一種沙漠風積沙分選長石基堿激發膠凝材料及其制備方法

專利名稱：一種沙漠風積沙分選長石基堿激發膠凝材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及建筑工程用膠凝材料，特別是涉及一種用從沙漠風積沙中分選出來的長石在堿激發條件下制備得到的新型膠凝材料以及這種材料的制備方法。
背景技術：
風積沙是被風吹而積淀下來的沙層，是沙漠侵占綠洲、沙漠擴張的觸手。為了延緩沙漠擴張的腳步，減輕沙漠化危害，人們往往采取植樹種草等防沙、固沙措施。近年來，隨著工業化治沙、工業化用沙概念的提出，資源化利用風積沙正逐漸成為防沙、固沙的新舉措。目前，利用風積沙做路基材料已經取得成功，相關技術已經得到了推廣應用。風積沙中最常見的組分為石英，不同地區的風積沙因來源不同而富含不同的其他礦物。內蒙古地區的風積沙除含石英外，還富含長石類礦物，這為該地區風積沙的深度利用 及高附加值利用提供了必要條件。不僅如此，內蒙古地區風積沙數量龐大，橫亙著渾善達克沙地、巴丹吉林沙漠、庫布其沙漠、烏蘭布和沙漠、毛烏素沙地和科爾沁沙地等，其中巴丹吉林沙漠面積4. 7萬平方公里，是我國第三、世界第四大沙漠，這為風積沙的資源化利用提供了充足的資源保障。風積沙中存在石英、長石等礦產資源，為了使其得以有效利用，人們開展了利用風積沙制備陶瓷磚、微晶玻璃及礦井用膏狀充填材料、替代黏土及鐵粉生產硅酸鹽水泥熟料等研究，并申請了相關發明專利。例如，專利文獻CN102211922公布了一種以烏審旗風積沙為主要原料，經球磨粉碎、過篩、除鐵、成型、燒制等工序制備陶瓷磚的方法；專利文獻CN1331058公布了以沙漠風積沙為主要原料，經溶制、水淬、結晶、拋摩等工序生產高質量微晶玻璃板的方法；專利文獻CN102211916公布了一種以粉煤灰、風積沙為膠凝材料，并添加有增塑保水劑、激發劑、膨脹劑等外加劑的膏體充填材料組合物，該技術并不以風積沙為膠凝組分，而是將其作為骨料，因此為使充填材料凝結硬化而需摻用水泥等膠凝材料；專利文獻CN1114569公布了一種在不改變原生產工藝的前提下以風積沙替代粘土質原料生產硅酸鹽水泥熟料的方法。這些文獻都是直接利用自然得到的風積沙，不分選其中的礦物，雖確實有效利用了風積沙，但也存在一些局限性，如利用風積沙制備陶瓷磚及微晶玻璃均需經歷高溫過程，故能耗高，且微晶玻璃制備工藝復雜(需經歷熔制、水淬、結晶、拋磨等工藝步驟)、市場用量小，對風積沙的大規模化利用無明顯意義。又如利用風積沙制備充填材料，因組分極多，該材料性能控制及性能穩定化存在一定問題，且因不能使風積沙產生膠凝性能而需額外添加高資能源消耗、高CO2排放的水泥(5-10%)作為膠結組分，這使得綠色治沙的理念大打折扣。又如利用風積沙制備水泥熟料，不僅利用量(8-14%)有限，而且風積沙帶入的堿等揮發性組分還會嚴重影響燒成工藝(如結皮堵塞煙道等)。在將風積沙資源化用于玻璃及陶瓷行業時，對其石英、長石組分中的鐵含量控制較嚴格(例如，陶瓷一級產品對長石的要求一般為Fe2O3 < O. 2%);在將風積沙資源化用于水泥熟料生產時，因長石礦物帶入的堿對生產工藝的不利影響(易揮發的堿組分因富集、循環而造成煙道結皮、堵塞)及石英的低反應活性等也不得不考慮。因此，為了使風積沙的品質滿足陶瓷、玻璃行業的要求，并使其石英、長石各自得到優化應用，人們對風積沙采取分選、除鐵措施，分別得到石英精礦及長石精礦，這些精礦可以作為建筑材料、化工、石油、鑄造等行業的原料。另一方面，堿激發膠凝材料是一種低碳膠凝材料，因建筑材料工業尤其是水泥工業嚴峻的節能減排形勢而使該類材料的研發、應用備受關注。該類材料因擁有抗硫酸鹽侵蝕、快硬早凝、隔熱防火等優異性能，其潛在應用領域包括海工工程、修補工程、保溫工程等；該類材料以硅鋁質物質(例如粉煤灰、礦渣等)為主要原料，在水玻璃、堿金屬碳酸鹽等激發劑的作用下而產生膠凝性；其無需像硅酸鹽水泥那樣經歷高溫煅燒過程，且不使用石灰石作為原料，因此其能耗及CO2排放量遠低于硅酸鹽水泥。需著重指出的是，該類材料對原料的適應性強，不僅粉煤灰、礦渣等富含玻璃體的工業廢渣及諸如伊利石等天然硅鋁質礦物可作為其原料，而且對上述原料中的雜質組分(鐵、鎂、鈦等)無特殊要求，這無疑為工業廢渣、硅鋁質礦物等潛在資源的大規模利用創造了有利條件。
經檢索，未見以風積沙、長石及風積沙分選長石為原料制備堿激發膠凝材料的相關文獻公開。

發明內容
