專利名稱：鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用工業(yè)副產(chǎn)品為主要原料制備早期強(qiáng)度高、不起霜、無(wú)堿集料反應(yīng)的人造石的方法。
背景技術(shù)：
目前，硅酸鹽水泥常作為混凝土的膠凝材料。硅酸鹽水泥主要用石灰石、粘土和砂巖為原料，通過(guò)高溫煅燒得到水泥熟料，在水泥 熟料中加入一定量摻合材料和石膏研磨后，得到硅酸鹽水泥。不用或少用水泥熟料，直接用工業(yè)副產(chǎn)品(如礦渣、鋼渣、磷渣、粉煤灰、煤渣、煅燒煤矸石)，通過(guò)堿激發(fā)其水化活性，制備具有膠結(jié)能力的膠凝材料(即水泥)，用于制備混凝土(即人造石)。下面就是這方面的幾個(gè)專利技術(shù)(I)堿激發(fā)劑樸應(yīng)模等發(fā)明了一種環(huán)保型無(wú)熟料水泥及其制備方法，該水泥所含組份與配比為高爐礦禮:60 90份，石骨5 20份，氫氧化鈉O 3份,消石灰O 3份，明帆O 2份，石灰石O 5份，早強(qiáng)劑O 3份[樸應(yīng)模，樸海云.環(huán)保型無(wú)熟料水泥及其制備方法[P]，申請(qǐng)?zhí)?1128045. X，公開(kāi)號(hào):CN1405108]。黃振榮等發(fā)明了一種無(wú)熟料鋼渣、礦渣水泥，是采用鋼渣、礦渣及硅酸鉀鈉鹽和無(wú)水石膏組成的復(fù)合激發(fā)劑制成，其水泥的早期后期強(qiáng)度都能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求[黃振榮；王洪起；周維海；孫守祥.無(wú)熟料鋼渣、礦渣水泥[P].申請(qǐng)?zhí)?6105236. 8，公開(kāi)號(hào)CNl166462],張德成等鋼渣礦渣早強(qiáng)無(wú)熟料水泥的制造方法，是以鋼渣和礦渣為主要組成材料，加入一定量的鋁硅酸鉀(鈉)玻璃體作激發(fā)劑，共同粉磨而成[張德成；柏宜蓮；李樹(shù)海；趙玉振.鋼渣礦渣早強(qiáng)無(wú)熟料水泥[P]·申請(qǐng)?zhí)?2106614. 7，公開(kāi)號(hào):CN1081163]。嚴(yán)云等發(fā)明了一種無(wú)熟料免燒粉煤灰地聚合水泥，其特征是該水泥中按質(zhì)量百分比含有低鈣粉煤灰65 86%、含鈣物質(zhì)4 20%、堿性激發(fā)劑10 18%，外加劑O 5 %，其中，含鈣物質(zhì)是磷渣、窯灰或者石灰中的一種或者兩種以上的混合物，堿性激發(fā)劑是NaOH或者KOH與速溶粉狀硅酸鈉、液態(tài)硅溶膠、工業(yè)水玻璃的復(fù)合物，外加劑是早強(qiáng)劑和/或減水劑[嚴(yán)云；趙海君.無(wú)熟料免燒粉煤灰地聚合水泥[P]，申請(qǐng)?zhí)?00710050558. 0，公開(kāi)號(hào)CN101182164]。汪海龍等發(fā)明一種無(wú)熟料鋼渣粉膠凝材，所述無(wú)熟料鋼渣粉膠凝材，其組分包括鋼渣粉30-40wt% ;礦粉和/或粉煤灰44-62wt% ;石膏4_8wt% ;激發(fā)劑2_10wt%，激發(fā)劑為泡花堿(Na2S03)、硫酸鋁鉀和硅酸鹽水泥[汪海龍；楊剛；王幼琴；金強(qiáng)·鋼渣粉膠凝材[P],申請(qǐng)?zhí)?201110356060. 3，公開(kāi)號(hào):CN102491656A]。郭曉潞等發(fā)明了一種高鈣粉煤灰地聚合物膠凝材料及其制備方法，該地聚合物膠凝材料以高鈣粉煤灰為主要原料，以氫氧化鈉和液體狀的鈉水玻璃制得的溶液為復(fù)合化學(xué)外加劑[郭曉潞；施惠生.一種高鈣粉煤灰地聚合物膠凝材料及其制備方法[P].申請(qǐng)?zhí)?01010155902. 4，公開(kāi)號(hào)CN101830654A]。
鄭瑞宏等發(fā)明一種利用工業(yè)礦渣為主要原料制造的無(wú)熟料礦渣水泥，該水泥可以達(dá)到礦渣硅酸鹽水泥PS32. 5的各項(xiàng)性能指標(biāo)，由礦渣、石膏、石灰石、消石灰、水玻璃和明礬組成[鄭瑞宏；孫小明；郝向東；薛平[P].無(wú)熟料礦渣水泥及其生產(chǎn)方法申請(qǐng)?zhí)?01210056675. 9，公開(kāi)號(hào)CN102557496A] ·從上面的專利可以看出，為激發(fā)工業(yè)副產(chǎn)品(礦渣、鋼渣、磷渣、粉煤灰、煤渣、煅燒煤矸石)的活性，常用含堿(鉀或鈉)的氫氧化物或鹽為激發(fā)劑，這些物質(zhì)中的鉀或鈉易溶于水溶液中，與工業(yè)副產(chǎn)品反應(yīng)，激發(fā)工業(yè)副產(chǎn)品的活性，使其具有膠結(jié)能力，得到一定強(qiáng)度的人造石。