用途径。
磷渣和矿渣较为相似，具有较高的潜在水化特性。近些年来，大量研究者将磷渣运用到和硅铝基胶凝材料方面，例如磷渣水泥等。由于磷渣中三氧化二铝含量较少、早期活性较低，且含有一定量五氧化二磷等成分，对硅酸盐水泥有缓凝作用，磷渣硅酸盐水泥凝结速度过于缓慢，会影响水泥基材料早期强度的发展，严重制约了当前磷渣水泥的推广和应用。对于磷渣活性的激发，当前通常采用添加烧明矾石、硫酸钠、硫酸钙、碳酸钠、强碱等化学外加剂，或是机械活化等方法，以用来提高磷渣水泥早期水化速度。这些方法虽对磷渣的活性起到不同程度的激发作用，但是强碱性化学激发剂的使用限制了工业的生产和应用，以使多数方法仍停留在实验室阶段。
同时，在工业上，现有技术中大多研究者只是在水泥熟料中添加少量磷渣作为添加料，使得最终得到符合要求的胶凝材料的成本仍然较高。因此，如何在工业上有效地利用磷渣以及提高得到的磷渣硅酸盐水泥胶凝材料的凝结速度是本领域中一直探寻的课题。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种磷渣硅铝基胶凝材料，该磷酸硅铝基胶凝材料力学强度较好，具有良好的稳定性和环境友好性能。
该磷渣硅铝基胶凝材料的固体物料由如下重量份的原料组成：10～45份磷渣、15～55份矿渣、5～20份粉煤灰、3～8份脱硫石膏和10～30份硅酸盐水泥。即制备本发明的磷渣硅铝基胶凝材料由上述原料组成的固体物料制备得到。本发明利用较高量磷渣和部分矿渣，粉煤灰等工业固体废弃物制备硅铝基胶凝材料，其性能达到了国家标准，可以大幅度降低材料成本，与此同时解决了磷渣的缓凝作用。
在本领域的胶凝材料中通常是由固体物料和水调和而成，在本发明中，还包括占所述固体物料总重量50～60wt％的水。即该磷渣硅铝基胶凝材料由上述固体物料和占所述固体物料总重量50～60wt％的水混合制得。
在本发明一个优选实施方式中，所述磷渣硅铝基胶凝材料的固体物料由如下重量份的原料组成：20～40份磷渣、25～50份矿渣、8～15份粉煤灰、5～6份脱硫石膏和15～25份硅酸盐水泥。优选地是，所述磷渣硅铝基胶凝材料的固体物料由如下重量份的原料组成：30～35份磷渣、30～35份矿渣、8～10份粉煤灰、5～6份脱硫石膏和20～21份硅酸盐水泥。进一步优选地是，所述磷渣硅铝基胶凝材料的固体物料由如下重量份的原料组成：30～35份磷渣、30～35份矿渣、10份粉煤灰、5份脱硫石膏和20份硅酸盐水泥。更优选地是，所述磷渣硅铝基胶凝材料的固体物料由如下重量份的原料组成：35份磷渣、30份矿渣、10份粉煤灰、5份脱硫石膏和20份硅酸盐水泥。
进一步优选地是，固体物料的总重量份为100重量份。
在本发明中，重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。
在本发明中，所有固废原料均优选购自贵阳，本领域技术人员可以清楚地知晓该产地的固废原料的成分。
在本发明中，磷渣和矿渣均以粉状形式存在，其中，所述磷渣粉的比表面积优选为400～500m2/kg，矿渣粉的比表面积优选为350～450m2/kg，粉煤灰的比表面积优选为400～500m2/kg，脱硫石膏粉的比表面积优选为450～500m2/kg。
本发明的另一目的在于提供上述磷渣硅铝基胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
将固体物料磷渣、矿渣、粉煤灰、脱硫石膏以及硅酸盐水泥按配比混合，加入占所述固体物料总质量50～60wt％的水，均匀混合。
本发明通过利用磷渣、矿渣、粉煤灰、脱硫石膏等工业固体废渣作为原料来制备硅铝基胶凝材料，不仅使制备硅铝基胶凝材料的成本降低，而且在节省资源的同时也减少了数种工业固体废弃物对环境的危害，与此同时解决了磷渣的缓凝作用，具有显著的社会效益和环境效益。本发明得到的硅铝基胶凝材料，性能达到国家标准的同时，可以大幅度降低材料成本，与此同时解决了磷渣的缓凝作用。本发明所制备的磷渣硅铝基胶凝材料力学强度较好，具有良好的稳定性和环境友好性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。其中，磷渣粉、粉煤灰、脱硫石膏、电石渣、矿渣粉均购自贵阳。
在下述实施例中，磷渣粉的比表面积为500m2/kg，矿渣粉的比表面积为400m2/kg，粉煤灰的比表面积为500m2/kg，脱硫石膏粉的比表面积为475m2/kg。
实施例1
本实施例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥20％，磷渣粉20％，矿渣粉45％，粉煤灰10％，脱硫石膏5％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为8.0mpa，抗压强度为39.64mpa。测得材料初凝时间为58min，终凝时间为116min。(经过实验测得实验配比为磷渣粉20％，pii水泥80％的磷渣复合水泥的初凝时间为65min，终凝时间为218min。)
实施例2
