專利名稱：一種粉煤灰活性混合材、其制備方法以及一種高性能水泥的制作方法
技術領域：
本發明涉及建筑材料，特別涉及水泥工業中的活性混合材料及其制備方法，以及由該活性混合材料而形成的新型高性能水泥。
背景技術：
隨著水泥混凝土技術的發展，水泥混凝土正朝著高性能化的方向發展。高性能水泥混凝土應該具有低的環境負荷、高的強度以及優異的耐久性等顯著特點。低的環境負荷主要體現在能源和資源消耗要低，具體地說就是水泥混凝土中要盡可能多地摻加混合材，同時保證水泥混凝土具有高的強度和優異的耐久性。因此，這就要求高性能水泥混凝土的組成配比不同于普通水泥混凝土的，同時高性能水泥混凝土對所用組分的特性，尤其對混合材或摻合料的特性，也有特殊要求。一些能夠用于普通水泥混凝土的混合材或摻合料，就不適用于高性能水泥混凝土。
粉煤灰是我國大宗的工業廢渣，粉煤灰目前年排放量在1.5億噸左右，國內堆存數量在10億噸以上。多年來，粉煤灰的資源化利用，為眾多學者和工程技術人員的所關注。但是不容否認的是，粉煤灰資源化利用的問題，也一直沒有得到徹底解決。建筑材料領域具有材料用量大的獨特優勢，因此如果能夠把粉煤灰轉化成水泥混凝土的高活性組分，就可以徹底解決粉煤灰的排放和堆存問題。然而，雖然經過多年研究與實踐，上述研究仍然沒有取得突破性的進展。
關于活性粉煤灰及其制備，有專利申請CN1194951A公開了一種提高粉煤灰活性的處理方法，把粉煤灰與酸共同攪拌后，制備出活性粉煤灰；專利申請CN1112530A公開了一種高活性粉煤灰混合材，在粉煤灰中加入CaO和CaSO4·2H2O后粉磨，而后再把樣品經過自然養護或蒸汽養護，獲得高活性混合材；專利申請CN1380266A公開了一種粉煤灰活化劑，將偏磷酸鈉、氟硅酸鈉、三聚磷酸鈉等按照比例配合，加熱干燥脫水后粉碎所得。上述三個專利申請在提高粉煤灰活性處理方法上，是比較具有代表性的三類方法，然而，制備的粉煤灰共同的不足是粉煤灰使用過程中帶入水泥混凝土中的堿含量較高，超過了安全界限，導致混凝土容易發生堿骨料反應而使其耐久性較差，不能滿足高性能水泥混凝土對混合材或摻和料的特性要求。
發明創造內容本發明的目的是提供一種在使用中堿含量處于安全水平的粉煤灰活性混合材及其制備方法。
本發明的粉煤灰活性混合材，由80～97wt％粉煤灰原粉、0.5～1.5wt％的鹽和1～20wt％的水經混勻、粉磨、干燥制得。
其中，所述鹽為可溶性碳酸鹽、可溶性磷酸鹽以及可溶性的硫酸鹽，具體為碳酸氫鈉或磷酸鎂。
本發明粉煤灰活性混合材的制備方法，包括下述步驟1)混合配料按照重量百分比將粉煤灰原粉、鹽和水混合均勻；2)粉磨把上述配比的原料在球磨機內共同粉磨，細度用45μm篩控制，篩余不超過20.0％；3)干燥所得粉體自然晾干或烘干得到粉煤灰活性混合材。
其中，所述步驟3)中烘干溫度在50℃。
本發明的另一目的是提供由上述粉煤灰活性混合材組成的高性能水泥。
該高性能水泥，是由30wt％～40wt％的粉煤灰活性混合材與70wt％～60wt％的硅酸鹽水泥混合而成。
采用上述技術方案，經實驗驗證，用本發明方法制備的粉煤灰混合材與硅酸鹽水泥混合得到的高性能水泥，比原狀粉煤灰與普通水泥混合后28天抗壓強度提高10～17MPa，本發明所得高性能水泥的強度等級均達到了國標52.5強度等級要求。
本發明提供的粉煤灰混合材中的低堿含量，可以避免因摻用粉煤灰引起的混凝土耐久性不良的缺陷。本發明不僅從根本上改變了以往用大摻量強堿來提高粉煤灰活性的方法，使制備的粉煤灰可以作為高性能水泥混凝土用性能調節型輔助膠凝組分，而且實施簡便易行，并且合理解決了粉煤灰的排放和堆存，經濟效益和環境效益顯著。
具體實施例方式
本發明首先提供一種活性粉煤灰混合材的制備方法。本發明中，所述活性粉煤灰混合材是用于高性能水泥混凝土中的混合材，是在粉煤灰中加入少量的鹽和水，而后在球磨機內共同粉磨并烘干而制得。
