[0001]
本发明属于建筑材料中砂浆领域，具体涉及一种以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆及其制备方法。
背景技术：
[0002]
国内大量燃烧煤炭，导致大量的so2排放。随着科技水平的不断提高，一种洁净燃煤技术的半干法循环流化床出现并广泛使用。脱硫灰渣是指含硫煤与固硫剂(一般是石灰石)以一定比例混合后在半干法循环流化床内经过850～900℃燃烧固硫后排出的固体废弃物，脱硫灰渣中含有亚硫酸钙、硫酸钙、氧化钙等。由于半干法循环流化床锅炉的广泛应用，产生大量脱硫灰渣，脱硫灰渣中的硫化物主要是亚硫酸钙，倘若利用不合理，会导致so2再次释放出来，造成二次污染；脱硫灰渣中还存在游离cao，它可能会在试样水化过程中引起体积不均匀膨胀，造成试样安定性不良等问题，该废渣因成分和性能的复杂性而大大限制了其有效的规模化利用。目前，大量脱硫灰渣以堆放形式存在，长期堆放也会因其内部的so2污染土地，占用土地的使用面积，利用率较低，有待于进行研究及合理利用。
[0003]
国内大部分高楼大厦、桥梁、高速公路、各种电站以及其他建筑都在使用水泥，对水泥的需求量很高，价格方面也有所上涨；水泥的制造是造成大量co2排放的主要原因。因此，对于可替代水泥，制备低水泥砂浆，甚至零水泥砂浆的研究至关重要。
[0004]
高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。高炉熔渣用大量水淬冷后，可制成含玻璃体为主的细粒水渣，有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，显示出水硬胶凝性能，是优质水泥原料。我国生产的水泥有70～80％掺用了不同数量的水渣。
[0005]
再生骨料为由废弃混凝土制备的骨料，生产和利用建筑垃圾再生骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义。
[0006]
近几年，脱硫灰渣的产量越来越多，但关于脱硫灰渣的应用研究并不太多，尤其是在砂浆方面的应用研究。申请公布号为cn102659365a的中国发明专利申请提出了一种将脱硫灰渣干拌砂浆的制备方法，该方法以水泥、脱硫灰渣、细骨料、保水增稠材料、早强减水剂、发泡剂和速凝剂为原料，先对早强减水剂、发泡剂和速凝剂混合均匀，再将水泥、脱硫灰渣、细骨料和保水增稠材料混合均匀，最后共同拌合均匀来制备脱硫灰渣干拌砂浆。该方法使用了大量水泥，导致生产成本较高，所制备试样的抗压强度仍较低；申请公布号为cn104909620a的中国发明专利申请提出了一种含有半干法脱硫灰的保温砂浆及制备方法，该方法是以矿渣、钢渣、保温砂、半干法脱硫灰、水泥、添加剂为胶粉、pp(聚丙烯)纤维、纤维素醚、木质纤维和甲酸钙为原料，先对半干法脱硫灰和钢渣进行烘干和破碎，再将半干法脱硫灰、钢渣、矿渣、水泥和添加剂进行混合搅拌，再加入以玻化微珠保温砂每公斤85％～100％的水，再加入玻化微珠保温砂进行混合搅拌来制备半干法脱硫灰的保温砂浆。该方法利用的添加剂较多，生产过程较为复杂，也利用了水泥材料，这都导致生产成本较高，并且所制备试样的抗压强度较低。
[0007]
上述方法都是利用半干法脱硫灰渣来制备砂浆，但是在砂浆的制备过程仍不可避免地以水泥为原料，不利于减排的需求，并且生产成本高、试样强度低。
[0008]
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现要素：
[0009]
本发明的目的在于提供一种以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆及其制备方法，以解决目前的砂浆以水泥为基本原料，不利于减排，并且生产成本高、试样强度低的问题。
[0010]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0011]
一种以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆，由以下重量份的原料制备得到：脱硫灰渣400～440份，高炉矿渣140～180份，再生骨料1080～1240份，硫酸钙11.6～17.4份，氢氧化钙33～35份，超塑化剂23.2～34.8份，水232～290份。
[0012]
优选地，所述脱硫灰渣由以下重量百分比的组分组成：sio
2 45～50％，al2o
3 18～22％，fe2o
3 3～6％，cao 17～20％，so
3 2～4％，其它mgo、k2o、na2o合计2～4％。
[0013]
优选地，所述脱硫灰渣的比表面积为750～850m2/kg。
[0014]
优选地，所述高炉矿渣由以下重量百分比的组分组成：sio
2 30～35％，al2o
3 15～18％，cao 40～45％，mgo 4～7％，fe2o
3 0.1～1％。
[0015]
优选地，所述高炉矿渣的比表面积为500～600m2/kg。
[0016]
