專利名稱：：無熟料免燒粉煤灰地聚合水泥的制作方法
技術領域：
：本發明涉及到利用工業廢渣粉煤灰生產地聚合水泥的技術。具體為一種無熟料免燒粉煤灰地聚合水泥。二
背景技術：
：眾所周知，硅酸鹽水泥生產過程能耗大、污染嚴重、資源沒有充分利用以及我國每年排放的粉煤灰達到2億t以上，其累計堆放量約為40億t，占地45萬公頃，加劇了對環境的污染，造成了能源和資源的巨大浪費，而我國的粉煤灰年利用率僅為30%40%，且其中相當大的部分僅作為填充材料，沒有充分發掘粉煤灰這一寶貴的硅鋁資源價值；地聚合水泥的概念來源于法國教授Davidovits，他在對古建筑物的研究過程中發現，耐久性的古建筑物中有網絡狀的硅鋁氧化合物存在，這類化合物與一些構成地殼的物質結構相似，被稱為土壤聚合物(Geopolymer)。20世紀70年代末，Davidovits教授開發了一類新型的堿激活膠凝材料---地聚合水泥(GeopolymericCement，)。地聚合水泥是一種集早強、環保、耐久等優點于一體的新型綠色膠凝材料。近年來人們對地聚合水泥雖然進行了廣泛的研究，成果已經廣泛應用于建筑、耐火、防腐等多個工業部門，但研究的被激活材料大多集中于高嶺土(或偏高嶺土)和礦渣，對用粉煤灰生產地聚合水泥的研究相對較少，原因是高嶺土(或偏高嶺土)和礦渣的活性要比粉煤灰大，加之粉煤灰的質量受煤源及燃燒工況不同的影響，其礦物成分和活性變化相當大；在已發表的文章中，其結論相互矛盾之處也非常多；此外，目前人們還沒有對粉煤灰基地聚合水泥做更深入細致的研究探討，例如粉煤灰的礦物組成(特別是其中CaO含量與玻璃體含量的差異)、不同細度、同一細度不同粒徑分布、不同活性激發方式以及不同養護制度等因素對其性能的影響。中國發明專利申請公開號CN1220978A中公開了一種"少熟料早強粉煤灰水泥"專利申請，該專利申請公開了一種用粉煤灰和水淬礦渣為主要原料，加上少量熟料及適量復合活化劑后直接混合磨細制成少熟料粉煤灰水泥，該水泥是將干或經烘干后含水量小于1%的粉煤灰,與烘干后的水淬礦渣以及破碎粒徑小于25皿的熟料以及由鋁酸鈣、復合堿、硅酸鈉、尿素、硫酸亞鐵等組成的，還包括活性氧化硅和氧化鈣以及組合石膏等成分的復合活化劑混合磨細后得到一種熟料粉煤灰水泥。這種水泥，消耗525標號水泥熟料和礦渣，以及使用活性氧化硅和氧化鈣，復合活化劑組成成分復雜，資源受到很大限制，同時粉煤灰產量小，其生產過程又比較復雜，粉煤灰和水淬礦渣需經過儲存、烘干脫水，因此生產時間長，難以推廣使用。中國發明專利申請公開號CN1173472A中又公開了"一種粉煤灰水泥混合材"專利申請，該專利申請公開了一種用粉煤灰、堿性激發劑(氫氧化鈣)和外加劑(硅酸鈉)生產無粉煤灰水泥混合材，該混合材粉煤灰使用量低，消耗525R水泥熟料和氫氧化鈣資源及硅酸鈉，成本較高，因此難以推廣應用。中國發明專利申請公開號CN1468824A中公開了一種"大摻量粉煤灰生產水泥的方法"專利申請，該專利申請公開了一種先生產粉煤灰聚合料再與破碎粉磨后的熟料粉磨，消耗石膏、熟料和礦渣等資源，粉煤灰摻量仍然不高，生產過程復雜，成本高，難以推廣應用。
發明內容本發明的目的是針對硅酸鹽水泥生產帶來的負面影響和我國粉煤灰處理及地聚合水泥材料研究現狀，本發明提供了一種使用較大量低等級粉煤灰生產的地聚合水泥材料及其生產工藝，其生產過程簡單、成本低、強度高、免燒，不摻硅酸鹽水泥熟料、高嶺土等。為了實現上述發明目的，本發明技術方案是本發明粉煤灰地聚合水泥含有低鈣粉煤灰、含鈣物質和堿性激發劑以及外加劑。以上各組分物在水泥中的含量分別為(質量百分比)低鈣粉煤灰6586%、含鈣物質420%、堿性激發劑1018%(復合后模數約為0.8)，外加劑05%。所謂低鈣粉煤灰，按照中華人民共和國國家標準GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》定義為粉煤灰，即由無煙煤或煙煤煅燒收集的粉煤灰，其氧化鈣含量一般不超過10%。目前我國電廠排放的90%以上的粉煤灰都為低鈣粉煤灰。含鈣物質可以是石灰、磷石膏、磷渣、窯灰(CKD)、高爐礦渣、返燒石、鉻渣和鋼渣中的一種或者兩種以上的混合物。一般是磷渣和窯灰(CKD)等，或者是石灰。堿性激發劑可以是NaOH、KOH、Na2C03、Na2S04、NaCl、Na2Si03、硅溶膠和工業水玻璃中的一種或者兩種以上的混合物。一般是NaOH或者KOH與速溶粉狀硅酸鈉、液態硅溶膠、工業水玻璃的復合物。外加劑主要是減水劑與早強劑等。可以是水泥行業用的常見的減水劑與早強劑。