在含堿的水泥水化時(shí)，其中所含的Na2O和K2O分離出來(lái)，成為強(qiáng)堿性的NaOH和Κ0Η,并與水泥中所含的石膏(CaSO4)等硫酸鹽反應(yīng)，生成Na2SCM和K2S04，它們是水溶性鹽類，隨著水分遷移到表面，水分蒸發(fā)后留下白色硫酸鈉或硫酸鉀晶體[何如良.建筑物表面起霜的原因及防治措施，四川建材，2007，(3) :61-63]。隨著堿遷移到水泥石表面，將影 響堿對(duì)水泥石內(nèi)部的工業(yè)副產(chǎn)品的激發(fā)，從而影響水泥石的后期強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用工業(yè)副產(chǎn)品為主要原料來(lái)制備早期強(qiáng)度高、不起霜、無(wú)堿集料反應(yīng)的人造石的方法。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的—種納沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于在工業(yè)副廣品中加入其質(zhì)量1-10%的鈉沸石、100-300%的集料、5-45%的早強(qiáng)劑、1-10%的海泡石、1-10%石灰、O. 01-2%的羥甲基纖維素，攪拌均勻后得到干粉狀的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石前驅(qū)體粉體，在該粉體中加入水，水的加入量為該粉體質(zhì)量的50%，攪拌均勻后，倒入模具中，自然養(yǎng)護(hù)28天，得到鈉沸石無(wú)機(jī)人造石；其中，工業(yè)副產(chǎn)品包括礦渣、鋼渣、磷渣、粉煤灰、煤渣、煅燒煤矸石中的一種；鈉沸石為經(jīng)過(guò)氫氧化鈉處理的天然沸石或由粉煤灰與氫氧化鈉水熱反應(yīng)制得的人造鈉沸石。上述工藝中，所述早強(qiáng)劑為煅燒明礬石礦粉、石膏、硫鋁酸鹽水泥、硅灰、玄武巖的混合物，其中，煅燒明礬石礦粉加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-20% ;石膏加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-10% ;硫鋁酸鹽水泥加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-10% ;硅灰加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-10% ;玄武巖加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-10%。所述的工業(yè)副產(chǎn)品為粉磨成粒徑小于80 μ m的粉體。所述天然沸石的氫氧化鈉處理方法為在水中加入其質(zhì)量100-1000%的天然沸石和1-50%氫氧化鈉，攪拌4-24h，過(guò)濾烘干；其中水的溫度為20-90°C，烘干溫度為80-120°C。所述人造鈉沸石的具體制備工藝為將除鐵后的粉煤灰粉磨成粒徑小于80 μ m的粉體，加入氫氧化鈉溶液中20-90°C水熱反應(yīng)4-24h，過(guò)濾后80-120°C烘干；其中，水的質(zhì)量為粉煤灰質(zhì)量的100-1000%，氫氧化鈉質(zhì)量為粉煤灰質(zhì)量的1-50%。所述煅燒明礬石礦粉是將明礬石礦石在600_800°C煅燒后粉磨成粒徑小于80 μ m的粉體。所述的石膏為天然二水石膏、磷石膏或脫硫石膏中的一種。
所述玄武巖為磨成粒徑小于80 μ m的粉體。所述的海泡石為分散開(kāi)的海泡石纖維。在本發(fā)明中，沸石是一種架狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，其內(nèi)部含有許多孔穴和通道。沸石具有巨大的比表面積(400 800m2/g)，且沸石構(gòu)架上的平衡陽(yáng)離子與構(gòu)架結(jié)合得不緊密，極易與水溶液中的陽(yáng)離子發(fā)生交換作用，因而沸石具有良好的吸附交換性能[何少華，黃仕元，金必慧.沸石在水和廢水處理中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程，2004，2(1) : 24 27]。本發(fā)明所用沸石為含鈉的沸石，當(dāng)水泥在水化時(shí)，溶液中的鈉含量較低時(shí)，沸石中的鈉將進(jìn)入溶液，激發(fā)工業(yè)副產(chǎn)品的強(qiáng)度；當(dāng)溶液中鈉的濃度增加時(shí)，沸石吸收過(guò)量的鈉。因此在水泥中加入鈉沸石，可以激發(fā)工業(yè)副產(chǎn)品的強(qiáng)度，避免起霜現(xiàn)象。Na+(K+)(溶液中)一Ca2+ (沸石中)