优选地，所述脱硫灰渣和/或高炉矿渣的粒径为：通过200目筛子的筛余量小于10％。
[0017]
优选地，所述再生骨料的稳定密度为2.35-2.50kg/m3，烘干密度为2.25-2.40kg/m3，吸水率为4.2-4.3％。
[0018]
优选地，所述再生骨料的粒径为0.15～5mm。
[0019]
优选地，所述再生骨料的含泥量为5％以下。
[0020]
上述以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
[0021]
(1)将脱硫灰渣、高炉矿渣、再生骨料混合均匀，得混合粉体；
[0022]
(2)将硫酸钙、氢氧化钙、超塑化剂、水混合均匀，得混合液；
[0023]
(3)将步骤(1)所得的混合粉体和步骤(2)所得的混合液混合均匀；
[0024]
优选地，步骤(3)中，所述混合均匀为在140～285r/min的转速下搅拌5～8min。
[0025]
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
[0026]
本发明利用脱硫灰渣、高炉矿渣及再生骨料100％取代水泥来制备零水泥砂浆，属于砂浆制备领域的首创。本发明的零水泥砂浆制备所使用的原料中：硫酸钙能提高砂浆的抗压强度，氢氧化钙作为碱激发材料，能激发脱硫灰渣的火山灰活性以提高抗压强度，超塑化剂能调整砂浆的流动性及对砂浆起到减水的效果。与现有的砂浆相比，使用脱硫灰渣、高炉矿渣等工业废料作为原料，不仅生产成本低、使工业废料资源化利用，并且能够避免水泥的使用，进而极大地减少水泥生产时大量的co2排放。更为重要的是，建筑施工对浆体材料强度的要求较高，本发明中的绿色低碳零水泥砂浆具有较高的强度，符合建筑施工的需求，即在降低成本的同时，还符合强度要求。由本发明的零水泥砂浆制备的试样抗压强度高，能够满足工业应用。
具体实施方式
[0027]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
本发明的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆，由以下重量份的原料制备得到：脱硫灰渣为400～440份(比如400份、405份、410份、415份、420份、425份、430份、435份、440份)、高炉矿渣为140～180份(例如140份、145份、150份、155份、160份、165份、170份、175份、180份)、再生骨料为1080～1240份(例如1080份、1120份、1160份、1200份、1240份)、硫酸钙为11.6～17.4份(11.6份、12.6份、14.5份、15.4份、17.4份)、氢氧化钙为33～35份(例如33份、34份、35份)、超塑化剂为23.2～34.8份(例如23.2份、29份、34.8份)和水为232～290份(例如232份、240份、250份、260份、270份、270份、280份、290份)。具体的，脱硫灰渣、高炉矿渣、再生骨料、硫酸钙、氢氧化钙、超塑化剂、水的重量份可以依次为：435份、145份、1160份、14.5份、34.8份、23.2份、232份，或者425份、155份、1120份、17.4份、35份、34.8份、240份，或者415份、165份、1200份、11.6份、33.6份、23.2份、290份，或者400份、180份、1220份、14.5份、34.5份、23.2份、232份)。
[0029]
在本发明具体实施例中，脱硫灰渣由以下重量百分比的组分组成：sio245～50％(例如45％、47％、49％、50％)，al2o
3 18～22％(例如18％、19％、20％、21％、22％)，fe2o
3 3～6％(例如3％、4％、5％、6％)，cao 17～20％(例如17％、18％、19％、20％)，so
3 2～4％(例如2％、3％、4％)，mgo、k2o、na2o合计2～4％(例如2％、3％、4％)。
[0030]
脱硫灰渣的比表面积为750～850m2/kg(例如750m2/kg、780m2/kg、800m2/kg、8200m2/kg、840m2/kg、850m2/kg)。
[0031]
高炉矿渣由以下重量百分比的组分组成：sio
2 30～35％(例如30％、32％、34％、35％)，al2o
3 15～18％(例如15％、16％、17％、18％)，cao 40～45％(例如40％、42％、44％、45％)，mgo 4～7％(例如4％、5％、6％、7％)，fe2o
3 0.1～1％(例如0.1％、0.3％、0.7％、0.9％、1％)。
[0032]
高炉矿渣的比表面积为500～600m2/kg(例如500m2/kg、520m2/kg、540m2/kg、560m2/kg、580m2/kg、600m2/kg)。
[0033]
脱硫灰渣和/或高炉矿渣的粒径为：通过200目筛子的筛余量小于10％。
[0034]
