專利名稱：堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及膠凝材料領域，具體是指一種堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。
背景技術：
硅酸鹽水泥是使用量最大的無機膠凝材料，但是其“兩磨一燒”的生產工藝消耗大量資源、能源，破壞生態環境。1996年，我國已經探明的可用于水泥生產的石灰石儲量約為250億噸，而2003年我國水泥產量達8.62億噸，照此發展速度，估計我國生產水泥用石灰石資源在30～50年內將面臨枯竭的危險，這對我們這樣一個水泥生產大國來說是一個非常嚴重的問題。近年來國際上爭相研究開發出了一系列堿激發膠凝材料，已成為常溫下制備膠凝材料的重要方法和新技術。堿激發碳酸鹽膠凝材料是以邊緣性碳酸鹽礦和工業水玻璃為基本原材料，通過對碳酸鹽礦粉進行機械力化學活化，對工業水玻璃改性，可以實現堿激發條件下惰性碳酸鹽與溶解狀態的SiO2在常溫下反應，生成水合硅酸鈣(鎂)凝膠產物，從而獲得膠凝材料。所謂的邊緣性碳酸鹽礦是指其CaO質量百分比含量小于45％和MgO質量百分比含量為6％～20％、在硅酸鹽水泥工業和冶金工業都難以使用的碳酸鹽巖，屬于天然廢棄資源。硅酸鹽水泥工業要求碳酸鹽礦中CaO質量百分比含量大于45％，冶金工業要求碳酸鹽礦中MgO質量百分比含量≥20％。與傳統的膠凝材料相比，該膠凝材料可以大量利用邊緣性碳酸鹽礦，擴展了膠凝材料生產的原料資源；另一方面，它是常溫下制備，能耗和成本低，對環境污染小，但目前，利用該方法制備的膠凝材料還存在致密度不夠、后期強度偏低等方面的問題。如用專利號為ZL99117089.X發明專利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，制備的堿激發碳酸鹽膠凝材料，由于水玻璃與碳酸鹽微細粉之間的反應程度不大，導致其硬化體的致密度不夠、后期強度偏低，28d抗壓強度為4.0MPa左右，抗滲壓力為0.60MPa左右，只適合用作地層固砂、固土灌漿、軟基加固灌漿用途的材料。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種簡便而實用的堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料制備方法。
本發明的另一目的是利用硅酸鹽水泥生產和煉鋼等工業都不能利用的邊緣性碳酸鹽礦，提供一種性能優良的堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。
本發明的機理在現有專利技術(ZL99117089.X)的基礎上，通過加入部分煉鐵工業的副產物——水淬高爐礦渣及外加劑，制備出工作性能可調節、高強度的膠凝材料，可用于防滲灌漿、修補搶修、建筑物結構等工程，為天然和二次資源的重新整合利用以及有效節約能源開辟了一個新途徑。
本發明的目的可通過如下技術措施來實現堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料的方法包括如下步驟(1)外加劑溶液的制備以質量份數計，將0.5～2份外加劑加入到10～25份水中稀釋，并攪拌至全部溶解，即得外加劑溶液；(2)膠凝材料的制備以質量份數計，將30～50份礦渣粉加入到步驟(1)制備的外加劑溶液中，攪拌均勻，然后加入30～65份模數為1.4～1.8，氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為45％～55％的激發劑，再加入50～70份邊緣性碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。
所述激發劑為工業水玻璃或固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液；所述外加劑為氯化鋇或硝酸鋇。所述礦渣為水淬高爐礦渣。所述邊緣性碳酸鹽礦和高爐礦渣的細度達到GB 1345《水泥細度檢驗方法(80μm篩篩析法)》對普通硅酸鹽水泥的細度控制要求。
與現有技術相比，本發明具有以下優點(1)它的原材料主要是邊緣性碳酸鹽礦和高爐礦渣，擴展了膠凝材料生產的原料資源；(2)它是一種常溫下直接獲得的膠凝材料，能耗和成本低，對環境污染小，具有綠色環保性；(3)本發明制備的碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料力學性能優良，早期強度發展快，后期強度高，且有持續增長趨勢，其3天抗壓強度可達20～50MPa，28天抗壓強度可達30～90MPa。
(4)本發明的膠凝材料的凝結時間在2～12小時可調。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明，但本發明的實施方式不限于此。
實施例1以質量份數計，將1.3份氯化鋇加入到10份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉30份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入39.5份模數為1.4、氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為45％的激發劑，激發劑是由固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時加入70份CaO質量百分比含量為38.24％、MgO質量百分比含量為12.19％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。經測試，所制得的膠凝材料初凝時間為7h8min，終凝時間為7h54min，膠砂試體3d抗壓強度為29.3MPa，28d抗壓強度為61.8MPa，90d抗壓強度為71.7MPa。
實施例2以質量份數計，將0.5份氯化鋇加入到17.5份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉50份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入32.5份模數為1.4、氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為53％的激發劑，激發劑是由工業水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時加入50份CaO質量百分比含量為32.55％、MgO質量百分比含量為19.17％的碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。經測試，所制得的膠凝材料凈漿初凝時間為1h53min，終凝時間為2h29min，膠砂試體3d抗壓強度為49.5MPa，28d抗壓強度為89.3MPa，90d抗壓強度為97.5MPa。
實施例3以質量份數計，將1.4份氯化鋇加入到14份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉40份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入36份模數為1.4、氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為55％的激發劑，激發劑是由工業水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時加入60份CaO質量百分比含量為33.57％、MgO質量百分比含量為16.65％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。經測試，所制得的膠凝材料凈漿初凝時間為6h32min，終凝時間為7h07min，膠砂試體3d抗壓強度為49.2MPa，28d抗壓強度為84.9MPa，90d抗壓強度為100.3MPa。
