專利名稱：用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類膠凝材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用邊緣性石灰石巖礦常溫(20～40℃)下制造硅酸鈣類膠凝材料的方法，屬建筑材料的制備技術(shù)，特別涉及地基灌漿材料的制備技術(shù)。
現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)技術(shù)是利用一定氧化鈣(CaO)含量范圍內(nèi)的石灰石或其它鈣質(zhì)材料加入硅鋁質(zhì)礦物(如粘土等)在高溫1400～1450℃下反應(yīng)生成硅酸鈣為主的熟料，再配入一定量石膏粉磨而成硅酸鹽水泥?！岸ヒ粺笔瞧渲饕に囂攸c，為此消耗高能量，每公斤硅酸鹽水泥達5300～7100KJ(干焦耳)，相當于每噸硅酸鹽水泥耗標準煤183～245公斤(包括用電耗煤)。高能耗、高污染及消耗大量高純石灰石和粘土資源給水泥生產(chǎn)帶來高純石灰石資源短缺、高成本、消耗巨大能源，對環(huán)境和生態(tài)造成極大的污染等嚴重問題。另外，現(xiàn)有的地基壓注灌漿技術(shù)可分為三大類一是有機物化灌技術(shù)，利用有機化學材料(環(huán)氧樹脂、氨基樹脂等)壓灌入地層，雖具有凝固速度快，灌漿阻力小、強度較高的優(yōu)點，但成本高、耐久性差、對人有毒，因此形成水源污染；二是水玻璃化灌技術(shù)，這類材料可灌性亦較好，凝結(jié)時間可調(diào)，但耐久性亦較差；三是超細水泥灌漿技術(shù)，具有良好的固結(jié)強度和耐久性，但灌漿阻力大，成本亦較高，生產(chǎn)超細水泥消耗高能源和造成高污染。
本發(fā)明的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有水泥生產(chǎn)存在高能耗、高成本、消耗大量高純石灰石，對生態(tài)環(huán)境造成污染以及現(xiàn)有地基灌漿技術(shù)材料成本高、耐久性差、污染水源等的缺點和問題，研究發(fā)明一種能在常溫下利用一般工業(yè)廢棄不用的低鈣高鎂石灰石、生產(chǎn)過程不污染環(huán)境、能耗低、且可在施工現(xiàn)場用簡單的機械直接生產(chǎn)材料使用，不需設(shè)廠生產(chǎn)以及生產(chǎn)的材料可代替水泥用于地基灌漿、補強及墻體材料的膠凝材料的用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類膠凝材料的方法。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類膠凝材料的工藝流程框圖如

圖1所示。其方法步驟為(1)選料及破碎石灰石可選用低鈣的泥質(zhì)灰?guī)r(氧化鈣CaO≤48％，二氧化硅SiO2≥8％)，或高鎂白云質(zhì)灰?guī)r(CaO≤35％，氧化鎂MgO＞10％)；然后可用通用用的礦石破碎機進行破碎(上述的石灰?guī)r的CaO、SiO2、MgO的含量可通過通用的化學全分析方法確定)；(2)預粉磨成粗粉及儲存把破碎后的石灰石礦采用干法或濕法粉磨并均采用0.4～0.6％的硅酸鈉作為助磨劑，預粉磨成中值粒徑D50達15μm以下的粗粉，作配料儲存；(3)工業(yè)水玻璃改性及檢驗、儲存采用模數(shù)M(SiO2/Na2O重量比)為2.0～3.5、玻美度Be＞38°的工業(yè)水玻璃，經(jīng)通用的氟硅酸鉀法和鹽酸滴定法準確測定其SiO2濃度及Na2O濃度后，定量加入工業(yè)級燒堿(NaOH)固體；預先亦須準確測定其Na2O含量，使配制后的改性水玻璃SiO2/Na2O摩爾比為1.80±0.05，混合后的液固相系統(tǒng)需在水冷卻條件下攪拌直至完全均勻為止，均勻的標準是分上中下三層抽樣檢查SiO2/Na2O摩爾比偏差不超過±1％，或玻美度偏差不超過±0.8％；檢