[发明专利]一种红土-碳酸钙-水泥基复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种红土‑碳酸钙‑水泥基复合材料及其制备方法。该发明通过减少水泥用量来达到减少水泥生产碳排放的目的。此外，通过调节矿物外加剂的占比，来制备出不同强度级别的胶凝材料。该新型低碳水泥基复合胶凝材料的原料中包括红土，碳酸钙，石膏以及水泥熟料。其中，为了使红土具有火山灰反应活性，需先将红土在700‑900℃进行高温煅烧处理30min。红土具有较高的Al相和Fe相，在水化反应中能形成化学性质更稳定的结构。该复合水泥基材料具有在降低生产成本和碳排放的同时，具有与普通水泥相匹配的力学性能。此外该材料具有较低的水化放热量以及较高的电阻率，较高的电阻率也表明在抗氯离子侵蚀方面也优于目前传统水泥。

技术领域

本发明涉及一种掺有红土及碳酸钙的低碳水泥基复合材料(Red clay-CaCO₃-Cement，简称RCCC)及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

使用如粉煤灰、粒状高炉矿渣、硅灰和偏高岭土等辅助胶凝材料(SCMs)可以使混凝土混合物更加经济和环保，并可以通过填料效应以及火山灰反应降低渗透性，增加强度或改善混凝土的的其他性能。

高炉矿渣主要为钢铁冶炼副产品。由于目前对钢铁的需求增长速度低于对水泥的需求增长速度，并且其中一部分产量来自回收再利用，因此钢铁冶炼带来的高炉矿渣供给量远远低于水泥生产的需求量。

粉煤灰为煤炭发电副产品。随着环境保护形势越来越严峻，碳排放越来越受到重视，燃烧煤炭发电在许多国家受到质疑，能够带来粉煤灰产量的火力发电产业规模也面临调整。因此从长远来看，粉煤灰的供给也将受限甚至萎缩。

尽管石灰石资源丰富，但在水泥中大量添加石灰石通常被认为会导致孔隙率增加和性能变差。因此在水泥产业中石灰石通常作为反应物制出熟料，或者在水泥中少量添加(一般为5％以下)。

公开号CN 103459347 B发明了一种使用煅烧黏土替代部分水泥的胶凝材料，其煅烧黏土含量为10-40重量％，然而该方案只使用煅烧粘土取代部分水泥，并不能在保持一定强度的同时，替代更多的水泥，并减少更多的碳排放。

公开号CN 113620672 A公布了一种煅烧石灰石-煅烧黏土水泥基材料及其制备方法，该发明通过煅烧石灰石和黏土替代部分水泥制备了一种胶凝材料。但由于石灰石的煅烧生成的部分氧化钙会导致基体安定性不良，并且煅烧石灰石也会造成较多的二氧化碳排放。

公开号CN 111875268 A使用余泥渣土进行多次水洗、过筛、过滤、干燥，并将其煅烧得到煅烧粘土。将得到的煅烧粘土与石灰石加入到水泥中以制备一种胶凝材料。在该发明中，煅烧粘土并非从自然界直接获取，处理工艺复杂，且其原材料余泥渣土其来源不广泛，这将不利于工业化生产。

《烧红土水泥材料的研究》(罗志言，1984)，使用烧粘土和粉煤灰一起形成火山灰(被称为烧红土)，石灰水解后生成的氢氧化钙，利用氢氧化钙的钙离子与氧化硅、氧化铝生成硅酸钙、铝酸钙水化物，再进行石膏催化，得到水泥材料。凝胶材料采用烧粘土与粉煤灰、石灰配伍，仍然存在原料来源的限制，而且烧粘土与粉煤灰在水泥水化中会产生相互竞争的关系，导致烧粘土和粉煤灰的反应程度降低。

发明内容

本发明旨在提供一种红土-碳酸钙-水泥基复合材料，采用天然、易于开采和获取的原料得到高致密度凝胶材料，在保证凝胶材料力学性能和耐久性的同时，降低制备过程中的碳排放。

本发明将红土和碳酸钙加入到水泥熟料中，利用红土中含量较高的铁、铝相，将其在700-900℃下煅烧，激发其火山灰活性，并与碳酸钙以及熟料的水化产物氢氧化钙发生火山灰反应，以及利用碳酸钙的填料效应，使胶凝材料的基体致密性增加，并减少碳排放。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种红土-碳酸钙-水泥基复合材料，其特征在于，包括以下组分，以重量份计：

经煅烧的红土10-40份；