[发明专利]一种赤泥固硫灰钢渣粉耦合激发胶凝材料及其应用

说明书

本发明属于硅酸盐建筑材料技术领域，具体涉及一种赤泥固硫灰钢渣粉耦合激发胶凝材料及其应用，所述胶凝材料各组分按质量百分比计为：赤泥10～50％，固硫灰5～40％，钢渣40～80％。本发明利用赤泥固硫灰钢渣粉三种固体废弃物耦合激发制备胶凝材料，在水化早期，固体废弃物中的氢氧化钙(或游离氧化钙)和溶出的铝离子以及固硫灰中硫酸根反应生成的钙矾石可以调节胶凝材料的凝结时间，改善早期强度和收缩性能；同时，赤泥和固硫灰提供的碱性和硫酸盐环境有助于钢渣中硅铝离子的溶出，继续水化形成的C‑S‑H凝胶提高后期强度。本发明所述胶凝材料的应用具有工艺简单，控制简便，节能环保，易于工业化应用的特点。

技术领域

本发明属于硅酸盐建筑材料技术领域，具体涉及一种赤泥固硫灰钢渣粉耦合激发胶凝材料及其应用。

背景技术

全世界波特兰水泥年产量多达40亿吨，但其生产过程需要消耗石灰石、黏土等自然矿物资源，同时排放大量温室气体CO₂。与此同时，我国每年产生60亿吨的工业固体废弃物，其中，钢渣和固硫灰的利用率都不足20％，赤泥不足5％，因此造成大量固体废弃物露天堆存，这不仅占用大量土地也污染地下水，给环境造成巨大威胁。为了积极应对矿物资源可持续发展及全球气候变暖问题，提高固体废弃物利用率。研究者们致力于开发一种新的胶凝材料体系，碱激发凝胶材料由于其低碳排放及经济和工艺优势，被认为是最有可能替代波特兰水泥的新型胶凝材料。通过掺入碱性氢氧化物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐提高胶凝体系碱性，促进硅铝酸盐矿物中硅、铝离子的溶出速率和水化产物的形成。

但是一种胶凝材料对环境的负面影响需要综合评价，主要包括水体富营养化、酸雨、臭氧层的破坏、光化学烟雾以及对人类的危害等。尽管碱激发体系需要使用少量的化学激发剂，但这些化学激发剂对环境的某些影响却是波特兰水泥的数十倍。因此应避免使用化学激发剂而尝试将不同固体废弃物合理匹配耦合激发制备新型碱激发胶凝材料。

赤泥是铝土矿制取氧化铝过程中产生的固体废料，其中含有大量的硅铝酸盐物质，同时存在的碳酸钠和铝酸钠可提供较高的碱性水化环境。循环流化床燃煤固硫灰渣(以下简称固硫灰)是循环流化床煤的副产品，其中含有无水石膏和氢氧化钙等矿物。而钢渣中含有硅酸盐矿物，如硅酸三钙、硅酸二钙，还含有游离氧化钙和氧化镁。有研究指出它们各自水化并无胶凝活性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种利用赤泥固硫灰钢渣粉耦合激发制备胶凝材料的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种赤泥固硫灰钢渣粉耦合激发胶凝材料，各组分按质量百分比计为：赤泥10～50％，固硫灰5～40％，钢渣40～80％。

上述方案中，所述钢渣的化学组成为：CaO：36.96～44.62％，Al₂O₃：3.76～10.28％，MgO：2.52～7.8％，SiO₂：11.20～20.97％，主要组成矿物为：橄榄石、硅酸三钙、硅酸二钙、RO相。

上述方案中，所述固硫灰化学组成为：CaO：17.22～41.95％，Al₂O₃：5.57～14.89％，SO₃：11.61～16.09％，SiO₂：12.78～39.8％，主要矿物组成为：方解石、氢氧化钙、氧化钙、石英和石膏。

上述方案中，所述赤泥的化学成分：CaO：13.36～22.34％，Al₂O₃：20.31～28.96％，Na₂O：10.61～16.09％，SiO₂：21.43～30.80％，主要矿物组成为：文石、方解石、三水铝石和水玻璃。

上述方案中，所述赤泥、固硫灰和钢渣的比表面积均为350～500m²·kg^-1。