專利名稱：新型復(fù)合膠凝材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料、環(huán)保領(lǐng)域，涉及用幾種常見的工業(yè)廢棄物制造新型復(fù)合膠凝材料的技術(shù)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是利用工業(yè)廢棄物礦渣、脫硫石膏與粉煤灰，輔以少量的外加劑與激發(fā)劑研制一種環(huán)保型的復(fù)合膠凝材料。
水泥是傳統(tǒng)的膠凝材料，在為人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)由于其高資源、高能源消耗以及造成的嚴(yán)重環(huán)境污染，越來越不符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，因此被稱為"夕陽工業(yè)"。各國紛紛出臺(tái)相應(yīng)的措施限制水泥工業(yè)規(guī)模的發(fā)展，競相賦予水泥技術(shù)以更高的科技含量，使它為人類造福的同時(shí)不至于給環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，各國也相繼發(fā)展新型的綠色膠凝材料，以取代這種傳統(tǒng)的膠凝材料。
粒化高爐礦渣是鋼鐵企業(yè)用鐵礦石冶煉生鐵在(1400 1600)T:的過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年鐵廠的礦渣排放量高達(dá)3000萬噸以上，分布在我國的17個(gè)省、市、自治區(qū)。我國粉煤灰量大，綜合利用率低，主要以貯存為主。每1萬t粉煤灰貯存占地13341112以上,到目前為止全國粉煤灰貯量達(dá)10億t以上，占地面積超過480km2，由于電廠遍及全國各地，又多建于城市或市郊，因此不少貯存灰場占用了大量的可耕地，造成了資金和土地資源的浪費(fèi)。更重要的是粉煤灰質(zhì)輕，遇到多風(fēng)季節(jié)會(huì)隨意飛揚(yáng)，其影響范圍可達(dá)數(shù)公里，造成了嚴(yán)重的大氣污染、土壤污染和水資源污染，對(duì)大氣環(huán)境和電廠周圍居民的生活環(huán)境和健康造成了很大影響。燃煤電廠、煉油廠等會(huì)向大氣中排放大量的有害氣體二氧化硫。對(duì)燃煤電廠排放的二氧化硫采用脫硫凈化工藝技術(shù)處理，即得脫硫石膏，我國的脫硫石膏綜合利用率低。這些廢渣的排放、堆積，不僅消耗大量人力、財(cái)力，而且污染環(huán)境。探索這些工業(yè)廢棄物的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
礦渣主要含有氧化鈣、氧化硅、氧化鋁等氧化物，有大量玻璃體組成的礦渣就是粒狀高爐礦渣。?；郀t礦渣具有潛在活性，其中玻璃體的含量越高，則粒化高爐礦渣的活性也就越高。在適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)劑的作用下，可以發(fā)生水化產(chǎn)生強(qiáng)度。脫硫石膏的化學(xué)成分是二水硫酸鈣晶體(CaS04 2H20)，其經(jīng)低溫煅燒后失水變成硬石膏，在脫硫石膏粉煤灰為主的體系中除自身凝結(jié)產(chǎn)生強(qiáng)度外，還起到硫酸鹽激發(fā)劑的作用，有一定的激發(fā)效果。其含有少量未反應(yīng)的CaC03和部分可溶鹽，如K+、 Na+鹽，這些雜質(zhì)的存在都可以加速水化，激發(fā)活性。
3粉煤灰由大量硅鋁玻璃體組成，具有火山灰活性，其和脫硫石膏的體系在水泥存在及硫酸鹽等激發(fā)劑的激發(fā)作用下，能形成一定強(qiáng)度的膠結(jié)材。水泥加水后
迅速水化，產(chǎn)生Ca(OH)2，和堿性激發(fā)劑一起提高體系的堿度，破壞粉煤灰及礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu)，使其中的Si02和Al203溶解出來，Ca(OH)2與溶解出來的Si02和A1203反應(yīng)生成水化硅酸鈣C-S-H與水化鋁酸鈣。脫硫石膏中的硫酸根離子就與新生成的水化鋁酸鈣或Ca(OH)2和活性Al203相作用生成水化硫鋁酸鈣。其主要水化產(chǎn)物為鈣礬石和水化硅酸鈣，其次還有水化鋁酸鈣(C2AH8)、水化鋁硅酸鈣(C2ASH8)等，這些水化產(chǎn)物交織在一起產(chǎn)生強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以礦渣、脫硫石膏與粉煤灰為主要原料，復(fù)合少量的礦物外加劑水泥與消石灰，并在大量研究的基礎(chǔ)上選出合適的化學(xué)激發(fā)劑，使該體系具有較好的膠凝性能，在一定范圍內(nèi)能取代部分水泥使用。該發(fā)明利用的是工業(yè)廢棄物，首先給廢棄物的利用提供了途徑，減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)，也降低了成本，減少了資源消耗；同時(shí)它是免燒的新型膠凝材料，所以極大的降低了能源消耗。另外，它在一定程度上可以取代水泥，可以減少水泥的生產(chǎn)，也就是減少了水泥生產(chǎn)過程中的高資源、能源消耗，也減少了其對(duì)環(huán)境造成的巨大壓力。所以，這種新型的復(fù)合膠凝材料是一種綠色環(huán)保型的建筑材料，符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的趨勢，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式如下將脫硫石膏在500'C 65(TC的溫度下煅燒，升溫速率控制在10。C/min左右，升至規(guī)定溫度后在該溫度下保溫lh 2h。所得的脫硫石膏與粉煤灰、礦渣及其他外加劑復(fù)配，即得到這種復(fù)合膠凝材料。