本發明的目的在于充分利用風積沙資源，提供一種以風積沙分選長石為原料制備得到的堿激發膠凝材料。本發明所提供的沙漠風積沙分選長石基堿激發膠凝材料，是由包括風積沙分選長石粉和礦渣微粉在內的復合粉體在水玻璃激發下得到的。其中所述風積沙分選長石粉的細度為45 μ m方孔篩篩余1-20. O %，其在復合粉體的質量百分比為60. 0-80. 0%。所述礦渣微粉由鋼鐵廠排放的水淬渣粉磨得到，比表面積大于400m2/kg，其占復合粉體的質量百分比為20. 0-40. O %。所述復合粉體中還包含有石灰，石灰用量為風積沙分選長石粉的I. 0-5. 0% (質量百分比)。所述水玻璃模數為I. 4-2. 2，固含量為35. 0-50. 0%，水玻璃的摻量為其固含量占所述復合粉體質量的10. 0-20. 0%。本發明另一目的在于提供利用風積沙分選長石制備沙漠風積沙分選長石基堿激發膠凝材料方法。該方法包括以下步驟粉磨將粒狀風積沙分選長石經粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；混合將磨細風積沙分選長石粉與礦渣微粉按量混合均勻，得到復合粉體；拌合向復合粉體中按量添加水玻璃，攪拌均勻，得到堿激發膠凝材料。所述方法中還包括在混合步驟之前的熱活化步驟一熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400-900°C (優選400-600°C )溫度范圍內煅燒O. 5-3小時。所述方法中還包括在混合步驟之前的增鈣步驟一增鈣在風積沙分選長石粉中按量添加石灰，混合均勻。
或者，所述方法中還包括在熱活化步驟之前或之后的增鈣步驟一增鈣在風積沙分選長石粉中按量添加石灰，混合均勻。一種制備低強度堿激發膠凝材料的方法，按以下低強度方式之一低強度方式一，包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)混合將風積沙分選長石粉與礦渣微粉按重量份數比為6-8:4-2混合均勻，得到復合粉體；3)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍20. 0-30. OMPa)； 低強度方式二，包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400_900°C (優選400_600°C )溫度范圍內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉；3)混合將熱活化風積沙分選長石粉與礦渣微粉按重量份數比為6-8:4-2混合均勻，得到復合粉體；4)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍30. 0-40. OMPa)；低強度方式三，包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)增鈣在95-99重量份風積沙分選長石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉；3)混合向60-80重量份增鈣風積沙分選長石粉中加入40_20重量份的礦渣微粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體；4)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍25. 0-35. OMPa)。—種制備高強度堿激發膠凝材料的方法，按以下高強度方式之一高強度方式一，包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400_900°C溫度范圍(優選400_600°C )內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉；3)增鈣在95-99重量份熱活化風積沙分選長石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉；4)混合向60-80重量份增鈣風積沙分選長石粉中加入40_20重量份的礦渣微粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體；5)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到高強度堿激發膠凝材料(強度范圍40. 