在制備過程中，可加入用量在0.5～1.5wt％范圍內的可溶性鹽，這樣可以保證粉煤灰在制備過程中，在一定程度上提高粉煤灰活性。加入少量的可溶性鹽如碳酸鹽等，在促進粉煤灰顆粒表面結構的硅氧鍵、鋁氧鍵結構斷裂，促進粉煤灰活性的發揮。制備過程中帶入的堿，能夠確保粉煤灰使用過程中帶入水泥混凝土中的堿含量位于一個安全水平。即便按照本發明提供方法中最大的鹽摻量(1.5％)來估算，由活化粉煤灰帶入到水泥混凝土中的最大堿含量在0.25％左右。這樣數量的堿能夠使制備的高性能水泥中堿含量容易達到低堿，水泥堿含量不高于0.6％的要求，也能夠使其制備的混凝土中堿含量容易達到不超過1.0％的要求(假設混凝土中水泥用量為300kg/m3，使用的集料為C種堿活性集料)。本發明中，可選用的可溶性鹽為工業鹽，包括可溶性碳酸鹽如碳酸氫鈉，可溶性磷酸鹽如磷酸鎂，以及其它可溶性硫酸鹽。
在制備過程中，需加入用量在1～20wt％范圍內的水，這樣可以保證粉煤灰在制備過程中，與鹽發揮協同效應，進一步提高粉煤灰活性。水可以在制備過程中與鹽共同作用，改變粉煤灰顆粒表面結構價鍵，改變粉煤灰結構中硅鋁元素的化學環境，增加表面結構缺陷，進一步促進了粉煤灰活性的迅速發揮。所用的水可以是自來水。
制備活性粉煤灰混合材的步驟具體為1、混合配料按照重量百分比將粉煤灰80～97％、鹽0.5～1.5％和水1～20％配料，混合均勻；2、粉磨把上述配比的原料在球磨機內共同粉磨，細度用45μm篩控制，篩余不超過20.0％；3、干燥所得粉體自然晾干或烘干。
本發明還提供一種高性能水泥，是由30wt％～40wt％的粉煤灰活性混合材與70wt％～60wt％的普通硅酸鹽水泥混合而得到的高性能水泥。
以下是
具體實施例方式實施例1將95千克原狀粉煤灰(北京市云崗熱電廠)、1千克碳酸氫鈉、4千克水混合均勻，在球磨機內粉磨，過45μm篩，然后將過45μm篩的部分在50℃烘干得到本例粉煤灰活性混合材。
取本例粉煤灰活性混合材30千克和70千克普通硅酸鹽水泥混合均勻，得到本例高性能水泥C1；取本例粉煤灰活性混合材40千克和60千克普通硅酸鹽水泥混合均勻，得到本例高性能水泥C2。
對C1、C2中的堿含量進行分析表明，C1、C2中的當量堿含量在0.6％范圍內。
對本例高性能水泥進行強度測試，以驗證本發明的的粉煤灰混合材活性以及高性能水泥的品質。其中，測試樣品中B1、B2為比較樣，B1為70wt％硅酸鹽水泥與30wt％原狀粉煤灰的混合物，B2為60wt％硅酸鹽水泥和40wt％原狀粉煤灰的混合物。強度測試采用國家標準GB/T17671-1999規定的方法將95％質量的樣品和5％質量的天然二水石膏混合，在球磨機中粉磨，比表面積達到340m2/kg～360m2/kg后測試強度。測試結果見表1。
表1抗折強度(MPa) 抗壓強度(MPa)樣品號3天28天 3天 28天B15.28.726.547.7B23.77.320.336.6C15.28.926.258.0C24.79.023.753.6注B1-70％硅酸鹽水泥+30％原狀粉煤灰，B2-60％硅酸鹽水泥+40％原狀粉煤灰；C1-70％硅酸鹽水泥+30％粉煤灰活性混合材，C2-60％硅酸鹽水泥+40％粉煤灰活性混合材。
由表1數據可以得知，原狀粉煤灰經過本發明方法處理后，所得粉煤灰活性混合材與硅酸鹽水泥復合所得高性能水泥的28天強度得到顯著提高。樣品C1比B1的28天抗壓強度提高10.3MPa，樣品C2比B2的28天抗壓強度提高17.0MPa。本發明上述兩個摻量的粉煤灰混合所得高性能水泥(樣品C1和C2)的強度等級均達到了國標52.5強度等級要求。
實施例2將96千克原狀粉煤灰(取自北京市石景山熱電廠)、0.5千克碳酸氫鈉，3.5千克水混合均勻，在球磨機內粉磨，過45μm篩，然后將過45μm篩的部分在50℃烘干得到本例粉煤灰活性混合材。
取本例粉煤灰活性混合材33千克和67千克普通硅酸鹽水泥混合均勻，得到本例高性能水泥C3；取本例粉煤灰活性混合材40千克和60千克普通硅酸鹽水泥混合均勻，得到本例高性能水泥C4。
采用與實施例1相同的方法對本例高性能水泥進行強度測試，測試結果見表2。