該膠凝材料的配方如下(質(zhì)量比)
脫硫石膏15 25
粉煤灰(低鈣II級(jí))20 30
礦渣40 55
水泥3 8
消石灰5 12
無水氯化鈣(外摻)4 6
該復(fù)合凝膠材料其各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》
(GB175-1999)中42.5等級(jí)普通硅酸鹽水泥的各項(xiàng)要求，在一定范圍內(nèi)能夠取代該等級(jí)的普通硅酸鹽水泥運(yùn)用于實(shí)際工程。
具體實(shí)施例方式
用主要原材料有脫硫石膏、粉煤灰、礦渣、水泥、消石灰，分析純無水CaCl2。脫硫石膏取自杭州半山電廠的灰白色原狀脫硫石膏，0.045mm方孔篩篩余11. 9%，原狀脫硫石膏自由水含量為15%;粉煤灰為上海寶鋼發(fā)電廠排放，比表面積為385m2/kg;礦渣為上海寶田公司生產(chǎn)的?；郀t礦渣，燒失量為1.77%，磨細(xì)后比表面積為450n^/kg;水泥為海豹牌普通硅酸鹽42.5級(jí)水泥；消石灰為市售產(chǎn)品。脫硫石膏、粉煤灰、水泥、消石灰的主要化學(xué)成分如表1所示。表1原材料的化學(xué)成分/%
原料so3CaOSi02A1203Fe203MgONa20K20Ti02MnO結(jié)晶水
脫硫石膏41.8031.241.820. 390. 200. 640. 050. 13——18. 56
粉煤灰—2. 2855.9132. 333. 481,23
礦渣0. 2340. 7433. 8214. 441.440. 36■—一0. 470. 36—
水泥2. 5360. 1420. 527. 632. 602. 590. 230.610. 32一_
消石灰—92. 371.490.510. 230. 50
選取膠凝材料的如下三個(gè)配方(質(zhì)量比)
① 脫硫石膏15;粉煤灰(低鈣II級(jí))30;礦渣47;水泥3;消石灰5;無水氯化鈣(外摻)6
② 脫硫石膏18;粉煤灰(低鈣II級(jí))27;礦渣40;水泥7.5;消石灰:7.5;無水氯化鈣(外摻)4
③ 脫硫石膏25;粉煤灰(低鈣II級(jí))15;礦渣50;水泥5;消石灰5;無水氯化鈣(外摻)5
按以上配比配置，加入標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量(先將無水氯化鈣溶于水中)，拌和，所得材料的基本性能如表2
表2復(fù)合膠凝材料的基本性能
項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求復(fù)合膠凝材料配方①配方②配方③
凝結(jié)時(shí)間/h:min初凝》0:453:423:183:10
終凝《10:005:545:225:20
抗折強(qiáng)度/MPa3d》3.53.653.784.05
28d》6.57.247.697.95
抗壓強(qiáng)度/MPa3d》16.018.5619.9220.08
28d》42.552.0754.2655.48
細(xì)度/%(80拜方孔篩篩余)《102.522
安定性合格合格合格合格
本發(fā)明在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得出來的配比，保證了最大化利用固體廢棄物，而且生產(chǎn)出來的復(fù)合膠凝材料各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是后期強(qiáng)度表現(xiàn)明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。國內(nèi)外尚未見過用相似材料研究出如此高強(qiáng)度等級(jí)的復(fù)合膠凝材料。
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)合膠凝材料，特征在于各組分質(zhì)量比為脫硫石膏15～25低鈣II級(jí)粉煤灰20～30礦渣40～55水泥3～8消石灰5～12外摻無水氯化鈣4～6。
2. —種復(fù)合膠凝材料，特征在于建筑用砂與面層粉刷材料的比例在1.5 2，且建筑用砂無雜質(zhì)，含泥量不超過3%，粒徑小于2，5mm。
3. 制備權(quán)利要求1所述復(fù)合膠凝材料的方法，特征在于將脫硫石膏在500°C 65(TC的溫度下煅燒，升溫速率控制在10"C/min左右，升至規(guī)定溫度后在該溫度下保溫lh 2h，所得的脫硫石膏與粉煤灰、礦渣及其他外加劑復(fù)配，即得到這種復(fù)合膠凝材料。
全文摘要
一種復(fù)合膠凝材料，將脫硫石膏在500℃～650℃的溫度下煅燒，升溫速率控制在10℃/min左右，升至規(guī)定溫度后在該溫度下保溫1h～2h。所得的脫硫石膏與粉煤灰、礦渣及其他外加劑復(fù)配，即得到這種復(fù)合膠凝材料。其中建筑用砂與面層粉刷材料的比例在1.5～2，且建筑用砂無雜質(zhì)，含泥量不超過3％，粒徑小于2.5mm。
文檔編號(hào)C04B28/14GK101462864SQ200710172798
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者敏 吳, 施惠生, 王中平 申請人:同濟(jì)大學(xué)