0-60. OMPa)；高強度方式二，包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)增鈣在95-99重量份風積沙分選長石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉；3)熱活化將增鈣風積沙分選長石粉在400_900°C溫度范圍(優選400_600°C )內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉；4)混合向60-80重量份熱活化風積沙分選長石粉中加入40_20重量份的礦渣微 粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體；5)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到高強度堿激發膠凝材料(強度范圍40. 0-60. OMPa)。本發明提供了一種堿激發膠凝材料。制備本發明堿激發膠凝材料所用的原料由風積沙分選長石、礦渣和水玻璃構成，風積沙分選長石經磨細、活化和增鈣后，與磨細礦渣按適當配比混合均勻，然后摻入適當比例的水玻璃經攪拌，得到堿激發膠凝材料。經驗證以本發明制備方法得到的堿激發膠凝材料性能優良風積沙分選長石粉復合磨細礦渣時，以水玻璃作激發劑，采用熱活化及增鈣的增強手段，以該堿激發膠凝材料制備的砂漿3天抗壓強度最高可達到31. 5MPa，28天抗壓強度最高可達到58. 8MPa，滿足52. 5等級要求。本發明以風積沙分選長石為原料制備堿激發膠凝材料，充分利用了風積沙的硅鋁資源，且簡化了風積沙分選工藝、拓寬了風積沙資源化利用途徑，并因由其制備的膠凝材料在當地潛在的廣闊應用前景而使風積沙的大規模工業化利用成為可能。下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
具體實施例方式發明人研究發現，風積沙富含硅鋁組分且富含可分選長石礦物，而從風積沙中分選出來的長石符合堿激發膠凝材料的原料要求。本發明的沙漠風積沙分選長石基堿激發膠凝材料，是由包括風積沙分選長石粉和礦渣微粉在內的復合粉體在水玻璃激發下得到的。其中原料之一風積沙分選長石粉來自采用浮選分離工藝從風積沙中分選出的長石顆粒。浮選分離工藝參照CN101885489公開的分選方法，但無需干式磁選分離、濕式磁選分離等除鐵工藝，僅需采用浮法分選分離長石和石英。以上操作簡化了風積沙分選工藝(省略了除鐵過程)，因為風積沙中所含的鐵(約I. 5%)不會對材料的性能造成不利影響。用于本發明中的沙漠風積沙分選長石粉，還需將上述分選出的長石顆粒通過球磨機粉磨至粉體細度控制在45 μ m方孔篩篩余1-20.0%。發明人研究表明，風積沙分選長石粉的細度對試樣強度的影響不顯著，當風積沙分選長石粉細度逐漸由45 μ m方孔篩篩余16. 7%降低至2. 3%時，試樣的強度僅僅增加了 O. 7MPa，因此該風積沙分選長石粉的細度可以控制在一個很寬的范圍內；另一方面，經實驗驗證，對風積沙分選長石粉無需進行除鐵處理，因為其所含約I. 5%的鐵對堿激發膠凝材料無明顯影響。該原料在本發明中的作用為提供硅鋁組分，其所含主要礦物(鉀)鈉長石在水玻璃作用下將發生溶解-解聚-聚合的過程，生成以[SiO4]4'[A104]5_為結構單元的硅鋁聚合物，從而表現出膠凝性能。在本發明中，所用風積沙分選長石粉的用量可占所述復合粉體的60. 0-80. 0% (質量百分比)。當然，本發明以利用沙漠風積沙為目標，所以使用風積沙分選長石粉，但很顯然，由天然長石礦床開采的長石礦粉磨得到的長石粉同樣可以適用。用于本發明中的另一重要原料礦渣微粉，是由鋼鐵廠排放的水淬渣粉磨至比表面積大于400m2/kg得到，可商購獲得。礦渣微粉是制備堿激發膠凝材料的常用組分，通常情況下其提供膠凝性能，但本發明中該組分主要功能并不是膠凝性，礦渣微粉在本發明組配中的作用在于促凝促硬。發明人發現，當粉狀原料僅為風積沙分選長石粉時，在水玻璃激發條件下，無論如何調整水玻璃的模數及摻量，堿激發漿體在常溫下凝結都非常緩慢，且試樣強度過低。只有提高養護溫度，比如養護溫度從常溫(20°C)提高至60°C后，漿體才能在較短時間內凝結，試樣才具有較高強度。然而，高溫養護限制了堿激發膠凝材料的使用范圍，其只能用于諸如板材、砌塊等預制構件，而不能用于在自然條件下施工的砂漿及混凝土，這無疑嚴重阻礙了堿激發膠凝材料作為大宗建筑材料的推廣應用。而當在風積沙分選長石
