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CN102863160A - 一种复合固体激发剂及由其制备的硅铝质胶凝材料 - Google Patents

一种复合固体激发剂及由其制备的硅铝质胶凝材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于无机非金属材料领域，涉及用于混凝土的材料，特别涉及一种复合固体激发剂及由其制备的硅铝质胶凝材料。所述复合固体激发剂由偏硅酸盐和/或硅酸盐，以及碱性钠盐组成。由所述复合固体激发剂制备的硅铝质胶凝材料以矿渣、粉煤灰等为主要原材料，充分利用了天然和工业废弃物，实现了对二次资源的重新整合利用。所获得的硅铝质胶凝材料具有良好的胶凝性能、良好的工作性能、适中的强度、便利的施工性能、较少的能源消耗、较低的环境负荷以及相对低廉的成本，可用于工业与民用建筑、交通、市政和水利等混凝土预制构件，亦可用于现浇混凝土结构。

Description

一种复合固体激发剂及由其制备的硅铝质胶凝材料
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域，涉及用于混凝土的材料，特别涉及一种复合固体激发剂及由其制备的硅铝质胶凝材料。
背景技术
水泥作为最大宗的人造建筑材料，给人来文明带来了质的飞跃。据不完全统计，2001年全世界水泥年产量已达到17亿吨。我国是水泥工业大国，水泥业作为我国基础性原材料工业的支柱之一，在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位。目前，我国水泥工业存在诸多问题：生产能源资源消耗高、环境污染严重、生态失调等等，这些问题直接影响到了人类的生活、工作和社会环境。在可持续发展已成为人类共识的今天，我国水泥及水泥基材料研究重点已逐渐转为：利用水泥工业可有效消化和降解废弃物的独特优势，加大对各种固体废弃物的资源化利用；大力发展替代能源、资源或低品位原燃料在水泥产业的综合利用技术；研究开发低能源资源消耗、低环境负荷及具性能特色的水泥。正因为如此，近年来围绕硅铝质胶凝材料的研究和应用是层出不穷。硅铝质胶凝材料利用天然或人工的含硅、铝的渣体经磨细加工，在碱性条件下，通过类似地质聚合物的聚合作用，形成具有较高的强度、长期的化学稳定性和耐久性的胶凝材料，无须高温煅烧，对资源依赖小。同时，硅铝质胶凝材料还一定程度上解决了固体废弃物的排放、环境污染等问题。但目前，利用该技术思路制备的硅铝质胶凝材料还存在成品质量波动较大、液体激发剂不利于生产、强碱不利于安全、产品性能不稳定等问题，因而未得到广泛的应用。
因此，为更为有效地利用工业废渣，亟待寻求一条稳定可靠的技术途径，可以制备质量稳定、使用性能良好以及安全性能好的新型硅铝质胶凝材料，以实现经济、社会和环境的可持续发展。
发明内容
本发明的目的之一是：利用硅酸盐和偏硅酸盐中的至少一种，并按一定比例与碱性钠盐复配制备出复合固体激发剂，以解决传统激发剂的“水性”和“强碱性”带来的施工和安全问题。
本发明的目的之二是：利用磨细矿渣、磨细粉煤灰和复合超细微粉混合后的活性互补与颗粒级配优化，提供一种良好的硅铝酸盐质固体粉料，通过复合激发剂的活性激发作用，制备出胶凝性能良好、工作性能良好、强度适中、施工便利以及环境负荷小的硅铝质胶凝材料。
因此，本发明提供如下描述的复合固体激发剂及由其制备的硅铝质胶凝材料。
本发明提供一种复合固体激发剂，该复合固体激发剂含有4至8质量份的选自偏硅酸盐和硅酸盐中的至少一种物质和2至6质量份的碱性钠盐。
本发明还提供一种硅铝质胶凝材料，其由以下组分组成：以质量份计，磨细矿渣：60-70份；磨细粉煤灰：20-30份；复合超细微粉：5-10份；所述的复合固体激发剂：8-12份；外加剂：0.3-1.2份。
使用本发明的复合固体激发剂获得的硅铝质胶凝材料具有良好的胶凝性能、良好的工作性能、适中的强度、便利的施工性能、较少的能源消耗、较低的环境负荷以及相对低廉的成本，可用于工业与民用建筑、交通、市政和水利等混凝土预制构件，亦可用于现浇混凝土结构。
具体实施方式
本发明的复合固体激发剂可以由4至8质量份的偏硅酸盐和2至6质量份的碱性钠盐组成；或者可以由5至7质量份的偏硅酸盐，0.5至1质量份的硅酸盐和2至4质量份的碱性钠盐组成。
本发明的复合固体激发剂中，所述偏硅酸盐为偏硅酸钠或其水合物，优选偏硅酸钠的水合物；所述硅酸盐为硅酸钠；所述碱性钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠，优选氢氧化钠。
本发明的硅铝质胶凝材料中，所述磨细矿渣为冶炼生铁时排出的水淬粒化高炉矿渣经磨细加工而成，比表面积在400-600m2/kg之间，用于磨细加工的水淬粒化高炉矿渣属于碱性或中性矿渣。所述磨细粉煤灰为燃煤炉烟道气体中收集的细灰经磨细加工而成，磨细加工后经0.045mm方孔筛的筛余质量不超过20％，用于磨细加工的粉煤灰为II级或III级原状灰。所述超细复合微粉为微硅粉和超细重质碳酸钙按照质量比为2至4∶6至8的混合物，所述微硅粉的比表面积为20000-25000m2/kg，超细重质碳酸钙的比表面积为10000-15000m2/kg。所述的外加剂为水溶性钡盐类，例如，氯化钡或硝酸钡，优选氯化钡。
