一種無機膠凝材料及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種無機膠凝材料及其制備方法，其中，該膠凝材料是由用粉煤灰、石灰、激發劑和水制得的料塊或料球經蒸養和煅燒所得的熟料與石膏共同粉磨制得。將按質量份計粉煤灰65～80份、石灰以有效CaO計20～35份、激發劑0.5～2份共同粉磨成45μm篩余小于10％的配合料；加水15～50份混合均勻后陳化2～3h、成型成料塊或料球，在90～98℃蒸養8～16h后在750～1000℃煅燒15～120min，風冷或在空氣中冷卻得熟料；將熟料90～95份與石膏5～10份共同粉磨至比表面積為350～500m2/kg制得一種無機膠凝材料。該無機膠凝材料可以用含碳量高的低品質粉煤灰為主要原料，煅燒溫度和熱耗低，產品具有快凝快硬、長期強度高、耐水和硫酸鹽侵蝕性好的特性。
【專利說明】
一種無機膠凝材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于建筑材料技術領域，具體地說是涉及一種以粉煤灰和石灰為主要原料 的無機膠凝材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 水泥作為生產和應用的最大量的膠凝材料，既是一種高資源、高能源消耗的產品， 也是一種高溫室氣體排放和高污染的產品，其生產過程引起的對環境的污染和對不可再生 資源的過度消耗等問題早已引起人們的關注，亟待尋求新的原材料資源和可替代的或者可 作為補充的新的制備方法。火力發電企業每年要排出大量粉煤灰，盡管近年來電廠干法排 出的粉煤灰一大部分已被建材、橡膠、農肥工業和土木交通工程所利用，但上世紀八、九十 年代以前濕法排放的大量粉煤灰，由于其一般粒度較粗，含碳量較高，其物理性質和反應活 性不能滿足作為水泥混合材和混凝土摻合料的要求，不能直接大量地應用于水泥與混凝土 中，因此尚未能有效利用而被長期堆存。長期堆存的粉煤灰不僅占有大量的土地，還嚴重污 染周圍環境，因此有效資源化利用是一亟待解決的問題。用堆存粉煤灰為主要原料制備無 機膠凝材料，不僅可以節省不可再生資源，而且節能、環保，是節能、減排的環境友好新型膠 凝材料。但現有用粉煤灰制備無機膠凝材料的技術存在粉煤灰用量少、對粉煤灰品質要求 高和產品性能較差的問題。
【發明內容】
[0003] 為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式 作詳細說明如下。
[0004] 本發明的目的之一是針對上述現有技術存在的問題，提供一種用可以大量利用堆 存低品質粉煤灰為主要原料的高性能無機膠凝材料。
[0005] 本發明的另一目的是提供這種無機膠凝材料的制備方法。
[0006] 本發明的第一個目的是通過以下技術方案實現的：
[0007] -種無機膠凝材料，其特征在于該膠凝材料是由用按質量份計粉煤灰65~80份、 石灰以有效CaO計20~35份、激發劑0. 5~2份和水30~50份制得的料塊或料球經蒸養 和煅燒所得的熟料90~95份和石膏5~10份制得。所述粉煤灰為符合GBT 1596用于水 泥和混凝土中的粉煤灰III級以上技術指標的粉煤灰；所述石灰為滿足JC/T 479建筑生石 灰技術指標的鈣質石灰和滿足JC/T 481建筑消石灰技術指標的鈣質消石灰；所述石膏為 二水石膏、半水石膏和無水石膏中的一種或幾種的組合；所由述激發劑為堿金屬氫氧化物、 堿金屬碳酸鹽和堿金屬硫酸鹽的一種或幾種的組合。
[0008] 本發明的另一目的是這樣實現的：
[0009] -種無機膠凝材料的制備方法，其主要步驟如下：
[0010] 步驟⑴：將粉煤灰、石灰、激發劑按比例配合，共同粉磨至細度為45 ym篩余小于 10 %的配合料；
[0011] 步驟（2):將所述配合料與水后均勻混合，陳化2~3h，成型成最大尺寸為10~ 240mm的料塊或直徑為8~16mm的料球；
[0012] 步驟（3):將所述料塊料球在90~98 °C蒸汽養護8~16h得蒸養料；
[0013] 步驟（4):將所述蒸養料在750~1000 °C下煅燒15~120min后風冷或在空氣中 冷卻得熟料；
[0014] 步驟（5):將所述熟料90~95份與石膏5~10份共同粉磨至比表面積為350~ 500m 2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0015] 本發明通過蒸汽養護使得石灰與粉煤灰中活性氧化硅和活性氧化鋁反應形成水 化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，在較低溫度下煅燒后形成硅酸二鈣和七鋁十二鈣，其中七鋁十二 鈣有很高的水化活性，硅酸二鈣也由于在較低的溫度下形成，存在大量結構缺陷，因此也具 有很高的水化活性，容易與水反應形成具有高膠凝性的水化產物。
[0016] 本發明中激發劑可以與粉煤灰中的鋁硅酸鹽玻璃體反應，破壞玻璃體網絡結構， 降低玻璃體網絡結構的聚合程度，大大提高其中氧化硅和氧化鋁與石灰的反應速率及水化 硅酸鈣和水化鋁酸鈣的形成率，進而提高無機膠凝材料中硅酸二鈣和七鋁十二鈣的含量， 提高無機膠凝材料的膠凝性。
[0017] 本發明的有益效果為：
[0018] (1)本發明無機膠凝材料可以用含碳量高的低品質粉煤灰為原料，粉煤灰利用率 大，可以實現堆存粉煤灰資源化利用，減少土地的占用，節約自然資源，改善環境；
[0019] (2)本發明采用堿性激發劑加速蒸養過程料塊或料球中各組分間的反應，促進反 應的加速和徹底完成，降低蒸養熱耗，縮短蒸養時間，提高生產效益和設備使用效率；
