CN115536291A - 一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于道路工程的缓凝胶凝材料及其制备方法，解决了现有技术采用硅酸盐水泥应用于道路工程时凝结时间较短、裂缝较多的问题。该缓凝胶凝材料由复合粉体和激发剂组成，复合粉体含有50‑70%高铝粉煤灰、8‑20%炉底渣、2‑5%脱硫石膏和20‑30%矿渣，激发剂为复合粉体质量的10‑20%，激发剂由固体水玻璃和烧碱组成。本发明制备的缓凝胶凝材料与传统的硅酸盐水泥相比，具有凝结时间长、硬化体裂缝少的特点，同时还具有较低的水化热以及较好的抗腐蚀、抗冻融、抗碳化性能，非常适合应用于道路工程。该胶凝材料还具有生产工艺简单、投资省、能耗低、污染小，碳排放少的优点。
Description
技术领域
本发明涉及固废资源化利用的技术领域，具体涉及一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料及其制备方法。
背景技术
当前，传统无机胶凝材料仍以水泥为主，属于“高能耗、高污染”产品，而且制造原料需要开采天然石灰石获取，“开山炸石”严重破坏影响环境。另一方面，我国燃煤电厂每年排放粉煤灰约5亿多吨，30-40％的粉煤灰未利用而堆存占用土地，污染环境，增加碳排放。因此还需要开发多种粉煤灰消纳利用的技术途径，消除堆存粉煤灰对生态环境的不良影响。
粉煤灰的结构中存在着结晶相和玻璃相，结晶相中主要有莫来石、石英、磁铁矿等，玻璃相由含少量Fe、Na、K、Ca、Mg、Ti的铝硅酸盐玻璃体组成，约占总组成的50％-80％。粉煤灰与高炉矿渣相比，组成中CaO含量极低，因此粉煤灰本身不具备潜在水硬性。
碱激发粉煤灰基胶凝材料是对粉煤灰进行“补钙”后应用高效碱激发剂解聚粉煤灰玻璃体等生成新的多种胶凝物质并聚合发育形成空间三维网状结构而产生强度，其跟传统硅酸盐水泥相比，具有较长的凝结时间，较低的水化热，以及较好的快硬性、抗腐蚀性、抗冻性、护筋性等，并且具有生产工艺简单、投资省、能耗低、污染小，碳排放少的特点。但是，碱激发粉煤灰的常规方法是使用石灰等激发其活性，此种方法激发的高铝粉煤灰强度发展缓慢，最终强度较低，一般 3天抗压强度约1～3MPa，28天抗压强度约10MPa，实际使用价值不大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料及其制备方法，解决现有技术采用硅酸盐水泥应用于道路工程时凝结时间较短、裂缝较多的问题。为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，由复合粉体和激发剂组成，复合粉体包括质量百分比计的下述成分：50-70％高铝粉煤灰、8-20％炉底渣、2-5％脱硫石膏和20-30％矿渣，激发剂为复合粉体质量的10-20％；所述激发剂包括固体水玻璃和火碱。
具体的，所述高铝粉煤灰中Al2O3质量分数≥35％，SiO2和Al2O3质量分数之和≥80％，水份质量分数≤1％。
具体的，所述炉底渣中Al2O3质量分数≥30％，SiO2和Al2O3质量分数之和≥75％，水份质量分数≤1％。
具体的，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O质量分数≥85％，水份质量分数≤ 2％，所述脱硫石膏中半水亚硫酸钙≤0.5％，氯离子含量≤600ppm。
具体的，所述矿渣符合GB/T 203—2008标准要求。
具体的，所述固体水玻璃的模数为2.0-3.0。
具体的，所述火碱的氢氧化钠含量≥99％。
本发明还提供一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料的制备方法，用于制备上述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，所述复合粉体是将高铝粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏和矿渣按配合比加入球磨机中混合粉磨至粒径为45 μm筛余质量为20-30％，制得复合粉体。
具体的，所述激发剂是将固体水玻璃和火碱按比例混合，所述固体水玻璃和火碱中的二氧化硅摩尔数与氢氧化钠摩尔数比值(模数)为1.2-1.8。
具体的，所述碱激发缓凝胶凝材料是将复合粉体和激发剂按照质量比1:0.1 —0.2的比例混合均匀制得，使用时还需加水搅拌3—6分钟。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
(1)本发明提供的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料及其制备方法，与传统硅酸盐水泥相比具有较长的凝结时间，该碱激发缓凝胶凝材料初凝时间5-9小时，终凝时间6-12小时，更适应于大体积施工。