本发明中所述的比表面积的数值是按照《水泥比表面积测定方法勃氏法》(GB/T8074-2008)规定的方法，测定获得的数值。
所述II级或III级原状灰是根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)技术要求划分的。本发明用于磨细加工的粉煤灰属于II级或III级粉煤灰。
本发明的复合固体激发剂及由其制备的硅铝质胶凝材料的制备方法和步骤如下：
(1)以质量份数计，按比例称取4至8质量份的选自偏硅酸盐和硅酸盐中的至少一种物质和2至6质量份的碱性钠盐后，混合均匀，得到复合固体激发剂。
(2)以质量份数计，先将0.3-1.2份外加剂加入到20-30份水中，搅拌至全部溶解，得到外加剂水溶液。
(3)以质量份数计，按比例称取60-70份磨细矿渣粉、20-30份磨细粉煤灰以及5-10份复合超细微粉后混合均匀，然后加入8-12份上述复合固体激发剂，并充分搅拌确保混合均匀，得到粉体混合物。
(4)将制备的外加剂水溶液加入到该粉体混合物中，在搅拌机中搅拌120-240秒，得到硅铝质胶凝材料，出机后立即装模、成型以及收光。
本发明的优点在于：
(1)其主要原材料为矿渣、粉煤灰和石灰石粉，不仅拓展了用于生产胶凝材料的原材料来源，而且充分利用了天然和工业废弃物，实现了对二次资源的重新整合利用。
(2)不需要像传统水泥那样必须经过“两磨一烧”，只需通过粉磨和激发剂便可以获得要求的强度，大大节约了资源和能源，同时减少了对环境的污染，具有良好的经济和社会效应。
(3)实现了复合固体激发剂与多元复合磨细粉体胶结材预混合的胶凝材料制备技术，不再使用液体激发剂，不需大量掺加强碱类激发剂，提高了施工的便捷性和安全性，为硅铝质胶凝材料的规模化生产奠定了一定的基础。
(4)与传统水泥基胶凝材料相比，通过上述途径制备的硅铝质胶凝材料同样具备良好的力学性能和施工性能，并且耐腐蚀性能独特。
下面以实施例的方式来说明本发明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1-6
按照如下表1，以质量份数计，先将外加剂加入到水中，搅拌至全部溶解，获得外加剂水溶液。然后，称取并混合磨细矿渣、磨细粉煤灰、复合超细微粉和复合固体激发剂得到均匀的粉体混合物，将制备的外加剂水溶液加入到该粉体混合物中，搅拌均匀，获得胶凝材料。
根据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性检验方法》(GB/T1346-2001)测定所得胶凝材料初凝时间和终凝时间，结果如下表2。
根据《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T17671-1999)测定由所述胶凝材料获得的标准胶砂试件3天(3d)的抗折强度和抗压强度，以及28天(28d)的抗折强度和抗压强度，结果如下表2。
Figure BDA0000074039230000051
参照《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)对矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的部分物理指标的具体要求：初凝时间不小于45分钟，终凝时间不大于600分钟，并且强度指标如下表3所示：
表3.通用硅酸盐水泥(部分)不同龄期的强度指标
Figure BDA0000074039230000061
通过与上述数据对照，按实施例2、3、4、5所得胶凝材料在凝结时间和强度指标方面能够满足《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)对强度等级为42.5或42.5R矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的技术要求，并且该材料早期强度(3d)发展较快，后期强度(28d)已接近强度等级为52.5或52.5R水泥的技术要求。
实施例7
根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)规定的方法，按照实施例3制备的硅铝质胶凝材料配制出中高强度等级的流动性混凝土，其强度等级相当于C40普通水泥混凝土。
用该硅铝质胶凝材料制备的混凝土配合比见表4。
根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2002)、《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)以及《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)所得试验结果见表5。
表4.硅铝质胶凝材料混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0000074039230000062
表5.混凝土拌合物性能及力学性能、抗氯离子渗性能试验结果
Figure BDA0000074039230000071
在本发明所列举的各种组成材料：磨细矿渣、磨细粉煤灰、复合超细微粉、复合固体激发剂和外加剂的上下限值以及区间都能实现本发明，在此不再一一列举实施例。