粉中添加適量的礦渣微粉后，適當調整水玻璃的模數及摻量，就可使漿體在常溫下正常凝結，并使硬化體具有足夠強度。而傳統意義上功能類似的物質，如火力發電廠的粉煤灰、煉鋼廠的鋼渣、鋁廠的赤泥及煤炭工業的煤矸石等，實驗驗證它們并不能在常溫下起到促凝促硬作用，所得材料強度極低，甚至不能凝結。本發明中礦渣微粉的用量為占復合粉體的
20.0-40.0% (質量百分比)。本發明中所用另一原料水玻璃，其質量應滿足《工業硅酸鈉》(GB/T4209-2008)的要求，模數為I. 4-2. 2，固含量為35. 0-50. O%，商購獲得。水玻璃的摻量為其固含量占復合粉體質量的10. 0-20. 0% ο通過以上三種主要原料，可以制備得到28天抗壓強度大于20. OMPa的低強度堿激發膠凝材料。為了提高堿激發膠凝材料的強度，以上所述復合粉體中還可包含有增鈣組分石灰，石灰用量為長石粉的I. 0-5. 0%(質量百分比)。石灰可商購獲得。由風積沙分選長石粉、礦渣微粉和石灰組成的復合粉體在水玻璃激發下得到可滿足較高強度要求(大于32. 5MPa)的堿激發膠凝材料。本發明還進一步提供制備高強度堿激發膠凝材料的方法，具體可選擇包括以下步驟粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400_900°C溫度范圍內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉；增鈣在熱活化風積沙分選長石粉中按上述用量添加石灰，混合均勻，得到熱活化-增鈣風積沙分選長石粉；混合將熱活化-增鈣風積沙分選長石粉與礦渣微粉按上述量混合均勻，得到復合粉體；拌合向復合粉體中按量添加水玻璃，攪拌均勻，得到堿激發膠凝材料。其中，熱活化中若活化溫度為900°C，粉體有可能結塊，視實際情況可添加打散步驟。熱活化和/或增鈣步驟為制備高強度堿激發膠凝材料的重要環節，制備較低強度(小于42. 5MPa)的堿激發膠凝材料可根據堿激發膠凝材料的強度要求省略熱活化和/或增鈣步驟。因此，所述熱活化和增鈣步驟在制備低強度堿激發膠凝材料時可不用或擇一使用；制備高強度堿激發膠凝材料時可根據實際情況調換先后次序。例如，當活化溫度設定為900°C時，石灰可以以石灰石的形式引 入，因為石灰石在該溫度下可分解為氧化鈣，相應地應該先增鈣再熱活化，但若石灰摻量較高(例如5. 0%)，為了避免本不需要煅燒的石灰被加熱，建議先熱活化再增鈣，從而降低制備能耗。本發明提及的熱活化，其作用為提高風積沙分選長石粉的反應活性，從而提高堿激發膠凝材料的強度。發明人發現，若不對風積沙分選長石粉進行熱活化處理，即使在摻有40 %礦渣微粉的促凝促硬條件下及高模數水玻璃激發條件下，試樣的28天抗壓強度也不超過30. OMPa ；當對風積沙分選長石粉進行熱處理后，試樣強度顯著提高，且隨著處理溫度的提高，這種提高程度越明顯，以至于可使經900°C熱活化處理后的試樣強度超過40. OMPa0熱活化處理的溫度存在一個合理區間，適宜熱活化溫度區間為400°C _900°C。熱活化溫度過低，起不到提高強度的作用，例如經200°C熱活化后試樣的強度較未活化試樣的幾乎保持不變；當溫度升高至400°C，試樣的強度陡然出現大幅度增長，其較未活化的試樣提高約10. OMPa ;當溫度進一步升高至900°C，試樣的強度持續增長，最高達到40. 8MPa ;當溫度繼續升高至1000°C，風積沙分選長石粉不僅出現板結現象，而且其含的長石類礦物出現分解、熔融，此時不僅會增加煅燒后打散、粉磨這一工序，而且強度提升效果并不比低溫活化的更顯著。還有，試樣強度對熱活化時間不敏感，只要熱活化時間超過O. 5小時，熱活化的增強效果就能體現出來。延長熱活化時間，試樣的強度幾乎保持不變。因此，熱活化處理時宜準確控制溫度，而應放寬熱活化時間，但為了減低能耗，即使采取靜態堆積的厚料層熱活化方式，熱活化時間應不超過3小時為宜。本發明提及的增鈣，其作用為改變硅鋁聚合反應歷程、生成含鈣凝膠、提高試樣強度。發明人發現，僅僅采用熱活化手段不可能使試樣的強度等級提高至42. 5及以上，而增鈣又可在熱活化的基礎上提高數兆帕，使試樣滿足高強度等級要求。當在風積沙分選長石粉中添加I. 0%石灰并經900°C熱活化后，在模數為I. 4的液體水玻璃激發下，試樣的28天抗壓強度提高至42. 9MPa，滿足42. 5等級要求；當石灰摻量為3.0%，強度提高至50. 5MPa ；當石灰摻量為5. O%，強度提高至58. 8MPa，滿足52. 5等級要求。