[发明专利]一种复合胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以煤矸石、矿渣、粉煤灰为主要原料的复合胶凝材料及其制备方法，可作为水泥替代品，属建筑材料。

背景技术

硅酸盐水泥是目前使用量最大的胶凝材料，由于硅酸盐水泥在生产过程中消耗大量的资源和能源、排放物中含大量污染环境的物质以及某些性能上的缺陷，使它面临可持续发展的挑战。作为生产水泥的原料石灰石，国内已经探明储量约为643亿吨。2006年我国水泥产量达11亿吨，而2007年达13.6亿吨，照此发展速度，估计在50年内，我国生产水泥用的石灰石资源将面临枯竭的危险，这对我们这样一个水泥生产大国来说是一个非常严重的问题。因此，开发新型的辅助性胶凝材料，在一定程度上减少水泥产量，对降低能源、资源的消耗，减小环境负荷具有十分重要的意义。与此同时，煤炭、冶金、电力等行业每年产生大量的工业废渣—煤矸石、矿渣和粉煤灰等，这些废渣的堆放不仅占用大量的农田，还污染大气、水源，影响人们的健康。煤矸石、矿渣和粉煤灰的综合利用，一能降低能源消耗，二能大量利用工业废渣，是节约资源、保护环境、实现可持续发展的重要措施。矿渣、粉煤灰和自燃煤矸石等工业废渣作为混合材或掺合料已经成功地应用到水泥或水泥混凝土中。目前，煤矸石在水泥中的利用，主要集中于将其代替部分粘土质原料，掺于粘土配料中烧制普通硅酸盐水泥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能好、无污染、成本低、工艺简单、废弃物回收利用高的无机—有机—煤矸石/矿渣/粉煤灰复合胶凝材料及其制备方法。

本发明复合胶凝材料由主料、无机辅料和有机添加剂组成，所述主料为煅烧煤矸石粉，还包含高炉矿渣、粉煤灰中的至少一种，无机辅料为生石灰、熟石灰、硅酸钠、硫酸钠、亚硫酸钠或石膏的一种或一种以上；所述石膏包括天然石膏或脱硫石膏；有机添加剂为甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、乳胶粉、木钠、木钙中的一种或一种以上；各原料含量为：煅烧煤矸石30～70重量份，高炉矿渣为20～50重量份，粉煤灰为20～50重量份，无机辅助料5～20重量份，有机添加剂5～0.5重量份。

本发明的复合胶凝材料可以代替传统硅酸盐水泥，用于建筑工程、海堤工程、抢修工程、河道护坡工程和混凝土制品。用本材料可加水拌和或采用质量浓度为1.5％硅烷偶联剂水溶液拌和，后者可使砂胶强度提高1～3个MPa。

本发明提供上述胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)煅烧煤矸石粉的制备：将煤矸石破碎至10mm以下，在750℃～820℃温度内进行煅烧，煅烧时间为1～2小时，烧后的煤矸石用风急冷，将冷却后的烧煤矸石与无机辅料一起粉磨至比表面积300—400m²/kg；

(2)将高炉矿渣粉磨至比表面积450—500m²/kg；

(3)将粉煤灰粉磨至比表面积450—500m²/kg；

(4)将步骤(2)和/或(3)所得原料按重量比例加入步骤(1)所得粉料中，同时加入有机添加剂，混合，搅拌得产品。

本发明胶凝剂具有以下优点：

(1)主要原材料是煤矸石、矿渣和粉煤灰等工业废弃物，扩展了工业废弃的使用途径；

(2)生产过程简单，是一种短流程制备胶凝材料的工艺，劳动生产率高；

(3)大量减排温室气体、有害气体，对环境污染小，具有绿色环保性；

(4)大幅度节约能源，能耗仅为传统硅酸盐水泥的20～40％；

(5)提供了一种新型胶凝材料，创造了清洁生产的可持续发展的新型建材工业模式。

具体实施方式

以下各例中，所用原料高炉矿渣的活性指数按国家标准GB/T18046—2000测定，7天活性指数不小于75％，28天活性指数不小于95％；粉煤灰符合GB/T 1596-2005规定II级以上，并经粉磨至比表面积450～500m²/kg。

实施例1

将煤矸石破碎至10mm以下，780℃煅烧，保温1.5小时，煅烧后的煤矸石用风急冷，将冷却后的烧煤矸石与无机辅助料(生石灰、石膏和硅酸钠)一起粉磨至比表面积370m²/kg；然后加入比表面积为460m²/kg粉煤灰和有机添加剂(甲基纤维素和木钠)，混合均匀即制得复合胶凝材料。烧煤矸石：粉煤灰：无机辅助料：有机添加剂＝60：20：20：2(重量比)。