(2)本发明提供的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料及其制备方法，与传统硅酸盐水泥相比，该碱激发缓凝胶凝材料水化硬化过程中体积不收缩，从而保证结构的密实性，抗渗、抗冻、抗腐蚀等能力。
(3)本发明提供的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料及其制备方法，与传统硅酸盐水泥相比，该胶凝材料具有生产工艺简单、投资省、能耗低、污染小，碳排放少的优点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，由复合粉体和激发剂组成，其特征在于，复合粉体包括质量百分比计的下述成分：50-70％高铝粉煤灰、8-20％炉底渣、2-5％脱硫石膏和20-30％矿渣，激发剂为复合粉体质量的 10-20％，激发剂包括：固体水玻璃和烧碱。
所述高铝粉煤灰、矿渣都含有大量玻璃体，玻璃体在激发剂的作用下解聚释放出大量活性SiO2与Al2O3，活性SiO2与Al2O3一起与游离的Na+反应生成水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶，活性SiO2与Al2O3一起与脱硫石膏和矿渣提供的Ca2+反应生成水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶，此外活性Al2O3还与石膏反应生成钙矾石(AFt)，各种不同形貌的凝胶物质在不断聚合和发育下形成空间三维网状结构，故而产生强度，而钙矾石(AFt)的微膨胀性可以补尝化学反应收缩和干燥收缩等，从而保证硬化过程不会产生因体积收缩导致的裂缝。
所述矿渣和脱硫石膏能够提供钙源，Ca2+与活性SiO2与Al2O3反应生成水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶；脱硫石膏还与活性Al2O3反应生成具有微膨胀性的钙矾石(AFt)。
所述水玻璃和火碱水解生成大量OH—，OH—的存在为反应体系提供高碱环境，使粉煤灰及矿渣在强碱条件下溶蚀解聚并释放出大量活性SiO2与Al2O3。
作为可选的实施方式，所述高铝粉煤灰中Al2O3质量分数≥35％，SiO2和Al2O3质量分数之和≥80％，水份质量分数≤1％。
作为可选的实施方式，所述炉底渣撒中Al2O3质量分数≥30％，SiO2和Al2O3质量分数之和≥75％，水份质量分数≤1％。
作为可选的实施方式，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O质量分数≥85％，水份质量分数≤2％，半水亚硫酸钙≤0.5％，氯离子含量≤600ppm。
作为可选的实施方式，所述固体水玻璃模数为2.0-3.0。
可选可选的实施方式，所述火碱的氢氧化钠含量≥99％。
作为可选的实施方式，将高铝粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏和矿渣按照按配合比例加入球磨机中混合粉磨，将混合物料的粒径粉磨至45μm筛余质量≤30％。
作为可选的实施方式，将固体水玻璃和火碱按比例混合，使混合物中二氧化硅的摩尔数与氢氧化钠的摩尔数比值(模数)达到1.2-1.8。
作为可选的实施方式，将复合粉体和激发剂按照质量比1:0.1—0.2的比例混合均匀制得，使用时还需加水搅拌3—6分钟。
下述各个实施例所采用的材料均符合上述的具体要求。
实施例1
本发明实施例提供了一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，具体组分与配比如下表所示：
参照水泥检验方法检测所制备碱激发缓凝胶凝材料的初凝时间、终凝时间、 3d和28d抗压强度、28d膨胀率。
实施例2
本发明实施例提供了一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，具体组分与配比如下表所示：
参照水泥检验方法检测所制备碱激发缓凝胶凝材料的初凝时间、终凝时间、 3d和28d抗压强度、28d膨胀率。
实施例3
本发明实施例提供了一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，具体组分与配比如下表所示：
参照水泥检验方法检测所制备碱激发缓凝胶凝材料的初凝时间、终凝时间、 3d和28d抗压强度、28d膨胀率。
实施例4
本发明实施例提供了一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，具体组分与配比如下表所示：
参照水泥检验方法检测所制备碱激发缓凝胶凝材料的初凝时间、终凝时间、 3d和28d抗压强度、28d膨胀率。