驗合格后，作配料儲存在使用之前，一般都要攪拌機再次攪拌均勻；(4)高速攪拌均勻及漿體超細粉磨把上述方法步驟預先粉磨成的粗粉與改性后的工業(yè)水玻璃按下述基本配方配制后，直接在膠體磨中進行超細漿體濕磨，超細粉磨后最終粉體的中值粒徑D50應(yīng)在2μm以下，并且要使這種粉體在儲漿桶內(nèi)一直攪拌以保持最佳分散狀態(tài)直至使用；(5)成品預制或地基現(xiàn)場灌漿利用膠體磨直接進行超細漿體濕磨配制好的改性水玻璃——石灰石混合物后，便可制作預制件成品或在地基現(xiàn)場灌漿，漿液灌注(使用)前都必須高速攪拌混合物1～2分鐘，使細顆粒充分分散懸浮；成品預制工藝是改性水玻璃——石灰石粉混合物漿料與骨料混合、攪拌后倒入成型模中成型，然后進行養(yǎng)護，便制成了成品；地基現(xiàn)場灌漿是把漿料高速攪拌后用灌漿泵直接灌進地層中，并適當進行養(yǎng)護；其使用基本配方為若要使?jié){液在1小時左右凝固(失去流動性)及7～14天固砂強度達3～5MPa，石灰石水玻璃漿液的液/固重量比(L/S)應(yīng)控制在0.4～0.8范圍內(nèi)；若考慮到漿液粘度及流動性要進一步放寬，可以適當稀釋改性后的水玻璃溶液，使玻美度從43°～45°的起始值降至38°～40°，經(jīng)配制及高速攪拌均勻后的石灰石水玻璃漿液的粘度約為200～1200厘泊范圍內(nèi)；如果需要延長漿液的凝固時間，可以進一步稀釋改性的水玻璃漿液，使其玻美度降至36°～38°，但要付出降低強度的代價；一般維持玻美度在36°～38°時，固砂強度仍可維持在2MPa以上；(6)材料養(yǎng)護將漿液經(jīng)向地層飽滿注漿以后，一般在7天之內(nèi)發(fā)揮80～90％的強度，此時溫度不應(yīng)過低，應(yīng)保持20℃以上；灌漿后的地層7天之內(nèi)不應(yīng)有壓力水的灌入；在作膠凝材料使用時，應(yīng)把其固化后的試體或制品放在20～40℃、RH≥95％條件下養(yǎng)護7天以上；應(yīng)當在濕空氣中或完全密封保濕條件下養(yǎng)護。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果(1)本發(fā)明完全利用低鈣高雜質(zhì)含量的石灰石巖礦資源，可利用資源范圍很廣。并且用在常溫附近的化學方法生產(chǎn)有一定硅酸鈣含量的膠凝材料，可以代替水泥生產(chǎn)地基灌漿及補強材料、墻體材料等膠凝材料，目前本發(fā)明生產(chǎn)的材料固結(jié)強度雖仍比不上水泥，但在用于上述兩類材料時是足夠的。弱地基固結(jié)后強度可達2～5MPa，墻體材料可達3～6MPa，完全滿足這兩種材料的要求。其最大優(yōu)點是節(jié)能，把硅酸鈣類材料的生成溫度從1200～1450℃降到常溫附近。其次是利用邊緣性石灰石資源，不與水泥及冶金行業(yè)搶奪高純度石灰石礦；(2)采用本發(fā)明生產(chǎn)的材料進行地基灌漿，最大優(yōu)點是大大降低成本，其成本約為超細水泥灌漿的1/3～1/4，化灌成本的1/5～1/8，水玻璃化灌材料的1/4～1/5。本發(fā)明亦可用于工民建的旋噴固化之中，每噸漿液的成本亦比水泥漿液成本低30％～40％ 左右；(3)本發(fā)明的另一優(yōu)點是與水泥灌漿材料相比有較好的可灌性；與水玻璃類灌漿材料相比有較高的固結(jié)強度及耐久性，與化灌材料相比無毒且耐久性大大增加；(4)與現(xiàn)有的膠凝材料(水泥)生產(chǎn)技術(shù)相比，最明顯的優(yōu)點是大大降低能耗。如果用作灌漿材料，每米3超細水泥漿液的材料(1087Kg水泥)生產(chǎn)能耗平均約為6739MJ(兆焦耳)。