實施例4以質量份數計，將2.0份氯化鋇加入到17.5份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉50份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入30份模數為1.6、氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為53％的激發劑，激發劑是由固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時加入50份CaO質量百分比含量為37.88％、MgO質量百分比含量為14.15％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。經測試，所制得的膠凝材料初凝時間為9h11min，終凝時間為9h51min，膠砂試體3d抗壓強度為38.8MPa，28d抗壓強度為68.6MPa，90d抗壓強度為84.9MPa。
實施例5以質量份數計，將1.1份氯化鋇加入到14份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉40份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入36份模數為1.8、氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為55％的激發劑，激發劑是由工業水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時加入60份CaO質量百分比含量為37.88％、MgO質量百分比含量為14.15％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。經測試，所制得的膠凝材料初凝時間為6h3min，終凝時間為6h38min，膠砂試體3d抗壓強度為36.3MPa，28d抗壓強度為46.7MPa，90d抗壓強度為68.4MPa。
實施例6以質量份數計，將1.5份硝酸鋇加入到25份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得硝酸鋇溶液。將礦渣粉50份加入到硝酸鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入55份模數為1.6、氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為51％的激發劑，激發劑是由工業水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時加入50份CaO質量百分比含量為37.88％、MgO質量百分比含量為14.15％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。經測試，所制得的膠凝材料初凝時間為3h50min，終凝時間為4h46min，膠砂試體3d抗壓強度為25.5MPa，28d抗壓強度為46.9MPa，90d抗壓強度為73.2MPa。
實施例7以質量份數計，將1.5份氯化鋇加入到15份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得氯化鋇溶液。將礦渣粉30份加入到氯化鋇溶液中，攪拌均勻，然后加65份模數為1.6、氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為55％的激發劑，激發劑是由工業水玻璃與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時加入70份CaO質量百分比含量為44.61％、MgO質量百分比含量為6.08％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。經測試，所制得的膠凝材料初凝時間為7h41min，終凝時間為9h07min，膠砂試體3d抗壓強度為20.3MPa，28d抗壓強度為30.7MPa，90d抗壓強度為37.1MPa。
實施例8以質量份數計，將1.2份硝酸鋇加入到20份水中稀釋并攪拌至全部溶解，制得硝酸鋇溶液。將礦渣粉40份加入到硝酸鋇溶液中，攪拌均勻，然后加入60份模數為1.6、氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為53％的激發劑，激發劑是由固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液，同時加入60份CaO質量百分比含量為37.88％、MgO質量百分比含量為14.15％碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，即制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。經測試，所制得的膠凝材料初凝時間為5h03min，終凝時間為5h48min，膠砂試體3d抗壓強度為27.8MPa，28d抗壓強度為43.9MPa，90d抗壓強度為60.6MPa。
權利要求
1.一種堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)外加劑溶液的制備以質量份數計，將0.5～2份外加劑加入到10～25份水中稀釋，并攪拌至全部溶解，制得外加劑溶液；(2)膠凝材料的制備以質量份數計，將30～50份礦渣粉加入到(1)制備的外加劑溶液中，攪拌均勻，然后加入30～65份模數為1.4～1.8，氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為45％～55％的激發劑，再加入50～70份邊緣性碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料；所述激發劑為工業水玻璃或固體硅酸鈉與氫氧化鈉配制成的水溶液；所述外加劑為氯化鋇或硝酸鋇。
2.根據權利要求1所述的堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料制備方法，其特征在于所述礦渣為水淬高爐礦渣。
3.根據權利要求1所述的堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料制備方法，其特征在于所述邊緣性碳酸鹽礦和高爐礦渣的細度達到GB 1345《水泥細度檢驗方法(80μm篩篩析法)》對普通硅酸鹽水泥的細度控制要求。
4.一種堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料由權利要求1所述方法制備。
全文摘要
本發明涉及一種堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料及其制備方法。以質量份數計，將0.5～2份外加劑加10～25份水稀釋，并將30～50份礦渣粉加入到所制備的外加劑溶液中，攪拌均勻，然后加入30～65份模數為1.4～1.8，氧化鈉和氧化硅質量濃度之和為45％～55％的激發劑，再加入50～70份邊緣性碳酸鹽礦粉，攪拌均勻后，制得堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料。該復合膠凝材料是利用邊緣性碳酸鹽礦粉和礦渣粉于常溫下直接獲得，能耗和成本低，對環境污染小，具有綠色環保性。所制得的復合膠凝材料的凝結時間在2～10小時可調，其膠砂強度與礦渣用量、激發劑的模數和濃度有關，3天抗壓強度可達20～50MPa，28天抗壓強度可達30～90MPa，且有持續增長趨勢。
文檔編號C04B22/00GK1699252SQ20051003444
公開日2005年11月23日 申請日期2005年4月30日 優先權日2005年4月30日
發明者殷素紅, 余其俊, 趙三銀, 文梓蕓, 喬飛, 黃家琪, 王小萍 申請人:華南理工大學