[0020] (3)本發明無機膠凝材料的制備方法簡單，無需大型的設備、煅燒溫度低，溫室氣 體排放量少，其組成和性能靈活可調，易于控制，適用性好；
[0021] (4)本發明無機膠凝材料具有快凝快硬、長期強度高、耐水和硫酸鹽侵蝕性好的特 性，特別適用于坑道、水下、鹽堿地帶和沿海地區工程
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的生產工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面通過實施例的方式對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍 不局限于所述實施例。各實施例無機膠凝材料的凝結時間、凈漿試體強度、標準膠砂強度和 耐硫酸鹽侵蝕性檢測結果見表1。
[0024] 實施例1
[0025] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0026] 粉煤灰 80份
[0027] 生石灰以CaO計 20份
[0028] 氫氧化鈉 0? 5份
[0029] 按上述質量比稱取粉煤灰、生石灰、氫氧化鈉，共同粉磨至細度為45 ym篩余為 5. 2%的配合料；將配合料倒入攪拌機中，加入45份水后攪拌3min，陳化2h后用成球盤成 型成直徑為8~16mm的料球；將料球在蒸養箱中90°C蒸養lOh得蒸養料，將蒸養料用小型 窯爐750°C煅燒120min后吹風冷卻得熟料；取熟料90份與無水石膏10份共同粉磨至比表 面積為350m2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0030] 實施例2
[0031] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0032] 粉煤灰 75份
[0033] 生石灰以CaO計 25份
[0034] 碳酸鈉 1. 4份
[0035] 按上述質量比稱取粉煤灰、生石灰、碳酸鈉，共同粉磨至細度為45 ym篩余為 9. 8 %的配合料；將配合料倒入攪拌機中，加入48份水后攪拌3min，陳化3h后擠壓成 240mmX 115mmX53mm的料塊，將料塊在蒸養箱中90°C蒸養16h得蒸養料，將蒸養料用小型 窯爐750°C煅燒90min后在空氣中自然冷卻得熟料；將熟料用破碎機破碎成小于16mm的顆 粒，取熟料93份與半水石膏7份共同粉磨至比表面積為425m 2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0036] 實施例3
[0037] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0038] 粉煤灰 70份
[0039] 生石灰以CaO計 30份
[0040] 氫氧化鈉 1. 0份
[0041] 按上述質量比稱取粉煤灰、生石灰、氫氧化鈉，共同粉磨至細度為45 ym篩余為 5. 8%的配合料；將配合料倒入攪拌機中，加入50份水后攪拌2min，陳化2. 5h后用成球盤 成型成直徑為8~16mm的料球；將料球在蒸養箱中95°C蒸養8h得蒸養料，將蒸養料用小 型窯爐800°C煅燒60min后吹風冷卻得熟料；取熟料93份與二水石膏7份共同粉磨至比表 面積為495m 2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0042] 實施例4
[0043] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0044] 粉煤灰 65份
[0045] 生石灰以CaO計 35份
[0046] 無水硫酸鈉 2. 0份
[0047] 按上述質量比稱取粉煤灰、生石灰、無水硫酸鈉，共同粉磨至細度為45 ym篩余 為8. 1 %的配合料；將配合料倒入攪拌機中，加入50份水后攪拌3min，陳化3h后擠壓成 50mmX50mmX30mm的料塊；將料塊在蒸養箱中98°C蒸養12h得蒸養料，將蒸養料用小型窯 爐800°C煅燒60min后在空氣中自然冷卻得熟料；將熟料用破碎機破碎成小于16_的顆粒 后，取熟料95份與半水石膏5份共同粉磨至比表面積為440m 2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0048] 實施例5
[0049] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0050] 粉煤灰 80份
[0051] 消石灰以CaO計 20份
[0052] 氫氧化鉀 1. 3份
[0053] 按上述質量比稱取粉煤灰、消石灰、氫氧化鉀，共同粉磨至細度為45 ym篩余為 3. 5%的配合料；將配合料倒入攪拌機中，加入15份水后攪拌3min，陳化3h后擠壓成直 徑10mm、厚6mm的料塊；將料塊在蒸養箱中98°C蒸養12h得蒸養料，將蒸養料，用小型窯爐 800°C煅燒60min后在空氣中自然冷卻得熟料；取熟料93份與二水石膏7份共同粉磨至比 表面積為385m 2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0054] 實施例6
[0055] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0056] 粉煤灰 75份
