一種利用廢棄粘土磚粉的堿激發水泥及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水泥制備的技術領域，涉及一種堿激發水泥及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 水泥是一種傳統的膠凝材料，為人類經濟發展與社會進步做出了巨大貢獻，然而 硅酸鹽水泥原材料的緊缺已是全球必須面對的十分緊迫的實際問題，在本世紀中葉就將耗 盡。加之，硅酸鹽水泥不僅消耗高能源，而且其生產過程是一個高碳排放的過程，生產1噸 水泥將排放約1噸的溫室氣體。因此，各國紛紛出臺相應的措施限制水泥工業規模的發展， 同時，由于國家經濟建設的迫切需要，各國也相繼發展新型的綠色膠凝材料，以取代這種傳 統的膠凝材料水泥，使膠凝材料在為人類造福的同時不至于給環境造成嚴重的負擔。
[0003] 粘土磚作為傳統的建筑材料，雖然在國內的局部地區已禁用或限用，但在全國各 地仍有大量生產和使用，特別是隨著城市建設和城市改造的加快，一些磚混結構的舊建筑 物拆除后產生大量的廢棄粘土磚，據統計，廢棄粘土磚的產出量基本在每年5200萬噸左 右，因此，如何有效的利用這些廢棄粘土磚是一個急需解決的問題。粉煤灰是火力發電廠排 放出來的一種以硅鋁為主要成分的工業副產品。普通粉煤灰是煙煤作為動力燃料，排放出 來的氧化鈣是含量很低的低鈣粉煤灰。隨著電力工業的飛速發展和煤炭資源的耗竭，具有 高揮發分的褐煤和次煙煤也被用作動力燃料，導致越來越多的高鈣粉煤灰的大量排出，并 由于其游離氧化鈣含量高，難以在水泥基材料中得到有效利用，堆積后形成新的污染源，亟 需加以處置利用。相對于低鈣粉煤灰，高鈣粉煤灰中除含有大量的硅鋁質成分外，還含有一 定的鈣質成分。
[0004] 地聚合物是堿激發水泥中的一種。地聚合物是以硅鋁質材料為原料，通過礦物聚 縮反應而生成的一種低能耗、長壽命、無 C02排放的高性能無機聚合物。隨著人類對環境 保護意識的加強和研究工作的進展，制備地聚合物的原材料也已從天然礦物原料拓寬為可 利用的固體廢棄物。粉煤灰基地聚合物的研究目前集中于低鈣粉煤灰，這與其含有相對較 純的硅鋁質成分有關。高鈣粉煤灰中大部分是細小的玻璃質球狀顆粒，當高鈣粉煤灰被化 學激發劑激發時，部分鋁硅相從高鈣粉煤灰的球殼溶出并發生地聚合反應，這與堿激發低 鈣粉煤灰類似。建筑物拆除下的廢棄粘土磚粉磨制成的廢棄磚粉的主要成分是CaO、Si02、 A1203等，其粒徑較細，具有用于制備地聚合物材料的基本性質。利用廢棄粘土磚粉、粉煤灰 制備地聚合物，一方面擴展了固廢基地聚合物的原料來源，推動了地聚合物領域的發展；另 一方面解決了廢棄物堆放占用場地和污染問題，為保護生態環境創建了新途徑。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中如何有效利用廢棄粘土磚粉的問題，本發明的目的是提供一種以 廢棄粘土磚粉（WBP)和高鈣粉煤灰（CFA)作為硅鋁源原材料，以鈉水玻璃和氫氧化鈉為復 合堿激發劑，制備得到的一種新型低碳排放的堿激發水泥。
[0006] 本發明的另一個目的是提供一種上述堿激發水泥的制備方法。
[0007] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：
[0008] -種堿激發水泥，包括基礎組分和復合化學外加劑；所述基礎組分是由以下質量 百分含量的組分制成：
[0009] 廢棄粘土磚粉 10 %~30 %;
[0010] 高鈣粉煤灰 70 %~90 %;
[0011] 所述復合化學外加劑的加入量占所述基礎組分質量的10%~15%，以引入的Na20 含量計。
[0012] 所述廢棄粘土磚粉是廢棄粘土磚經粉磨制成，比表面積為500~700m2/kg。
[0013] 所述高鈣粉煤灰是電廠粉煤灰，II級灰，比表面積為350~450m2/kg。
[0014] 所述復合化學外加劑的模數Μ為1.5~2.0,其中：Μ表示的是Si02的摩爾數與 Na20的摩爾數的比值。
[0015] 所述復合化學外加劑由鈉水玻璃和氫氧化鈉配制而成。鈉水玻璃的初始模數為 2. 32,固含量為42. 7%，使用NaOH調節鈉水玻璃，以獲得一定模數（M = n(Si02)/n(Na20)) 的復合化學外加劑。NaOH的摻加量按公式（1)計算，調節前后的鈉水玻璃各項指標見表1。
