[发明专利]矿渣碳化改性方法、碳化改性矿渣胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种矿渣碳化改性方法、碳化矿渣胶凝材料及其制备方法，该矿渣碳化改性方法，包括以下步骤：将矿渣置于温度为20～30℃、相对湿度为50～70％、二氧化碳体积浓度为30‑100％的条件下反应3～168h，即完成对矿渣的改性。本发明的矿渣碳化改性方法，通过有效的气‑固反应碳化改性矿渣的方法，矿渣碳化改性不仅可以捕获和储存部分CO₂，碳化改性的矿渣又可以在不影响碳化改性矿渣胶凝材料其他性能的前提下，有效延长碳化矿渣胶凝材料的凝结时间；以碳化改性的矿渣为原料，可以将制备的矿渣胶凝材料的初凝时间控制在合理的范围内，而且用碳化矿渣制备的矿渣胶凝材料不影响其后期抗压强度的发展和反应产物。

技术领域

本发明涉及矿渣材料技术领域，尤其涉及一种矿渣碳化改性方法、碳化改性矿渣胶凝材料及其制备方法。

背景技术

矿渣是生冶炼铁时的副产物，与适当的碱（如水玻璃、氢氧化钠）反应形成胶凝材料，是一种很好的水泥替代品。与普通硅酸盐水泥(OPC)相比，碱激发矿渣不仅利用了固体废弃物，减少了二氧化碳的排放，还具有许多优良的性能。然而，碱激发矿渣的凝结时间短，尤其水玻璃激发矿渣的凝结时间小于30 min阻碍了其实际应用。理想的方法是研制性能优良的化学缓凝剂，从而在不影响其他性能的情况下延缓碱激发矿渣的凝固。然而，由于碱激发矿渣中OH^-浓度过高，导致适合水泥使用的缓凝剂在碱激发矿渣体系中不能有效工作。目前，碱激发矿渣体系中有效的缓凝剂主要是磷酸/磷酸盐以及硼砂。尽管取得了良好的缓凝效果，但是使用的剂量大以及降低碱激发矿渣的性能，如强度下降，增加干燥收缩等，使用缓凝剂被认为是不切实际的。

基于目前矿渣凝结时间短而阻碍其实际应用，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种矿渣碳化改性的方法、凝结时间可控的碱激发碳化改性矿渣胶凝材料及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种矿渣碳化改性方法，包括以下步骤：将矿渣置于温度为20~30℃、相对湿度为50 ~70%、二氧化碳体积浓度为30-100%的条件下反应3~168h，即完成对矿渣的改性。

第二方面，本发明还提供了一种碳化改性矿渣胶凝材料，包括所述的改性方法得到的矿渣。

第三方面，本发明还提供了一种所述的碳化改性矿渣胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

将所述矿渣、任选的氢氧化钠溶液或水玻璃溶液、以及水混合后，浇注在模具中，养护

后即得碱激发碳化改性矿渣胶凝材料。

本发明的一种矿渣碳化改性方法、碳化改性矿渣胶凝材料及其制备方法相对于现

有技术具有以下有益效果：

（1）本发明的矿渣碳化改性方法，通过有效的气-固反应碳化改性矿渣的方法，矿渣碳化改性不仅可以捕获和储存部分CO₂，碳化改性矿渣又可以在不影响碱激发矿渣胶凝材料其他性能的前提下，有效延长碱激发碳化改性矿渣胶凝材料的凝结时间；碳化改性矿渣可以将制备的碱激发碳化改性矿渣控制在合理的初凝时间范围内，且碳化改性矿渣不影响碱激发矿渣胶凝材料的抗压强度和反应产物；

（2）本发明的碳化改性矿渣胶凝材料的制备方法，可以通过调整矿渣在二氧化碳中的暴露时间来控制凝结时间；NaOH溶液、模数为1.0的水玻璃溶液和模数为2.0的水玻璃溶液激发在CO₂中暴露 168 h后的矿渣的初始凝结时间分别延长至134 min、54 min和1167min。

（3）本发明制备的碳化改性矿渣胶凝材料,与新磨矿渣（未碳化改性的矿渣）相比，碳化改性矿渣胶凝材料的水化反应曲线在诱导期之前出现了明显的低反应速率阶段。在此期间，矿渣碳化层中的硅铝酸盐结构溶解速率较低，一旦碳化层被破坏，碳化矿渣将出现与新磨矿渣相同的水化反应过程。