本实施例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥20％，磷渣粉25％，矿渣粉40％，粉煤灰10％，脱硫石膏5％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为7.69mpa，抗压强度为32.36mpa。测得其初凝时间为60min，终凝时间为121min。(经实验测得实验配比为磷渣粉25％，pii水泥为75％的磷渣复合水泥的初凝时间为66min，终凝时间为220min。)
实施例3
本实施例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥20％，磷渣粉30％，矿渣粉35％，粉煤灰10％，脱硫石膏5％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为9.11mpa，抗压强度为38.89mpa。测得材料的初凝时间为64min，终凝时间为121min。(经实验测得实验配比为磷渣粉30％，pii水泥为70％的磷渣复合水泥的初凝时间为65min，终凝时间为222min。)
实施例4
本实施例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥20％，磷渣粉35％，矿渣粉30％，粉煤灰10％，脱硫石膏5％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为9.83mpa，抗压强度为50.84mpa。测得材料的初凝时间为60min，终凝时间为125min。(经实验测得实验配比为磷渣粉35％，pii水泥为65％的磷渣复合水泥的初凝时间为70min，终凝时间为230min。)
实施例5
本实施例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥20％，磷渣粉40％，矿渣粉25％，粉煤灰10％，脱硫石膏5％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为7.25mpa，抗压强度为48.83mpa。测得其材料的初凝时间为70min，终凝时间为140min。(经实验测得实验配比为磷渣粉40％，pii水泥为60％的磷渣复合水泥的初凝时间为110min，终凝时间为241min。)
实施例6
本实施例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥21％，磷渣粉35％，矿渣粉30％，粉煤灰8％，脱硫石膏6％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为9.56mpa，抗压强度为45.65mpa。测得材料的初凝时间为63min，终凝时间为121min。(经实验测得实验配比为磷渣粉35％，pii水泥为65％的磷渣复合水泥的初凝时间为70min，终凝时间为230min。)
实施例7
本实施例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥10％，磷渣粉45％，矿渣粉30％，粉煤灰7％，脱硫石膏8％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为6.53mpa，抗压强度为36.56mpa。测得材料的初凝时间为90min，终凝时间为180min。(经实验测得实验配比为磷渣粉45％，pii水泥为55％的磷渣复合水泥的初凝时间为125min，终凝时间为260min。)
对比例1
本对比例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、磷石膏、电石渣、矿渣粉、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥20％，磷渣粉35％，矿渣粉30％，电石渣10％，磷石膏5％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为5.68mpa，抗压强度为30.84mpa。测得材料的初凝时间为68min，终凝时间为200min。(经实验测得实验配比为磷渣粉35％，pii水泥为65％的磷渣复合水泥的初凝时间为70min，终凝时间为230min。)
对比例2
本对比例提供了一种磷渣硅铝基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：
1)原料预处理、混料：将磷渣、氟石膏、粉煤灰、电石渣、普通52.5硅酸盐水泥按质量百分含量为：普通52.5硅酸盐水泥20％，磷渣粉35％，电石渣粉30％，粉煤灰10％，氟石膏5％，加入适量水，水占固体物料总重量的50％，并混料均匀后得到混合物，将料浆倒入容器中搅拌2min，使料浆被充分搅匀。
2)成型处理：将步骤1)混合物将倒入模具中，盖上保鲜膜。待试块有一定强度并脱模后，于恒温养护箱下进行养护28d。
3)性能测试：对其抗折强度和抗压强度进行测试和分析。测得材料抗折强度为6.15mpa，抗压强度为30.98mpa。测得材料的初凝时间为69min，终凝时间为205min。(经实验测得实验配比为磷渣粉35％，pii水泥为65％的磷渣复合水泥的初凝时间为70min，终凝时间为230min。)
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。