再生骨料的稳定密度为2.48kg/m3，烘干密度为2.39kg/m3，吸水率为4.26％。再生骨料的粒径为0.15～5mm(例如0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm)。再生骨料的含泥量为5％以下。
[0035]
超塑化剂为聚羧酸系超塑化剂。
[0036]
本发明的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆的制备过程具体如下：
[0037]
(1)将购买的脱硫灰渣、高炉矿渣经过球磨机进行研磨，使用200目的筛子进行筛选，使得筛余量小于10％(例如8％、6％、4％、2％)；
[0038]
(2)对再生骨料用水清洗后，经105℃烘箱烘干2h，使再生骨料内的含泥量小于5％；
[0039]
(3)将研磨后的脱硫灰渣、高炉矿渣及清洗并干燥后的再生骨料进行低速搅拌以防止灰尘逸出，混合均匀后得混合粉体；
[0040]
(4)将硫酸钙、氢氧化钙、聚羧酸系超塑化剂和水，搅拌均匀，得混合液；
[0041]
(5)将步骤(1)所得的混合粉体和步骤(2)所得的混合液混合在一起搅拌5min，得以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆。
[0042]
步骤(1)中，脱硫灰渣和高炉矿渣的研磨及整体的拌和要认真规范，脱硫灰渣的化学成分尽可能相似，如脱硫灰渣化学成分有较大差异不利于对砂浆的力学性能方面的控制。
[0043]
本发明的零水泥砂浆把脱硫灰渣和高炉矿渣混合后替代水泥，并将再生骨料替代砂用于砂浆中，提高了循环流化床锅炉的应用，促进绿色能源道路的可持续发展，达到节能减排、变废为宝的目的。
[0044]
以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。以下实施例中：
[0045]
脱硫灰渣，比表面积为839m2/kg，购自平顶山瑞平电厂，具体组成为：sio
2 48.95％，al2o
3 20.56％，fe2o
3 4.25％，cao 19.12％，so
3 3.34％，mgo1.99％，k2o 1.01％，na2o 0.78％；
[0046]
高炉矿渣，比表面积为600m2/kg，购自巩义市龙泽净水材料有限公司，具体组成为：sio
2 34.21％，al2o
3 17.11％，cao 42.73％，mgo 5.36％，fe2o30.59％；
[0047]
再生骨料，粒径为0.15～5mm，实验室自制，稳定密度为2.48kg/m3，烘干密度为2.39kg/m3，吸水率为4.26％，含泥量为5％以下；
[0048]
超塑化剂为聚羧酸系超塑化剂，购自江苏苏博特新材料股份有限公司。
[0049]
实施例1
[0050]
本实施例的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆，由以下重量份的原料制备得到：脱硫灰渣为435份、高炉矿渣为145份、再生骨料为1160份、硫酸钙为14.5份、氢氧化钙为34.8份、超塑化剂为23.2份和水为232份。
[0051]
本实施例的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆的制备过程具体如下：
[0052]
(1)将购买的脱硫灰渣、高炉矿渣经过球磨机进行研磨，使用200目的筛子进行筛选，使得筛余量小于10％；
[0053]
(2)对再生骨料用水清洗后，经105℃烘箱烘干2h，使再生骨料内的含泥量小于5％；
[0054]
(3)将研磨后的脱硫灰渣、高炉矿渣及清洗并干燥后的再生骨料进行140r/min的低速搅拌，混合均匀后得混合粉体；
[0055]
(4)将硫酸钙、氢氧化钙、超塑化剂和水，按照低速140r/min搅拌均匀，得混合液；
[0056]
(5)将步骤(1)所得的混合粉体和步骤(2)所得的混合液混合在一起高速285r/min搅拌5min，得以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆。
[0057]
本实施例的砂浆质量性能如下：实施(1)～(5)中的步骤制备得到砂浆试块，1天后脱模，放入水中养护，试样28d的抗压强度达40mpa，91d的抗压强度达50mpa。因此，可以通过该配比制备较高强度的零水泥砂浆。
[0058]
实施例2
[0059]
本实施例的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆，由以下重量份的原料制备得到：脱硫灰渣为425份、高炉矿渣为155份、再生骨料为1120份、硫酸钙为17.4份、氢氧化钙为35份、超塑化剂为34.8份和水为240份。
[0060]
本实施例的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆的制备过程具体如下：
[0061]
(1)将购买的脱硫灰渣、高炉矿渣经过球磨机进行研磨，使用200目的筛子进行筛选，使得筛余量小于10％；
[0062]
(2)对再生骨料用水清洗后，经105℃烘箱烘干2h，使再生骨料内的含泥量小于5％；