Claims (10)

1.一种复合固体激发剂，该复合固体激发剂含有4至8质量份的选自偏硅酸盐和硅酸盐中的至少一种物质和2至6质量份的碱性钠盐。
2.根据权利要求1所述的复合固体激发剂，该复合固体激发剂由4至8质量份的偏硅酸盐和2至6质量份的碱性钠盐组成。
3.根据权利要求1所述的复合固体激发剂，该复合固体激发剂由5至7质量份的偏硅酸盐，0.5至1质量份的硅酸盐和2至4质量份的碱性钠盐组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合固体激发剂，其中所述偏硅酸盐为偏硅酸钠或其水合物；所述硅酸盐为硅酸钠；所述碱性钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠。
5.一种硅铝质胶凝材料，其由以下组分组成：以质量份计，磨细矿渣：60-70份；磨细粉煤灰：20-30份；复合超细微粉：5-10份；权利要求1-4任一项所述的复合固体激发剂：8-12份；外加剂：0.3-1.2份。
6.根据权利要求5所述的硅铝质胶凝材料，其中，所述磨细矿渣为冶炼生铁时排出的水淬粒化高炉矿渣经磨细加工而成，比表面积在400-600m2/kg之间，用于磨细加工的水淬粒化高炉矿渣属于碱性或中性矿渣。
7.根据权利要求5或6所述的硅铝质胶凝材料，其中，所述磨细粉煤灰为燃煤炉烟道气体中收集的细灰经磨细加工而成，磨细加工后经0.045mm方孔筛的筛余质量不超过20％，用于磨细加工的粉煤灰为II级或III级原状灰。
8.根据权利要求5或6所述的硅铝质胶凝材料，其中，所述超细复合微粉为微硅粉和超细重质碳酸钙按照质量比为2至4∶6至8的混合物，所述微硅粉的比表面积为20000-25000m2/kg，超细重质碳酸钙的比表面积为10000-15000m2/kg。
9.根据权利要求5或6所述的硅铝质胶凝材料，其中，所述的外加剂为水溶性钡盐类。
10.根据权利要求9所述的硅铝质胶凝材料，其中，所述的外加剂为氯化钡或硝酸钡，并应优选氯化钡。
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