衍射分析表明，長石粉在熱活化過程中并沒有與摻入的石灰發生化學作用，引起試樣強度的增長僅僅是煅燒和鈣的共同作用。因此，“增鈣”步驟置于“熱活化”步驟前后均可，但為了降低能耗，在大摻量時建議將“增鈣”步驟置于“熱活化”步驟之后，這樣就避免了本不需要煅燒的石灰被加熱至高溫。“增鈣”步驟與“熱活化”步驟相互交換順序，并不會引起試樣強度的顯著變化。發明人研究表明，增鈣-熱活化試樣與熱活化-增鈣試樣幾乎具有相當的強度，這為根據實際情況來恰當選擇熱活化、增鈣順序提供了依據。增鈣存在一個合理的摻量區間，適宜的石灰摻量范圍為I. 0% -5. 0%的范圍內。如前所述，在上述摻量范圍，摻入石灰可顯著提高試樣強度，但若石灰摻量超過5. 0%，將會帶來如下負面結果(I)漿體凝結時間無法控制，凝結過快，以致于無法成型；(2)因快凝，硬化體結構多孔而不致密，試樣強度反而下降，摻入的石灰起不到增強作用。
另一方面，因石灰的顯著增強效果，在采取增鈣手段時甚至可以不采用熱活化步驟，甚至可以利用高模數水玻璃作為激發劑(水玻璃模數越低，其堿性越強，激發能力越顯著)。例如，以原狀風積沙分選長石粉和礦渣微粉為原料，以模數為I. 8的液體水玻璃作為激發劑，摻入5%的石灰，可得到28天抗壓強度超過32. 5等級的試樣。但必須指出的是，為了得到高強度等級(大于42. 5MPa)的堿激發膠凝材料，熱活化與增鈣缺一不可。綜合以上討論，具體來講，本發明提供一種制備低強度堿激發膠凝材料的方法，可包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到 磨細風積沙分選長石粉；2)混合將風積沙分選長石粉與礦渣微粉按重量份數比為6-8:4-2混合均勻，得到復合粉體；3)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍20. 0-30. OMPa)。另一制備低強度堿激發膠凝材料的方法，可包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400_900°C (優選400_600°C )溫度范圍內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉；3)混合將熱活化風積沙分選長石粉與礦渣微粉按重量份數比為6-8:4-2混合均勻，得到復合粉體；4)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍30. 0-40. OMPa)。再一制備低強度堿激發膠凝材料的方法，可包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)增鈣在95-99重量份風積沙分選長石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉；3)混合向60-80重量份增鈣風積沙分選長石粉中加入40_20重量份的礦渣微粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體；4)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍25. 0-35. OMPa)。本發明一種制備高強度堿激發膠凝材料的方法，可包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400_900°C溫度范圍(優選400_600°C )內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉；3)增鈣在95-99重量份熱活化風積沙分選長石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉；
4)混合向60-80重量份增鈣風積沙分選長石粉中加入40-20重量份的礦渣微粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體；5)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到高強度堿激發膠凝材料(強度范圍40. 0-60. OMPa)。另一制備高強度堿激發膠凝材料的方法，可包括以下步驟I)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1_20. 