实施例5
本发明实施例提供了一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，具体组分与配比如下表所示：
参照水泥检验方法检测所制备碱激发缓凝胶凝材料的初凝时间、终凝时间、 3d和28d抗压强度、28d膨胀率。
实施例6
本发明实施例提供了一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，具体组分与配比如下表所示：
参照水泥检验方法检测所制备碱激发缓凝胶凝材料的初凝时间、终凝时间、 3d和28d抗压强度、28d膨胀率。
对比例1
以普通粉煤灰硅酸盐水泥为对比例，P.F42.5粉煤灰硅酸盐水泥具体组分与配比如下表所示：
| 材料 | 质量百分比 |
| 硅酸盐水泥熟料 | 70％ |
| 粉煤灰 | 25％ |
| 脱硫石膏 | 5％ |
依据水泥检验方法检测P.F42.5水泥的初凝时间、终凝时间、3d和28d抗压强度、28d膨胀率。
检测结果：
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，由复合粉体和激发剂组成，其特征在于，复合粉体包括质量百分比计的下述成分：50-70%高铝粉煤灰、8-20%炉底渣、2-5%脱硫石膏和20-30%矿渣，激发剂为复合粉体质量的10-20%；所述激发剂包括固体水玻璃和火碱。
2.根据权利要求1所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，其特征在于：所述高铝粉煤灰中Al2O3质量分数≥35%，SiO2和Al2O3质量分数之和≥80%，水份质量分数≤1%。
3.根据权利要求1所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，其特征在于：所述炉底渣中Al2O3质量分数≥30%，SiO2和Al2O3质量分数之和≥75%，水份质量分数≤1%。
4.根据权利要求1所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，其特征在于：所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O质量分数≥85%，水份质量分数≤2%，所述脱硫石膏中半水亚硫酸钙≤0.5%，氯离子含量≤600ppm。
5. 根据权利要求1所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，其特征在于：所述矿渣符合GB／T 203—2008标准要求。
6.根据权利要求1所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，其特征在于：所述固体水玻璃的模数为2.0-3.0。
7.根据权利要求1所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，其特征在于：所述火碱的氢氧化钠含量≥99%。
8.一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料的制备方法，用于制备权利要求1-7所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料，其特征在于：所述复合粉体是将高铝粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏和矿渣按配合比加入球磨机中混合粉磨至粒径为45μm筛余质量为20-30%，制得复合粉体。
9.根据权利要求8所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述激发剂是将固体水玻璃和火碱按比例混合，所述固体水玻璃和火碱中的二氧化硅摩尔数与氢氧化钠摩尔数比值（模数）为1.2-1.8。
10.根据权利要求8所述的一种适用于道路工程的碱激发缓凝胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述碱激发缓凝胶凝材料是将复合粉体和激发剂按照质量比1:0.1—0.2的比例混合均匀制得，使用时还需加水搅拌3—6分钟。
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| CN106380167A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-08 | 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 | 一种碱激发粉煤灰胶凝材料及其制备方法 |
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