另外沸石還可抑制堿集料反應(yīng)，對(duì)水泥和混凝土的性能沒(méi)有不良影響[封孝信，馮乃謙，郝挺宇.高堿水泥利用的研究.水泥，2001，(8) :8-10]。本發(fā)明中，早強(qiáng)劑是能夠提高混凝土或水泥砂漿早期強(qiáng)度的添加劑。硅灰又稱硅粉，是用電弧爐冶煉硅金屬或硅鐵合金過(guò)程產(chǎn)生的工業(yè)煙塵，其顆粒超細(xì)，比表面積大，具有很高的火山灰活性。葉東忠研究發(fā)現(xiàn)在摻硅灰的水泥砂漿中摻入適量的硫酸鈉可迅速生成大量的鈣礬石晶體，提高水泥砂漿的密實(shí)度。同時(shí)促進(jìn)了硅灰的火山灰反[葉東忠.早強(qiáng)劑對(duì)摻硅灰的水泥砂漿強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)影響的研究.北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009,27 (2):8-11]。但用硫酸鈉為早強(qiáng)劑，硫酸鈉容易在人造石表面形成霜。管宗甫等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在少熟料水泥中引入無(wú)機(jī)礦物質(zhì)早強(qiáng)劑，可在水泥水化的適當(dāng)時(shí)間形成適量的鈣礬石，促進(jìn)早期凝聚網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，改善漿體密實(shí)度，賦予漿體較好的強(qiáng)度[管宗甫，楊久俊，楊力遠(yuǎn)，李笑天.早強(qiáng)劑在少熟料粉煤灰水泥中的應(yīng)用.粉煤灰綜合利用，1999，(I):8-10]。但管宗甫等沒(méi)有說(shuō)明早強(qiáng)劑的具體種類。水泥的泌水性也就是水泥的析水性，它是表示水泥加水后至水泥漿體形成穩(wěn)定的凝聚結(jié)構(gòu)前，過(guò)剩的水分從水泥漿體中析出的難易程度。用工業(yè)副產(chǎn)品為主要原料制備人造石，由于工業(yè)副產(chǎn)品水化活性低，反應(yīng)速率較低，使其泌水性較高。研究發(fā)現(xiàn)使用泌水性大的水泥所配制的混凝土，孔隙率提高，尤其是連通的毛細(xì)孔增多，混凝土的質(zhì)量不均，導(dǎo)致混凝土的抗?jié)B、抗凍、耐蝕等性能較差，且由于泌水造成的混凝土薄弱層，使混凝土的整體強(qiáng)度降低[付宜新，劉吉廷.水泥泌水性改善措施.中國(guó)水泥，2011，(5) :60-62]。聶國(guó)平認(rèn)為采用礦渣水泥和火山灰水泥，產(chǎn)生泌水的可能性大[聶國(guó)平.水泥混凝土泌水的危害及應(yīng)對(duì)措施.河南建材，2008，(2) :16-17]。為避免鈉沸石無(wú)機(jī)人造石在硬化過(guò)程中泌水，本發(fā)明加入了羥甲基纖維素為保水劑。本發(fā)明工藝的優(yōu)點(diǎn)是，用鈉沸石為堿激發(fā)劑，激發(fā)工業(yè)副產(chǎn)品的強(qiáng)度，避免人造石起霜現(xiàn)象，提聞喊的利用效率；另外，沸石還可抑制喊集料反應(yīng)，對(duì)人造石的性能沒(méi)有影響。早強(qiáng)劑采用煅燒明礬石礦、石膏、硫鋁酸鹽水泥、硅灰、玄武巖的混合物，該混合物不含堿，具有成本低，早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)。用石灰為人造石提供鈣源，為避免泌水，在人造石中加入了羥甲基纖維素為保水劑，保證了工業(yè)副產(chǎn)品后期水化所需水分。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
表I列出了編號(hào)為1-10的10個(gè)實(shí)施例的配方組成。根據(jù)表I不同的實(shí)施例確定工業(yè)副產(chǎn)品、鈉沸石、集料、早強(qiáng)劑、海泡石、石灰、羥甲基纖維素的加入量，制備得到無(wú)機(jī)人造石前驅(qū)體粉體。表2列出了表I所用到的鈉沸石的制備工藝表3列出了表I所用到的煅燒明礬石的制備工藝表4列出了本發(fā)明實(shí)施例f 10制備所得鈉沸石無(wú)機(jī)人造石的性能。從表4可以看出，本發(fā)明方法利用工業(yè)副產(chǎn)品為主要原料制備的人造石，早期強(qiáng)度高、不起霜、無(wú)堿集料反應(yīng)。其中實(shí)施例10的人造石28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)60MPa (抗折9MPa)。表1.無(wú)機(jī)人造石前驅(qū)體粉體配方
權(quán)利要求