而每米3水玻璃——石灰石漿液中有約788Kg水玻璃，電爐法生產(chǎn)能耗約為630MJ，加上石灰石粉磨能耗180MJ，合計約為810MJ，只為超細水泥漿液能耗的12％左右，而且大大減少了對環(huán)境的污染；(5)與現(xiàn)有的灌漿技術(shù)相比，本發(fā)明能保證有很好的材料耐久性，可與水泥媲美，并有很好的可灌性，不污染地下水源，是一種低成本、低污染、高耐久性、使用方便的新型膠凝材料；(6)本發(fā)明利用膠體磨直接濕法粉磨配制好的改性水玻璃——石灰石粗粉混合物，可以大大簡化生產(chǎn)工藝，并且提高漿液的性能。這種生產(chǎn)方法可以實現(xiàn)直接在灌漿現(xiàn)場邊磨漿邊灌注，或在制品生產(chǎn)現(xiàn)場邊磨漿邊成型的生產(chǎn)方法，大大降低施工或生產(chǎn)成本；(7)本發(fā)明不需設(shè)廠生產(chǎn)材料、低能耗、低污染、綜合利用資源，符合21世紀可持續(xù)發(fā)展策略的綠色環(huán)保的目標。
下面對說明書附圖進一步說明如下圖1是用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類膠凝材料的工藝流程圖。
本發(fā)明的實施方式，只要按上面說明書所述的方法步驟逐步進行操作便能較好地實施本發(fā)明。發(fā)明人經(jīng)過長時期的研究、試驗，有很多的實際的實施例，下面僅舉兩例說明如下在實施過程中，石灰石巖礦的破碎可用顎式破碎機；預先粉磨成粗粉的粉磨機可用球磨粉磨機；工業(yè)水玻璃的改性工藝的攪拌機可用漿葉式攪拌機；水玻璃石灰石漿液的高速攪拌分散機可用每分鐘轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)的攪拌機；石灰石水玻璃漿液超細濕磨機可用GSM-III型水泥濕磨機；儲漿攪拌機可選轉(zhuǎn)速300r/min的攪拌機；預制件成型攪拌機可選轉(zhuǎn)速60r/min的攪拌機；地基現(xiàn)場灌注灌漿泵可選壓力7Mpa的灌漿泵。
例1采用廣東翁源地區(qū)一種高鎂石灰?guī)r(CaO32.55％，MgO19.17％)，廣東產(chǎn)工業(yè)水玻璃，其模數(shù)M＝3.15，玻美度Be‘＝40°，化學純NaOH石灰石經(jīng)超細粉磨后，5～1μm顆粒占52.2％，＜1μm的顆粒占38.7％，最可幾粒徑約為1.25μm；當液/固＝0.75時，不同濃度水玻璃——石灰石漿液凝固時間為水玻璃玻美度45.55°時，凝固時間為0.5小時；玻美度為38.50°時，凝固時間為0.75小時；水玻璃——石灰石漿液的固砂強度為液/固比為0.435時，齡期7天為6.88MPa，14天齡期為8.63MPa；液/固比為0.58時，齡期7天為13.2MPa，14天為18.6MPa，試體尺寸2×2×2cm。
例2采用廣東英德地區(qū)一種低鈣石灰?guī)r(CaO34.40％，SiO210.42％)，廣東產(chǎn)工業(yè)水玻璃，其模數(shù)M＝3.50，玻美度Be‘＝39°，化學純NaOH。
石灰石經(jīng)超細粉磨后，5μm的顆粒占75.7％，中值粒徑D50為2.0μm。水玻璃玻美度為46.4°，當液/固比為0.58時，水玻璃——石灰石漿液凝固時間為0.6小時，粘度為1170厘泊，固砂強度，7天齡期為2.93MPa，14天齡期為4.78MPa。試體尺寸4×4×16cm。
例3采用廣東梅州地區(qū)一種高鎂石灰?guī)r(CaO34.74％，MgO13.77％)，廣東產(chǎn)工業(yè)水玻璃，其模數(shù)M＝2.84，玻美度Be‘＝38°，化學純NaOH。石灰石粗粉中值粒徑D50為13.5μm。水玻璃玻美度45°，當液/固比為0.58時，水玻璃——石灰石漿液凝固時間為0.5小時，粘度為750厘泊，固砂強度7天齡期為6.42MPa，14天齡期為9.56MPa。試體尺寸Φ3×3cm。
權(quán)利要求
