[发明专利]一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于新型水泥材料领域，具体涉及一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法。

背景技术

2011年我国水泥产量达20.63亿吨，其中绝大部分是硅酸盐水泥。硅酸盐水泥煅烧温度达1450℃，能耗物耗高、碳排放高、环境污染严重、耐酸耐蚀和耐久性差，且消耗大量的优质石灰岩资源，应逐渐限制与减少其使用。水泥的发展趋势要求其原料来源广、高废物利用、低能耗、低资源消耗、低污染、低碳排放且耐久性和耐腐蚀性好。最近研究比较活跃的碱激发水泥是由强碱盐的水溶液与活性固体氧化物粉末组成的双组分水泥，根据胶凝机理的差别主要有碱矿渣水泥和地聚物水泥两个基本类型。碱矿渣水泥的典型组元为R-M-A-S，其固体粉末为水淬高炉矿渣磨细粉。前苏联的应用实践和蒲心诚等在国内的研究都证明，碱矿渣水泥具有高强、快硬、抗渗、耐久、耐蚀、低碳排放和对集料要求低等明显优于硅酸盐水泥的性能。从组成比较，碱矿渣水泥的需碱量以Na₂O计约为5%左右，为地聚物水泥需碱量的1/2-1/3，需铝量也更低；其组成比更接近地壳，原料更加丰富；而其常温养护的早期强度上升快，后期强度持续升高，最终强度也很高，常温养护90天的抗压强度达到160MPa，故该类水泥的潜在优势明显。但矿渣是在炼铁高炉中1400-1600℃高温熔融后水淬冷却获得的，人造矿渣能耗高，而炼铁副产矿渣产量不能满足水泥需求，且其组成随炼铁的需要而变化，当大掺量加入制备碱矿渣水泥时会使水泥性质不稳定(注：R-一价碱金属氧化物，M-二价碱土金属氧化物，A-Al₂O₃，S-SiO₂，C-CaO,H-H₂O,N-Na₂O)。

发明内容

本发明的第一个目的在于克服上述碱矿渣水泥的不足，提供一种在化学成分与矿渣类似的原料中加入R组分，在低于矿渣熔融的温度下煅烧得到单组分碱激发R-M-A-S水泥的制备方法。

本发明方法包括如下顺序的步骤：

（1）准备原料1和原料2：原料1为含SiO₂、Al₂O₃和CaO的物质，为玻璃体，或者为一种矿物或几种矿物的混合物，要求是需磨细到粒度为200目筛余物的质量比≦10%；原料2是在煅烧条件下能分解出游离的碱金属氧化物的物质；

（2）生料配料：将原料1与原料2按一定的比例混合；

（3）生料煅烧：将步骤（2）所得混合物在950℃～1200℃保温煅烧1.5～3小时后，将煅烧产物趁热迅速从高温炉中取出快速冷却至室温；将冷却所得熟料重新磨细即得到单组分碱激发水泥，水泥粉细度要求为200目筛余物的质量比≦10%。

更进一步的要求是，步骤（1）中所述原料1的组成成分满足：其在1100℃烧灼至恒重后，Al₂O₃+SiO₂+CaO的质量≧烧后总质量的85%，并且，总质量的35%≧Al₂O₃的质量≧总质量的5%。

所述原料1优选为硅铝质粘土原料与钙质原料混合而成。

步骤（1）中所述原料2优选为水溶性碳酸钠或氢氧化钠。

步骤（2）中，所述原料1与原料2的混合比例应满足：使混合后的物料在1100℃及以上的温度下煅烧至恒重后，产物的各组分的质量占总质量的百分比分别是：Al₂O₃为8～25%，SiO₂为24～55%，CaO为10～55%，Na₂O+0.658K₂O为6～25%。

步骤（2）中，原料1与原料2的混合方式是以一起研磨的方式混合均匀；或者，研磨后的原料1的粉末与溶解在水中的原料2进行固液混合，搅拌达到混合均匀；其中，优选为第二种混合方式。

步骤（3）中，当原料1中的钙质以游离的CaO和或Ca(OH)₂的形式存在时，煅烧温度可低至950℃；当原料1中的钙质以CaCO₃的形式存在时煅烧温度需≧1100℃。