[0063]
(3)将研磨后的脱硫灰渣、高炉矿渣及清洗并干燥后的再生骨料进行140r/min的低速搅拌，混合均匀后得混合粉体；
[0064]
(4)将硫酸钙、氢氧化钙、超塑化剂和水，按照低速140r/min搅拌均匀，得混合液；
[0065]
(5)将步骤(1)所得的混合粉体和步骤(2)所得的混合液混合在一起高速285r/min搅拌5min，得以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆。
[0066]
本实施例的砂浆质量性能如下：实施(1)～(5)中的步骤制备得到砂浆试块，1天后脱模，放入水中养护，试样28d的抗压强度达40mpa，91d的抗压强度达50mpa。因此，可以通过该配比制备较高强度的零水泥砂浆。
[0067]
实施例3
[0068]
本实施例的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆，由以下重量份的原料制备得到：脱硫灰渣为415份、高炉矿渣为165份、再生骨料为1200份、硫酸钙为11.6份、氢氧化钙为33.6份、超塑化剂为23.2份和水为290份。
[0069]
本实施例的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆温度制备过程具体如下：
[0070]
(1)将购买的脱硫灰渣、高炉矿渣经过球磨机进行研磨，使用200目的筛子进行筛选，使得筛余量小于10％；
[0071]
(2)对再生骨料用水清洗后，经105℃烘箱烘干2h，使再生骨料内的含泥量小于5％；
[0072]
(3)将研磨后的脱硫灰渣、高炉矿渣及清洗并干燥后的再生骨料进行140r/min的低速搅拌，混合均匀后得混合粉体；
[0073]
(4)将硫酸钙、氢氧化钙、超塑化剂和水，按照低速140r/min搅拌均匀，得混合液；
[0074]
(5)将步骤(1)所得的混合粉体和步骤(2)所得的混合液混合在一起高速285r/min搅拌5min，得以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆。
[0075]
本实施例的砂浆质量性能如下：实施(1)～(5)中的步骤制备得到砂浆试块，1天后脱模，放入水中养护，试样28d的抗压强度达40mpa，91d的抗压强度达50mpa。因此，可以通过该配比制备较高强度的零水泥砂浆。
[0076]
实施例4
[0077]
本实施例的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆，由以下重量份的原料制备得到：脱硫灰渣为400份、高炉矿渣为180份、再生骨料为1220份、硫酸钙为14.5份、氢氧化钙为34.5份、超塑化剂为23.2份和水为232份。
[0078]
本实施例的以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆的制备过程具体如下：
[0079]
(1)将购买的脱硫灰渣、高炉矿渣经过球磨机进行研磨，使用200目的筛子进行筛选，使得筛余量小于10％；
[0080]
(2)对再生骨料用水清洗后，经105℃烘箱烘干2h，使再生骨料内的含泥量小于5％；
[0081]
(3)将研磨后的脱硫灰渣、高炉矿渣及清洗并干燥后的再生骨料进行140r/min的低速搅拌，混合均匀后得混合粉体；
[0082]
(4)将硫酸钙、氢氧化钙、超塑化剂和水，按照低速140r/min搅拌均匀，得混合液；
[0083]
(5)将步骤(1)所得的混合粉体和步骤(2)所得的混合液混合在一起高速285r/min搅拌5min，得以脱硫灰渣为原料的零水泥砂浆。
[0084]
本实施例的砂浆质量性能如下：实施(1)～(5)中的步骤制备得到砂浆试块，1天后脱模，放入水中养护，试样28d的抗压强度达40mpa，91d的抗压强度达50mpa。因此，可以通过该配比制备较高强度的零水泥砂浆。
[0085]
对比例1
[0086]
对比例1与实施例1的区别在于：不添加脱硫灰渣，其他原料、组份与实施例1相同，在此不再赘述。
[0087]
性能测试结果表明：本对照例中制备得到的砂浆28d的抗压强度达4mpa，91d的抗压强度达18mpa。
[0088]
对比例2
[0089]
对比例2与实施例1的区别在于：不添加高炉矿渣，其他原料、组份与实施例1相同，在此不再赘述。
[0090]
性能测试结果表明：本对照例中制备得到的砂浆28d的抗压强度达5mpa，91d的抗压强度达7mpa。
[0091]
综上所述，实施例1～4中试样的抗压强度随龄期的增长而增长，零水泥砂浆28d抗压强度均可达35mpa，91d抗压强度均可达45mpa，因较高的抗压强度可应用于建筑施工方面，并且该砂浆是100％利用固废材料制成，如能合理加以利用，可有效缓解环境的污染问题，降低脱硫灰渣的储量，达到变废为宝的目的，符合可持续发展的理念。
[0092]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。