為了實現上述發明目的，本發明技術方案的具體實現方法可以是將6586%的低鈣粉煤灰與420%的含鈣物質和1018%的固態堿性激發劑以及05%的外加劑一起粉磨，最后得到粉體比表面積為4001000m2/kg，即可檢驗包裝使用；或將6586%的低鈣粉煤灰與420%的含鈣物質和05%的外加劑一起粉磨，至粉體比表面積為4001000mVkg，再與1018%的液態堿性激發劑一起包裝使用。本發明所使用原料采用機械與化學激發并重的原則。采用機械粉磨的方法破壞粉煤灰玻璃體表面堅固的保護膜，使得內部可溶性Si02、八1203溶出，斷鍵增多，比表面積增大，反應接觸面增加，活化分子增多，提高粉煤灰的活性；同時，含鈣工業廢渣中游離氧化鈣(fCaO)含量較高，充分利用fCaO水化后的Ca(OH)2，與粉煤灰中的活性Si02和Al203作用，激發粉煤灰活性；在不消耗或者少消耗石灰資源的同時，增加粉煤灰鈣含量，使得廢渣得到開發利用，變廢為寶，一舉兩得。堿性激發劑使得粉煤灰中硅鋁質玻璃體在堿性介質中，0H—離子打破了A1-0、Si-0鍵的網絡，使聚合度降低成為活性狀態，并與Ca(0H)2反應生成具有膠凝性的水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣，從而產生強度。本發明以粉煤灰種類，粉煤灰的細度，Ca0含量，激發劑中尺20的含量(R20為Na20或K20)，激發劑中w(Si02)/w(Na20)比值和養護制度6因素及其它們之間的交互作用為因素，每個因素采用四個不同的水平，以強度為考察指標，設計正交實驗方案的。分析實驗結果得到最佳配料比為粉煤灰摻量6586%、含鈣礦物420%以及堿性激發劑1018%。其中，生產粉煤灰地聚合水泥，粉煤灰作為主要原材料，其摻量不低于65%，才能更好地大摻量地利用這一寶貴硅鋁資源；然而，其摻量超過86%時，制備的粉煤灰地聚合水泥強度降低。同樣，原料含鈣礦物4200%的摻量根據所制備粉煤灰地聚水泥強度而定；對于堿性激發劑，摻量低于10%，所制備水泥富余標號減少；摻量超過18%，生產成本增加，不利于實際大批量生產應用。具體實施例方式下面是本發明的不限定實施范例。實施范例所采用的低鈣粉煤灰為江油熱電廠排放的F類干排低鈣粉煤灰，含鈣物質為1#—磷渣，2#—窯灰(CKD)，3#—石灰，均取自四川境內。1、原料化學成分(見表l)2、配料(見表2)表1原料化學成分<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>4%后期強度指標達到42.5R硅酸鹽水泥。二、當石灰摻量為16.8%和20%,激發劑含量為16%、18%和10%時，所制水泥強度指標高于32.5R硅酸鹽水泥。添加外加劑時，強度明顯提高。三、當CKD摻量為4%，激發劑含量為16%、18%和IO，寸，所制水泥前期強度指標較低，后期抗壓強度高于32.5R硅酸鹽水泥。使用外加劑后，各齡期強度顯著提高，均高于32.5R硅酸鹽水泥。四、以上配方，在蒸汽養護條件下強度指標均高于42.5R硅酸鹽水泥。根據以上分析，可得到以下結論在不使用硅酸鹽水泥熟料及高嶺土的情況下，僅采用粉煤灰與含鈣工業廢渣配合，總量達82—90%，輔以堿性激發劑，必要時摻加外加劑或低溫蒸汽養護，可以制備成本低、強度高、免燒的高性能粉煤灰地聚合水泥及其制品。根據粉煤灰的質量和用量，可以生產不同標號的粉煤灰地聚合水泥。利用該水泥，通過一定的手段和工藝可以制備高性能的水泥制品，完全可以替代32.5R或42.5R硅酸鹽水泥相應的水泥制品，經濟與社會效益十分可觀。權利要求1、一種無熟料免燒粉煤灰地聚合水泥，其特征是該水泥中按質量百分比含有低鈣粉煤灰65～86％、含鈣物質4～20％、堿性激發劑10～18％，外加劑0～5％，其中，含鈣物質是磷渣、窯灰或者石灰中的一種或者兩種以上的混合物，堿性激發劑是NaOH或者KOH與速溶粉狀硅酸鈉、液態硅溶膠、工業水玻璃的復合物，外加劑是早強劑和/或減水劑。全文摘要一種無熟料免燒粉煤灰地聚合水泥，其特征是該水泥中按質量百分比含有低鈣粉煤灰65～86％、含鈣物質4～20％、堿性激發劑10～18％，外加劑0～5％，其中，含鈣物質是磷渣、窯灰或者石灰中的一種或者兩種以上的混合物，堿性激發劑是NaOH或者KOH與速溶粉狀硅酸鈉、液態硅溶膠、工業水玻璃的復合物，外加劑是早強劑和/或減水劑。文檔編號C04B28/00GK101182164SQ200710050558公開日2008年5月21日申請日期2007年11月16日優先權日2007年11月16日發明者云嚴,盧忠遠,胡志華,趙海君申請人:嚴云;趙海君