[0057] 消石灰以CaO計 25份
[0058] 碳酸鉀 1. 5份
[0059] 按上述質量比稱取粉煤灰、消石灰、碳酸鉀，共同粉磨至細度為45 ym方孔篩篩余 為4. 3%的配合料；將配合料倒入攪拌機中，加入20份水后攪拌3min，陳化2h后用成球盤 成型成直徑為8~16mm的料球；將料球在蒸養箱中90°C蒸養8h得蒸養料，將蒸養料用小 型窯爐800°C煅燒60min在后空氣中自然冷卻得熟料；取熟料92份與無水石膏4份和半水 石膏4份共同粉磨至比表面積為370m 2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0060] 實施例7
[0061] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0062] 粉煤灰 70份
[0063] 消石灰以CaO計 30份
[0064] 氫氧化鈉 1. 2份
[0065] 按上述質量比稱取粉煤灰、消石灰、氫氧化鈉，共同粉磨至細度為45 ym方孔篩篩 余為7. 6 %的配合料；將配合料倒入攪拌機中，加入25份水后攪拌3min，陳化3h后用成球 盤成型成直徑為8~16mm的料球；將料球在蒸養箱中90°C蒸養10h得蒸養料，將蒸養料用 小型窯爐1000°C煅燒15min后吹風冷卻得熟料；取熟料94份與二水石膏6份共同粉磨至 比表面積為445m 2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0066] 實施例8
[0067] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0068] 粉煤灰 65份 消石灰以CaO計 35份 氫氧化鈉 L0份 無水硫酸鈉 （U份
[0069] 按上述質量比稱取粉煤灰、消石灰、氫氧化鈉和無水硫酸鈉，共同粉磨至細度為 45 ii m方孔篩篩余為6. 2 %的配合料；將配合料倒入攪拌機中，加入25份水后攪拌3min，陳 化3h后用成球盤成型成直徑為8~16mm的料球；將料球在蒸養箱中95°C蒸養14h得蒸養 料，將蒸養料用小型窯爐900°C煅燒30min吹風冷卻得熟料；取熟料94份與半水石膏6份 共同粉磨至比表面積為440m 2/kg制得一種無機膠凝材料。
[0070] 參照GBT 1346-2011水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法測得實施 例1~8無機膠凝材料的標準稠度需水量、凝結時間，及標準稠度水泥凈漿試體各齡期的抗 壓強度，按GBT 17671-1999水泥膠砂強度試驗方法測得各無機膠凝材料標準膠砂強度，按 GBT749-2008水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法測得各無機膠凝材料耐硫酸鹽侵蝕系數，結果見 表1。
[0071] 表1無機膠凝材料性能測定結果
[0073] 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟悉本領域的 相關技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，但這些相應的 更動與潤飾都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種無機膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料是由用按質量份計粉煤灰65~80 份、石灰以有效CaO計20~35份、激發劑0. 5~2份和水15~50份制得的料塊或料球經 蒸養和煅燒所得的熟料90~95份和石霄5~10份制得。2. 如權利要求1所述的一種無機膠凝材料，其特征在于，所述粉煤灰為符合GBT 1596 用于水泥和混凝土中的粉煤灰III級以上技術指標的粉煤灰；所述石灰為滿足JC/T 479建 筑生石灰技術指標的鈣質石灰和滿足JC/T 481建筑消石灰技術指標的鈣質消石灰；所述 石膏為二水石膏、半水石膏和無水石膏中的一種或幾種的組合。3. 如權利要求1所述的一種無機膠凝材料，其特征在于，所述激發劑為堿金屬氫氧化 物、堿金屬碳酸鹽和堿金屬硫酸鹽的一種或幾種的組合。4. 一種根據權利要求1所述的一種無機膠凝材料的制備方法，其特征在于，該方法的 步驟如下： 第一步：將粉煤灰、石灰、激發劑按比例配合，共同粉磨至細度為45 μπι方孔篩篩余小 于10 %的配合料； 第二步：將所述配合料與水攪拌混合，陳化2~3h后成型得料塊或料球； 第三步：將所述料塊或料球蒸汽養護8~16h得蒸養料； 第四步：將所述蒸養料在設定煅燒溫度下煅燒15~120min后風冷或在空氣中冷卻得 熟料； 第五步：將所述熟料90~95份與石膏5~10份共同粉磨至比表面積為350~500m2/ kg制得一種無機膠凝材料。5. 如權利要求4所述的一種無機膠凝材料的制備方法，其特征在于，所述蒸養料的蒸 汽養護溫度為90~98 °C。6. 如權利要求4所述的一種無機膠凝材料的制備方法，其特征在于，所述蒸養料的煅 燒溫度為750~1000 °C。
【文檔編號】C04B11/28GK105985038SQ201510088722
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月26日
【發明人】方永浩, 龔泳帆, 朱晨輝
【申請人】華智節能(香港)有限公司