1.一種納沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于在工業(yè)副廣品中加入其質(zhì)量1_10% 的鈉沸石、100-300%的集料、5-45%的早強(qiáng)劑、1-10%的海泡石、1-10%石灰、O. 01-2%的羥甲基纖維素，攪拌均勻后得到干粉狀的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石前驅(qū)體粉體，在該粉體中加入水，水的加入量為該粉體質(zhì)量的50%，攪拌均勻后，倒入模具中，自然養(yǎng)護(hù)28天，得到鈉沸石無(wú)機(jī)人造石；其中，工業(yè)副產(chǎn)品包括礦渣、鋼渣、磷渣、粉煤灰、煤渣、煅燒煤矸石中的一種；鈉沸石為經(jīng)過(guò)氫氧化鈉處理的天然沸石或由粉煤灰與氫氧化鈉水熱反應(yīng)制得的人造鈉沸石。
2.如權(quán)利要求1所述的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于所述早強(qiáng)劑為煅燒明礬石礦粉、石膏、硫鋁酸鹽水泥、硅灰、玄武巖的混合物，其中，煅燒明礬石礦粉加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-20% ;石膏加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-10% ;硫招酸鹽水泥加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-10% ;娃灰加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-10% ;玄武巖加入量為工業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量的1-10%。
3.如權(quán)利要求1所述的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于所述的工業(yè)副產(chǎn)品為粉磨成粒徑小于80 μ m的粉體。
4.如權(quán)利要求1所述的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于所述天然沸石的氫氧化鈉處理方法為在水中加入其質(zhì)量100-1000%的天然沸石和1-50%氫氧化鈉，攪拌 4_24h，過(guò)濾烘干；其中水的溫度為20-90°C，烘干溫度為80-120°C。
5.如權(quán)利要求1所述的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于所述人造鈉沸石的具體制備工藝為將除鐵后的粉煤灰粉磨成粒徑小于80 μ m的粉體，加入氫氧化鈉溶液中20-90°C水熱反應(yīng)4-24h，過(guò)濾后80-120°C烘干；其中，水的質(zhì)量為粉煤灰質(zhì)量的 100-1000%，氫氧化鈉質(zhì)量為粉煤灰質(zhì)量的1_50%。
6.如權(quán)利要求2所述的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于所述煅燒明礬石礦粉是將明礬石礦石在600-800°C煅燒后粉磨成粒徑小于80 μ m的粉體。
7.如權(quán)利要求1所述的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于所述的石膏為天然二水石骨、磷石骨或脫硫石骨中的一種。
8.如權(quán)利要求1所述的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于所述玄武巖為磨成粒徑小于80 μ m的粉體。
9.如權(quán)利要求1所述的鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于，所述的海泡石為分散開(kāi)的海泡石纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鈉沸石無(wú)機(jī)人造石制備工藝，其特征在于在工業(yè)副產(chǎn)品中加入鈉沸石、集料、早強(qiáng)劑、海泡石、石灰、羥甲基纖維素?cái)嚢杈鶆蚝蟮玫礁煞蹱畹拟c沸石無(wú)機(jī)人造石前驅(qū)體粉體。將鈉沸石無(wú)機(jī)人造石前驅(qū)體粉體中加入水，攪拌均勻后，到入模具中，自然養(yǎng)護(hù)28天，得到鈉沸石無(wú)機(jī)人造石。該人造石具有早期強(qiáng)度高、不起霜、無(wú)堿集料反應(yīng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B28/14GK103011743SQ20121052137
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者譚宏斌, 馬小玲 申請(qǐng)人:陜西理工學(xué)院