0%，得到磨細風積沙分選長石粉；2)增鈣在95-99重量份風積沙分選長石粉中添加5_1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉；3)熱活化將增鈣風積沙分選長石粉在400_900°C溫度范圍(優選400_600°C )內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉； 4)混合向60-80重量份熱活化風積沙分選長石粉中加入40_20重量份的礦渣微粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體；5)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到高強度堿激發膠凝材料(強度范圍40. 0-60. OMPa)。實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。實施例中所用風積沙分選長石由內蒙古地區的風積沙浮選得到；所用礦渣微粉購自首都鋼鐵集團有限公司，型號為S95，比表面積大于400m2/kg ;所用液體水玻璃購自北京市紅星廣廈化工建材有限責任公司，其原始模數為2. 42，摻氫氧化鈉后煮沸調整至模數為I. 4-2. 2。實施例I、制備低強度堿激發膠凝材料及其強度檢測本例改變水玻璃模數制備低強度堿激發膠凝材料，具體方法包括以下步驟I)粉磨取風積沙分選長石，磨細至45 μ m方孔篩篩余15. 2%，得到風積沙分選長石粉，備用。2)混合取60kg磨細風積沙長石粉與40kg礦渣微粉混合均勻，得到復合粉體A。3)拌合取復合粉體A 450g，以模數為I. 4的液體水玻璃作為激發劑，水玻璃摻量為其固含量占復合粉體A重量的20. 0%，在水灰比O. 5(包括液體水玻璃帶入的水)、膠砂比1/3的條件下成型砂漿試樣，得到試樣A-I。取復合粉體A 450g，以模數為I. 8的液體水玻璃作為激發劑，水玻璃摻量為其固含量占復合粉體A重量的20. 0%，在水灰比O. 5(包括液體水玻璃帶入的水)、膠砂比1/3的條件下成型砂漿試樣，得到試樣A-2。取復合粉體A 450g，以模數為2. 2的液體水玻璃作為激發劑，水玻璃摻量為其固含量占復合粉體A重量的20. 0%，在水灰比O. 5(包括液體水玻璃帶入的水)、膠砂比1/3的條件下成型砂漿試樣，得到試樣A-3。按照《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)分別測試試樣A-1、A-2、A-3的3天、28天強度。結果如表I所示，在摻有40%礦渣微粉作為促凝促硬劑的條件下，以液體水玻璃為激發劑，可使試樣A-I和A-2正常凝結硬化，表明風積沙長石粉與礦渣微粉組合在水玻璃激發下能夠得到低強度堿激發膠凝材料；但即使以模數為I. 4的低模數水玻璃作為激發劑，試樣A-I的強度仍然偏低(水玻璃模數越低，堿性越強，也就是Na2O更多，相應地激發能力更顯著，所得試樣的強度當然更高。但是，模數越低，液體水玻璃越不穩定，越容易析晶變為固體，并且因堿性太強而不利于安全。因此，水玻璃的模數存在一個合理范圍。I. 4是液體水玻璃能夠長期存放而不析晶的極限模數。)，表明風積沙長石粉與礦渣微粉組合在水玻璃激發下也只能得到低強度(強度范圍20. 0-30. OMPa)的堿激發膠凝材料，該種材料可作砌筑砂漿。表I試樣A-1、A-2、A_3的3天、28天強度
:i大強度(MI1H)28大強.度(MPn)
樣品編-；----
__抗折__Wk__抗祈__W k_
A-I3.215. I4.828.3
A-2__S1J__14_8__44__2^6_
A—3/ 3* 917* 2注/表示試樣強度太低，強度試驗機無法測試其強度。實施例2、制備低強度堿激發膠凝材料及其強度檢測實施例I試樣強度偏低，為了提高試樣強度，有必要采取增強手段。本例加入熱活化過程制備低強度堿激發膠凝材料，具體方法包括以下步驟I)粉磨取風積沙分選長石，磨細至45 μ m方孔篩篩余15. 2%，得到風積沙分選長石粉，備用。2)熱活化將風積沙分選長石粉分別在200°c、40(rc、60(rc、80(rc、90(rc的溫度下熱活化處理I小時，自然冷卻后分別得到熱活化風積沙分選長石粉B-1、B-2、B-3、B-4、B-5。3)混合各取60kg熱活化風積沙分選長石粉B-1、B-2、B_3、B_4、B-5與40kg礦渣微粉混合均勻，得到復合粉體B-I、B-2、B-3、B-4、B-5。