1.一種用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸類膠凝材料的方法，其特征在于其方法步驟為(1)選料及破碎石灰石可選用低鈣的泥質(zhì)灰?guī)r，其氧化鈣CaO≤48％，二氧化硅SiO2≥8％，或高鎂白云質(zhì)灰?guī)r，其CaO≤35％，氧化鎂MgO＞10％；然后可用通用的礦石破碎機進行破碎；(2)預粉磨成粗粉及儲存把破碎后的石灰石礦采用干法或濕法粉磨并均采用0.4～0.6％的硅酸鈉作為助磨劑，預粉磨成中值粒徑D50達15μm以下的粗粉，當配料儲存；(3)工業(yè)水玻璃改性及檢驗、儲存采用模數(shù)M，即SiO2/Na2O重量比為2.0～3.5、玻美度Be＞38°的工業(yè)水玻璃，經(jīng)通用的氟硅酸鉀法和鹽酸滴定法準確測定其SiO2濃度及Na2O濃度后，定量加入工業(yè)級燒堿固體；預先亦須準確測定其Na2O含量，使配制后的改性水玻璃SiO2/Na2O摩爾比為1.80±0.05，混合后的液固相系統(tǒng)需在水冷卻條件下攪拌直至完全均勻為止，均勻的標準是分上中下三層抽樣檢查SiO2/Na2O摩爾比偏差不超過±1％，或玻美度偏差不超過±0.8％；檢驗合格后，作配料儲存；在使用之前都要攪拌機再次攪拌均勻；(4)高速攪拌均勻及漿體超細粉磨把上述方法步驟預先粉磨成的粗粉與改性后的工業(yè)水玻璃按下述基本配方配制后，直接在膠體磨中進行超細漿體濕磨，超細粉磨后最終粉體的中值粒徑D50應(yīng)在2μm以下，并且要使這種粉體在儲漿桶內(nèi)一直攪拌以保持最佳分散狀態(tài)直至使用；(5)成品預制或地基現(xiàn)場灌漿利用膠體磨直接進行超細漿體濕磨配制好的改性水玻璃——石灰石粗粉混合物后，便可制作預制件成品或在地基現(xiàn)場灌漿，漿液灌注、使用前都必須高速攪拌混合物1～2分鐘，使細顆粒充分分散懸?。怀善奉A制工藝是改性水玻璃——石灰石粉混合物漿料與骨料混合、攪拌后倒入成型模中成型，然后進行養(yǎng)護，便制成了成品。地基現(xiàn)場灌漿是把漿料高速攪拌后用灌漿泵直接灌進地層中，并適當進行養(yǎng)護；其使用基本配方為若要使?jié){液在1小時左右凝固失去流動性及7～14天固砂強度達3～5Mpa，石灰石水玻璃漿液的液/固重量比應(yīng)控制在(L/S)為0.4～0.8范圍內(nèi)；若考慮到漿液粘度及流動性要進一步放寬，可以適當稀釋改性后的水玻璃溶液，使玻美度從43°～45°的起始值降至38°～40°，經(jīng)配制及高速攪拌均勻后的石灰石水玻璃漿液的粘度約為200～1200厘泊范圍內(nèi)；如果需要延長漿液的凝固時間，可以進一步稀釋改性的水玻璃漿液，使其玻美度降至36°～38°；一般維持玻美度在36°～38°時，固砂強度仍可維持在2MPa以上；(6)材料養(yǎng)護將漿液經(jīng)向地層飽滿注漿以后，一般在7天之內(nèi)發(fā)揮80～90％的強度，此時溫度不應(yīng)過低，應(yīng)保持20℃以上；灌漿后的地層7天之內(nèi)不應(yīng)有壓力水的灌入；在作膠凝材料使用時，應(yīng)把其固化后的試體或制品放在20°～40℃、RH≥95％條件下養(yǎng)護7天以上；應(yīng)當在濕空氣中或完全密封保濕條件下養(yǎng)護。
全文摘要
本發(fā)明是用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類膠凝材料的方法,其步驟為:(1)選低鈣泥質(zhì)灰?guī)r或高鎂白云質(zhì)灰?guī)r進行破碎;(2)加助磨劑預磨成粗粉;(3)改性工業(yè)水玻璃;(4)把預磨成粗粉的石灰石與改性水玻璃配制后進行漿體超細濕磨;(5)經(jīng)超細濕磨后的水玻璃—石灰石漿液便可制作預制件或可地基現(xiàn)場灌漿,然后再進行材料養(yǎng)護。本發(fā)明所用邊緣性石灰石資源豐富、不需設(shè)廠生產(chǎn)、工藝簡單、節(jié)能、低成本、低污染、材料高耐久性。
文檔編號C04B28/26GK1245786SQ99117089
公開日2000年3月1日 申請日期1999年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月10日
發(fā)明者文梓蕓, 殷素紅, 尹茂 申請人:華南理工大學