[发明专利]一种以黄河泥沙为硅质原料的灰砂胶凝材料及其制备方法

说明书

一种以黄河泥沙为硅质原料的灰砂胶凝材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明将黄河泥沙作为硅质材料引入到灰砂胶凝体系中，黄河泥沙经过简单筛分就可以直接作为灰砂胶凝材料的硅质材料。本发明与传统的须经粉磨处理的河沙等材料相比，黄河泥沙具有较好的节能效益，解决了河沙和山砂等传统硅质材料短缺，不可再生的问题；实现了黄河泥沙的胶凝化利用；黄河泥沙的胶凝化利用减少了水泥等高碳排放胶凝材料的使用。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种以黄河泥沙为硅质原料的灰砂胶凝材料及其制备方法。

背景技术

灰砂混凝土(即硅酸盐混凝土)是采用分布广、储量大的河砂、山砂、沙漠砂(甚至可以采用水泥混凝土工程中一般不用的细砂和特细砂)通过人工水热合成(在蒸压釜内高温、高压养护)工艺而得到的一种人造石材。其重要组分硅质材料主要来源于磨细的河砂和机制砂等结晶良好的材料。生石灰和磨细砂是主要的灰砂胶凝材料。由于灰砂胶凝材料能够有效减少通用水泥胶凝材料的应用，很大程度上减少对通用水泥等高碳排放胶凝材料的依赖，减少大气碳排放，符合国家减少碳排放的要求。而且，随着石灰石质原材料的日益紧缺，硅质胶凝材料必将取代通用水泥这一类钙质胶凝材料，成为未来胶凝材料的主流。

近年来，由于国内基建规模宏大，消耗了大量的河砂、机制砂等硅质石材；有的地区为了保护生态已经禁止开采天然河砂，导致混凝土原材料供应短缺、机制砂价格逐年上涨。因而，为了保证灰砂胶凝材料的可持续发展，需要寻找更加便宜，更加环保节能的硅质材料。

黄河泥沙来源于黄土高原第四纪沉淀物，由铝硅酸盐组成。以粒径0.05mm为界，小于 0.05mm的细颗粒是化学风化的产物，基本上是层状硅酸盐，属黏土，如伊利石、绿泥石、蒙脱石等；大于等于0.05mm的粗颗粒是物理风化的产物，如石英占35.6％～53.7％、长石(NaAlSi₃O₈，氧化硅44.7％，氧化铝18.4％，氧化钾16.9％)占13.8％～46.6％，为架状硅酸盐，长石有钾长石、钠长石和钙长石之分。从其矿物组成和化学组成看，黄河泥沙完全可以替代河砂、山砂、沙漠砂作为灰砂胶凝材料的硅质材料来使用。从属性分析，黄河泥沙属于自然资源。近年来，黄河泥沙作为硅质材料已经得到材料科学工作者和水利工作者联合攻关，对黄河泥沙的资源情况、物理化学性能和工艺性能，以及工业应用等进行了较系统的探索，取得了可喜的成果和经验，如王萍在“利用黄河泥沙制作防汛备防石的试验研究”中以水泥和粉煤灰作胶结剂，黄河泥沙为骨料来制备黄河泥沙备防石；李浩等在“一种利用黄河泥沙制成的免烧砖及其生产方法”中以水泥、氟石膏粉为胶结剂，黄河泥沙为主要粒料，采用挤压成型的方式制作免蒸免烧砖；李珉安等在“一种利用黄河泥沙制备的加气混凝土砌块”中以水泥、粉煤灰、石灰为胶结剂，黄河泥沙为主要的骨料制作了加气混凝土砌块等制品多是以黄河泥沙作为惰性骨料直接进行加工使用。岳钦艳等在“赤泥黄河泥沙烧结砖及其制备方法”中采用赤泥与黄河泥沙的混合物进行高温焙烧成型烧结砖；吴建锋等在“黄河泥沙制备陶瓷清水砖的研究”中以黄河泥沙为主要原材料，采用挤出成型、高温焙烧的方式制作陶瓷清水砖；徐晓虹等在“黄河泥沙质陶瓷泥浆工艺性能的影响因素”中以黄河泥沙为主要原料成功地调制了适合于注浆成型的陶瓷泥浆，黄河泥沙的添加质量(下同)高达60％，高温焙烧来制作陶瓷酒瓶；曹珍珠等在“利用黄河泥沙制备陶瓷多孔颗粒”中，以山东省垦利县黄河泥沙为实验原料，外加碳粉和碳化硅为发泡剂，提出一种利用河沙制备多孔陶瓷方法。

目前黄河泥沙资源化利用研究中主要的技术手段，分为二类：一方面，黄河泥沙作为一种优质的硅质材料，其中含有一定的粘土成分具有一定的活性，作为骨料来应用未能充分发挥材料的活性，限制了其应用的范围；另一方面，黄河泥沙属于硅质材料熔点高，对其进行烧结需要较高的温度，需要消耗较多的能源，降低了其资源化利用的性价比。因此，这两类技术手段在技术上、应用上存在一定的不足，且目前均尚没有形成规模，也没有形成牵动全局的产业。