4)拌合取原狀風積沙分選長石粉(粉體B-0)及復合粉體B-1、B-2、B-3、B-4、B_5各450g，以模數為I. 4的液體水玻璃作為激發劑，水玻璃摻量為其固含量占復合粉體重量的20. 0%，在水灰比O. 5 (包括液體水玻璃帶入的水)、膠砂比1/3的條件下成型砂漿試樣，得到試樣 B-O、B-1、B-2、B-3、B_4、B-5。按照《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)分別測試試樣B_0、B-1、B-2、B-3、B-4、B-5的3天、28天強度。結果如表2所示，風積沙分選長石粉經大于400°C的煅燒熱活化后，B-2、B-3、B-4、B-5試樣的強度顯著提高，提高幅度達到約10. OMPadiM32. 5等級要求。對于經200°C熱活化的試樣B-1，其強度未見提高，因此風積沙分選長石粉的活化溫度應大于400°C。然而，隨著熱活化溫度的提高，強度提升效果變得越來越不顯著，因此若僅為得到32. 5等級的堿激發膠凝材料則采取400°C -600°C的低溫熱活化即可。該種材料可以用作普通強度等級的結構材料。表2試樣8-0、8-1、8-2、8-3、8-4、8-5的 3 天、28 天強度
權利要求
1.一種沙漠風積沙分選長石基堿激發膠凝材料，是由包括風積沙分選長石粉和礦渣微粉在內的復合粉體在水玻璃激發下得到的。
2.根據權利要求I所述的堿激發膠凝材料，其特征在于所述風積沙分選長石粉的細度為45 μ m方孔篩篩余1-20.0%，其在復合粉體的質量百分比為60. 0-80. 0%。
3.根據權利要求I或2所述的堿激發膠凝材料，其特征在于所述復合粉體中還包含有石灰，石灰用量為風積沙分選長石粉的I. 0-5. 0% (質量百分比)。
4.根據權利要求1-3任一項所述的堿激發膠凝材料，其特征在于所述礦渣微粉由鋼鐵廠排放的水淬渣粉磨得到，比表面積大于400m2/kg，其占復合粉體的質量百分比為20.0-40.0% ;所述水玻璃模數為1.4-2. 2，固含量為35. 0-50. O%，水玻璃的摻量為其固含量占所述復合粉體質量的10. 0-20. 0%。
5.一種制備權利要求1-4任一項所述沙漠風積沙分選長石基堿激發膠凝材料的方法， 包括以下步驟 粉磨將粒狀風積沙分選長石經粉磨至細度為45 μ m方孔篩篩余1-20. O %，得到磨細風積沙分選長石粉； 混合將磨細風積沙分選長石粉與礦渣微粉按量混合均勻，得到復合粉體； 拌合向復合粉體中按量添加水玻璃，攪拌均勻，得到堿激發膠凝材料。
6.根據權利要求5所述方法，其特征在于，還包括在混合步驟之前的熱活化步驟，即 熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400-900°C (優選400-600°C)溫度范圍內煅燒O.5-3小時。
7.根據權利要求6所述方法，其特征在于，還包括在混合步驟之前的增鈣步驟，即 增鈣在風積沙分選長石粉中按量添加石灰，混合均勻。
8.根據權利要求6所述方法，其特征在于，還包括在熱活化步驟之前或之后的增鈣步驟，即 增鈣在風積沙分選長石粉中按量添加石灰，混合均勻。
9.根據權利要求5或6或7所述方法，用于制備低強度堿激發膠凝材料，按以下低強度方式之一實施 低強度方式一，包括以下步驟 1)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45μ m方孔篩篩余1-20. O%，得到磨細風積沙分選長石粉； 2)混合將風積沙分選長石粉與礦渣微粉按重量份數比為6-8:4-2混合均勻，得到復合粉體； 3)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10.0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍20. 0-30. OMPa)； 低強度方式二，包括以下步驟 1)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45μ m方孔篩篩余1-20. O %，得到磨細風積沙分選長石粉；2)熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400-900°C(優選400-600°C )溫度范圍內煅燒O.5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉； 3)混合將熱活化風積沙分選長石粉與礦渣微粉按重量份數比為6-8:4-2混合均勻，得到復合粉體； 4)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10. 