[发明专利]一种高性能水化驱动材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种高性能水化驱动材料及其制备方法和应用。将钙源和硅铝源固体废弃物过180‑200目筛后按一定钙硅摩尔比和铝硅摩尔比混合均匀，得混合料，加入自来水混合，得混合浆料，并进行机械球磨，得高性能水化驱动材料；其中，钙与硅的摩尔比为0.6‑2.0:1，铝与硅的摩尔比为0.01‑1.0:1，液固质量比为5‑1000:1。该制备方法过程简单、无需经过洗涤、干燥等后续工艺，适于大规模生产。将该高性能水化驱动材料应用在锂渣‑水泥基材料体系中有助于早期水化活性和力学性能的提升，有效解决现有锂云母提锂渣水化活性低、附加值不高、掺量过大导致其性能变差，应用范围小的问题。

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种高性能水化驱动材料及其制备方法和应用。

背景技术

《中国建筑节能年度发展研究报告2021》指出，我国建筑行业在运行、生产、施工和运输过程产生的二氧化碳是全社会二氧化碳排放占比最大的部门。水泥基材料具有单位成本低、力学性能优异和可浇筑等优势，在可预见的未来仍然是我国工程建设的基础结构材料和建筑行业的重要支撑材料。“双碳”战略背景下，将固体废弃物用作辅助胶凝材料替代水泥是其最重要的消纳方式。在土木工程材料中提高工业固体废弃物替代水泥的比例是一种重要且可行的减碳方式。

随着我国新能源领域的快速发展，市场对碳酸锂的需求与日俱增，导致锂的产能大幅增加。在碳酸锂的生产过程中，会产生大量的工业废料。据估计，1吨碳酸锂的生产会产生10吨左右的锂渣。锂的来源以锂辉石矿和锂云母矿为主。相对于锂辉石，锂云母矿物组成复杂，Li₂O含量低，且含有5.9％的氟，两种含锂矿石提锂方法不同，导致其提锂废渣的性质有一定的差异。锂辉石主要通过硫酸-碳酸钙法提锂，工艺相对成熟，产生的锂渣含有较多的非定型二氧化硅和氧化铝，能与水泥水化产物Ca(OH)₂发生二次反应。锂云母主要通过食盐压煮法提锂，技术尚未成熟，获得的锂渣中非定型二氧化硅和氧化铝较少(60％)，碱含量(K₂O、Na₂O)和硫酸盐含量(SO₃)相比较而言较高，活性普遍低于锂辉石提锂产生的锂渣。锂渣作为辅助胶凝材料，被认为是处理此类固体废物的主要方式之一。此外，锂渣由于其活性较低，通常需要通过物理或者化学的方法对其活性进行激发。

当前研究大多数集中于对碱激发剂的改进或者对单纯粉磨方式的改良，但是这种单一的活化方式对低活性矿物掺合料活性提升有限。中国发明专利CN110156367A公开了一种由工业固废湿磨制备纳米C-S-H凝胶早强剂的方法。该发明利用含无定型二氧化硅的工业废弃物如矿渣、粉煤灰、锰渣等，将其磨至1mm以下再与生石灰进行湿磨，磨至浆料中值粒径小于100nm，再加入分散稳定剂获得浆状纳米C-S-H凝胶；采用减压蒸馏法对浆状纳米C-S-H凝胶进行浓缩，浓缩到固含量范围20-60wt％。该发明原料成本低但工艺复杂，在实际工程操作中较难实现，不太适合混凝土领域中纳米C-S-H凝胶早强剂的生产。

中国发明专利CN113929322A公开了一种用于碱激发胶凝材料的有机-无机复合碱激发剂及其制备方法。该发明首先为获得无机碱浆溶液将碳酸钠、硫酸钠、半水石膏、轻质石粉和水按比例混合并进行球磨一定时间(优选的，球磨转速为400rpm，时间为0.5h)；有机碱溶液由三异丙醇胺(TIPA)与三乙醇胺(TEA)以质量比1:(1.7-3.3)混合溶于水而得到的溶液。最后将所得无机碱浆料与有机碱溶液混合并搅拌均匀，即得到用于碱激发胶凝材料的有机-无机复合碱激发剂，然后以固体掺量为胶凝材料重量的5-10％掺到水泥基材料中。该发明获得的有机-无机复合碱激发剂运用到水泥基材料中的掺量较高且获得的有益效果不明显，无形中增加了成本，经济效益不显著。

因此，亟需解决现有技术中对大掺量低活性矿物掺合料水泥基材料早期抗压强度提升效果不佳的问题。

发明内容