表2抗折強度(MPa) 抗壓強度(MPa)樣品號3天28天 3天 28天B35.18.434.553.1B44.97.530.041.4C35.48.735.758.4C45.18.031.747.0注B3-67％硅酸鹽水泥+33％原狀粉煤灰，B4-60％硅酸鹽水泥+40％原狀粉煤灰；C3-67％硅酸鹽水泥+33％粉煤灰活性混合材，C4-60％硅酸鹽水泥+40％粉煤灰活性混合材。
實施例2是本發明方法對另一種熱電廠粉煤灰的實施效果。在33％摻量的情況下，本發明方法處理粉煤灰復合所得高性能水泥C3比摻原狀粉煤灰的水泥B3的28天抗壓強度高5.3MPa，所得高性能水泥C3的強度等級達到國標52.5等級要求；摻量40％的情況下，28天抗壓強度提高6.4MPa，所得高性能水泥C4的強度等級達到國標42.5強度等級要求。
實施例3將81.5千克原狀粉煤灰(取自北京市石景山熱電廠)、1.5千克磷酸鎂、17千克水混合均勻，在球磨機內粉磨，過45μm篩，然后將過45μm篩的部分在50℃烘干得到本例粉煤灰活性混合材。
取本例粉煤灰活性混合材30千克和70千克硅酸鹽水泥混合均勻，得到本例高性能水泥C5；取本例粉煤灰活性混合材38千克和62千克硅酸鹽水泥混合均勻，得到本例高性能水泥C6。
采用與實施例1相同的方法對本例高性能水泥進行強度測試，測試結果見表3。
表3抗折強度(MPa) 抗壓強度(MPa)樣品號3天 28天 3天 28天B55.1 8.434.553.1B64.9 7.530.041.4C55.4 8.735.758.4C65.1 8.031.747.0注B5-70％硅酸鹽水泥+30％原狀粉煤灰，B6-62％硅酸鹽水泥+38％原狀粉煤灰；C5-70％硅酸鹽水泥+30％粉煤灰活性混合材，C6-62％硅酸鹽水泥+38％粉煤灰活性混合材。
由表3可知，在30％摻量的情況下，本發明粉煤灰活性混合材與普通水泥復合所得高性能水泥C5比摻原狀粉煤灰的水泥B5的28天抗壓強度高5.3MPa，所得高性能水泥C5的強度等級達到國標52.5等級要求；摻量40％的情況下，28天抗壓強度提高6.4MPa，所得高性能水泥C6的強度等級達到國標42.5強度等級要求。
權利要求
1.一種粉煤灰活性混合材，由80～97wt％粉煤灰原粉、0.5～1.5wt％的鹽和1～20wt％的水經混勻、粉磨、干燥制得。
2.根據權利要求1所述的粉煤灰活性混合材，其特征在于，所述鹽為可溶性碳酸鹽、可溶性磷酸鹽以及可溶性的硫酸鹽。
3.根據權利要求2所述的粉煤灰活性混合材，其特征在于，所述鹽為碳酸氫鈉或磷酸鎂。
4.一種權利要求1或2或3所述粉煤灰活性混合材的制備方法，其特征在于，包括下述步驟1)混合配料按照重量百分比將粉煤灰原粉、鹽和水混合均勻；2)粉磨把上述配比的原料在球磨機內共同粉磨，細度用45μm篩控制，篩余不超過20.0％；3)干燥所得粉體自然晾干或烘干得到粉煤灰活性混合材。
5.根據權利要求4所述的粉煤灰活性混合材的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中烘干溫度在50℃。
6.一種高性能水泥，是由30wt％～40wt％的粉煤灰活性混合材與70wt％～60wt％的硅酸鹽水泥混合而成。
全文摘要
本發明公開了一種在高性能水泥混凝土中使用的粉煤灰活性混合材及其制備方法。是將粉煤灰原粉和鹽、水共同粉磨一定時間制得，其中，粉煤灰原粉用量80－97wt％，鹽用量為0.5～1.5wt％，水用量為1～20wt％。本發明還同時公開一種高性能水泥，是由30wt％～40wt％的粉煤灰活性混合材與70wt％～60wt％的硅酸鹽水泥混合而成，可達52.5和42.5強度等級。本發明提供的粉煤灰混合材中的低堿含量，使制備的粉煤灰混合材可以作為高性能水泥混凝土用性能調節型輔助膠凝組分，而且實施簡便易行，并且合理解決了粉煤灰的排放和堆存，經濟效益和環境效益顯著。
文檔編號C04B7/38GK1636915SQ200410101509
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者張文生, 陳益民, 王宏霞, 張洪滔, 李永鑫, 葉家元, 朱林, 賀行洋 申請人:中國建筑材料科學研究院