[0016] G2= [SOGiXNX (M「M2)V(62M2XP) (1)
[0017] 式（1)中，GiS所取鈉水玻璃質量，Na 20含量為N戽為鈉水玻璃初始模數;Μ 2為 復合化學外加劑的配制模數；Ρ為NaOH純度；62為NaOH的摻加量。
[0018] 表1鈉水玻璃調節模數前后主要組分含量
[0020] 所述堿激發水泥采用的水固比為0. 28~0. 32,其中：水固比中的水包括鈉水玻璃 溶液所含的水量和外加水量，即控制體系水固比為〇. 28~0. 32時，除鈉水玻璃溶液所含的 水量以外，不足的部分由外加水量補足；水固比中的固是指廢棄粘土磚粉和高鈣粉煤灰的 質量之和。
[0021] -種上述堿激發水泥的制備方法，包括以下步驟：
[0022] 將質量百分比為10 %~30 %的廢棄粘土磚粉與質量百分比為70 %~90 %的高鈣 粉煤灰混合，加入占廢棄粘土磚粉和高鈣粉煤灰質量之和10 %~15 %的復合化學外加劑， 以引入的Na20含量計，體系水固比控制為0. 28~0. 32,混合得到所述堿激發水泥。
[0023] 由于采用上述技術方案，本發明具有以下有益效果和優點：
[0024] 本發明以廢棄粘土磚粉和高鈣粉煤灰為主要原料，在一定的養護環境中使該體系 具有較好的性能，在一定范圍內能部分取代或優于水泥使用。
[0025] 本發明利用的是工業廢棄物高鈣粉煤灰和廢棄粘土磚粉，給廢棄物的利用提供了 途徑，減輕了環境的負擔，降低了成本，減少了資源消耗，符合節能減排且滿足我國國情的 要求；同時，它是一種無熟料水泥，節約了能源消耗；這種新型地聚合物僅有少量溫室氣體 的排放，是一種低碳排放的環保型的膠凝材料。另外，它在一定程度上可以取代水泥，可以 減少水泥的生產，也就是減少了水泥生產過程中的高資源、能源消耗，高碳排放，也減少了 其對環境造成的巨大壓力。所以，這種低碳排放的堿激發水泥是一種綠色環保型的膠凝材 料，符合當前社會發展的趨勢，具有良好的經濟效益與社會效益。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0027] 本發明實施例中所用的百分比均為質量百分比。
[0028] 本發明實施例試驗中主要原材料：廢棄粘土磚粉為建筑物拆除下的廢棄粘土磚經 粉磨制成，比表面積為608m2/kg ;高鈣粉煤灰取自某電廠，II級灰，比表面積為410m2/kg。 廢棄粘土磚粉和高鈣粉煤灰的主要成分如表2所示。
[0029] 試驗中所用氫氧化鈉是純度為99. 2%的NaOH ;鈉水玻璃固含量為38. 3%，含有 9.1%的似20,29.2%的5102和61.7%的水。
[0032] 實施例1
[0033] 所用的原料的百分比如下：廢棄磚粉：摻量20% ;高鈣粉煤灰：摻量80% ;(廢棄 磚粉和高鈣粉煤灰質量之和為100% )
[0034] 復合化學外加劑模數：L 5 ;復合化學外加劑摻量（外摻）：10% ;
[0035] 水固比：0.30 ;
[0036] 將質量百分比為20%的廢棄粘土磚粉與質量百分比為80%的高鈣粉煤灰混合， 加入占廢棄粘土磚粉和高鈣粉煤灰質量之和10%的復合化學外加劑；體系水固比為〇. 30， 其中的水包括鈉水玻璃溶液所含的水量和外加水量兩部分組成，即控制體系水固比為 0. 30,除鈉水玻璃溶液所含的水量以外，不足的部分由外加水量補足；混合、成型、脫模，濕 養至測定齡期，檢測所述堿激發水泥的性能。
[0037] 其中：復合化學外加劑由鈉水玻璃和氫氧化鈉混合制成，將鈉水玻璃和氫氧化鈉 混合，控制其模數Μ為1. 5 (M表示的是Si02的摩爾數與Na 20的摩爾數的比值），制備得到 復合化學外加劑。鈉水玻璃固含量為38. 3%，含有9. 1%的Na20, 29. 2 %的SiOjP 61. 7% 的水；氫氧化鈉是純度為99. 2%的氫氧化鈉。
[0038] 實施例2
[0039] 所用的原料的百分比如下：廢棄磚粉：摻量30% ;高鈣粉煤灰：摻量70% ;(廢棄 磚粉和高鈣粉煤灰質量之和為100% )
[0040] 復合化學外加劑模數：L 5 ;