0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍30. 0-40. OMPa)； 低強度方式三，包括以下步驟 1)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45μ m方孔篩篩余1-20. O %，得到磨細風積沙分選長石粉； 2)增鈣在95-99重量份風積沙分選長石粉中添加5-1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉； 3)混合向60-80重量份增鈣風積沙分選長石粉中加入40-20重量份的礦渣微粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體； 4)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10.0-20. O %的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到低強度堿激發膠凝材料(強度范圍25. 0-35. OMPa)。
10.根據權利要求8所述方法，用于制備高強度堿激發膠凝材料，按以下高強度方式之一實施 高強度方式一，包括以下步驟 1)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45μ m方孔篩篩余1-20. O%，得到磨細風積沙分選長石粉； 2)熱活化將磨細風積沙分選長石粉在400-900°C溫度范圍(優選400-600°C)內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉； 3)增鈣在95-99重量份熱活化風積沙分選長石粉中添加5-1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉； 4)混合向60-80重量份增鈣風積沙分選長石粉中加入40-20重量份的礦渣微粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體； 5)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10.0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到高強度堿激發膠凝材料(強度范圍40. 0-60. OMPa)； 高強度方式二，包括以下步驟 1)粉磨將粒狀風積沙分選長石粉磨至細度為45μ m方孔篩篩余1-20.0%，得到磨細風積沙分選長石粉； 2)增鈣在95-99重量份風積沙分選長石粉中添加5-1重量份的石灰，混合均勻，得到100重量份增鈣風積沙分選長石粉； 3)熱活化將增鈣風積沙分選長石粉在400-900°C溫度范圍(優選400-600°C)內煅燒O. 5-3小時，得到熱活化風積沙分選長石粉； 4)混合向60-80重量份熱活化風積沙分選長石粉中加入40-20重量份的礦渣微粉，混合均勻，得到100重量份復合粉體； 5)拌合向復合粉體中添加固含量占復合粉體質量10.0-20. 0%的模數I. 4-1. 8的水玻璃，攪拌均勻，得到高強度堿激發膠凝材料(強度范圍40. 0-60. OMPa)。
全文摘要
本發明公開了一種沙漠風積沙分選長石基堿激發膠凝材料及其制備方法。沙漠風積沙分選長石經磨細、活化和/或增鈣后，與礦渣微粉混合均勻，然后摻入水玻璃經攪拌得到堿激發膠凝材料。本發明采用熱活化及增鈣的增強手段得到的堿激發膠凝材料性能優良，以該堿激發膠凝材料制備的砂漿3天抗壓強度最高可達到31.5MPa，28天抗壓強度最高可達到58.8MPa，滿足52.5等級要求。本發明以風積沙分選長石為原料制備堿激發膠凝材料，充分利用了風積沙的硅鋁資源，拓寬了風積沙資源化利用途徑，使風積沙的大規模工業化利用成為可能。
文檔編號C04B22/08GK102849973SQ20121035281
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月20日 優先權日2012年9月20日
發明者張文生, 葉家元, 王宏霞, 王淵, 張建波 申請人:中國建筑材料科學研究總院