[发明专利]一种碱激发胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程用胶凝材料，特别是涉及一种利用硅钙渣制备得到的碱激发胶凝材料及其制备方法。

背景技术

自20世纪40年代以来，人们通过碱激发剂激发具有潜在胶凝活性的工业废渣(偏高岭土、矿渣、粉煤灰等)获得了具有胶凝性能的新型无机胶凝材料—碱激发胶凝材料。由于碱激发胶凝材料以工业废渣为主要原料，且在早期强度、耐高温、耐酸腐蚀、固结金属离子等方面具有独特的优势，因此自诞生之日起便在世界范围内引起了广泛的关注。

关于利用废渣制备碱激发胶凝材料，目前国内外已进行了大量的研究。例如，法国的Davidovits以偏高岭土为主要原料开发出了新型碱激发偏高岭土胶凝材料；专利文献CN1699252A公开了一种碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料及其制备方法；专利文献CN1884172A公开了一种粉煤灰基矿物聚合水泥及其制备方法；专利文献CN101830653A公开了一种污泥-高钙粉煤灰碱激发水泥及其制备方法；专利文献CN102557505A公开了一种可降低干燥收缩和塑性开裂的碱激发矿渣砂浆。上述研究发明主要是以偏高岭土、矿渣、粉煤灰为原料进行的，而随着工业的不断发展，偏高岭土、矿渣、粉煤灰早已成为水泥混凝土工业的重要原料，具有较高的经济价值。因此以上述原料制备碱激发胶凝材料成本较高。

我国山西、内蒙古等地区出产高铝粉煤灰，其铝含量高达40％～60％。为充分利用此种铝矿资源，目前国内大多采用石灰石烧结法对其进行提铝处理。硅钙渣是粉煤灰提取氧化铝后的残渣，其主要成分为硅酸二钙。由于提铝过程中会有部分碱液残留在残渣(硅钙渣)中，硅钙渣碱含量一般为3％～8％，这为硅钙渣的资源化处理带来了极大的不便。资料表明，采用石灰石烧结法生产氧化铝，从粉煤灰中每提取1吨氧化铝，即排放出约2.5吨硅钙渣。因此，如果无法得到有效的利用，硅钙渣的堆置不仅会占用大量土地，而且会对环境造成污染，从而影响到粉煤灰提取氧化铝生产的经济效益。

采用石灰石烧结法提取氧化铝产生的硅钙渣，由于其主要成分为硅酸二钙，因此现有技术中利用其生产水泥熟料的研究较多。例如专利文献CN1548374A公开了一种利用粉煤灰制备氧化铝联产水泥熟料的方法，专利文献CN1644506A公开了一种利用粉煤灰和石灰石联合生产氧化铝和水泥的方法，朱元基、徐银芳、温平等（[1]朱元基.用硅钙渣作水泥原料的研究[J].水泥,1983(1):1-4.[2]徐银芳.硅钙渣作为水泥原料的研究[J].华中理工大学学报,1992,20(1):147-152.[3]温平.硅钙渣作为水泥生产原料的可行性研究[J].中国水泥,2012(5):54-55.）也分别进行了硅钙渣作为水泥生产原料的可行性研究。由于硅钙渣中碱含量较高，在将硅钙渣用作水泥生产原料时，必须进行脱碱处理，并且为保证熟料中硅酸三钙含量，在生产过程中还需添加石灰石等其他组分，因此将硅钙渣用作水泥生产原料时，水泥生产成本及能耗较高。另外，专利文献CN101863638A公开了一种利用硅钙渣增强沥青混合料的方法，但其硅钙渣用量较低，仅为5％～15％；专利文献CN102173740A公开了一种利用硅钙渣制造釉面砖的方法，但其硅钙渣用量较低，仅为5％～40％，且须经历高温煅烧过程。因此，对于硅钙渣的资源化利用，现有技术自身都存在着不足。

发明内容

针对目前以偏高岭土、矿渣、粉煤灰制备碱激发胶凝材料时成本较高的问题以及硅钙渣资源化利用技术中的不足，本发明提供了一种以硅钙渣为主要原料制备的新型碱激发胶凝材料。

本发明所提供的碱激发胶凝材料，是由硅钙渣微粉和矿粉、超细矿粉组成的复合粉料在水玻璃激发下得到的，其原料配方包括以下质量百分含量的组分：70％硅钙渣微粉、15％～25％矿粉、5％～15％超细矿粉，以及Na₂O含量占复合粉料重量1％～5％的水玻璃(Na₂O·nSiO₂，其模数n为2.00～3.00)。

所述硅钙渣微粉是将原状硅钙渣粉磨至80μm筛余26.0％～31.0％，优选为80μm筛余26.0％～28.0％的粉体。

所述矿粉比表面积400m²/kg，矿粉的掺入量优选为15％。

所述超细矿粉比表面积600m²/kg，掺量优选为15％。

所述液体水玻璃(Na₂O·nSiO₂)中Na₂O含量优选为占复合粉料重量的4％～5％。