專利名稱：石膏尾礦膠凝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水硬性膠凝材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
石膏尾礦是指二水石膏含量低于50％的石膏礦石，由于含有各種雜質(zhì)不能用于煅燒熟石膏，而成為一種工業(yè)廢棄物。目前，在各大石膏礦都大量存在，既占用土地影響生產(chǎn)，又污染環(huán)境。因此，石膏尾礦的再生利用已引起人們的重視。
湖北省應(yīng)城石膏礦在80年代初期，曾經(jīng)對石膏尾礦的再生利用進(jìn)行過研究。其制備的方法是石膏尾礦經(jīng)高溫(大于800℃)煅燒，使二水石膏轉(zhuǎn)變成無水石膏，再摻加水泥和其他外加劑。但由于制品耐水性差并出現(xiàn)泛霜現(xiàn)象，未能進(jìn)入實際應(yīng)用階段。通過研究，初步分析其原因是(1)煅燒溫度過高，使礦化體初始充水空間太小，致使硬化體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差；(2)長石因高溫煅燒，晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞，使Na+、K+離子得到活化，易與SO42-結(jié)合生成芒硝。所以，煅燒石膏尾礦制備膠凝材料的試驗未能獲得成功。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低的石膏尾礦膠凝材料及其制備方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是石膏尾礦膠凝材料，其特征在于它主要由石膏尾礦粉、礦渣粉、粉煤灰、激發(fā)劑和早強(qiáng)劑原料混合而成，石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰各原料所占質(zhì)量百分比為石膏尾礦粉50-70，礦渣粉20-40，粉煤灰9-11；外加激發(fā)劑和早強(qiáng)劑，激發(fā)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的0.8-1.2％，早強(qiáng)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的1.3-1.7％；石膏尾礦粉為將石膏尾礦破碎至粒徑小于10mm，然后磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余量為15％的細(xì)粉；礦渣粉為水淬礦渣或磷渣烘干磨細(xì)至比表面積大于4000cm2/g的細(xì)粉。
所述的激發(fā)劑為生石灰或消石灰。所述的早強(qiáng)劑為磨細(xì)的明礬石粉或明礬粉。
石膏尾礦膠凝材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1).石膏尾礦粉的制備將石膏尾礦破碎至粒徑小于10mm，然后磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余量為15％的細(xì)粉備用；2).礦渣粉的制備將水淬礦渣或磷渣烘干磨細(xì)至比表面積大于4000cm2/g備用(只需控制下限即可)；3).按石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰各原料所占質(zhì)量百分比為石膏尾礦粉50-70，礦渣粉20-40，粉煤灰9-11，選取石膏尾礦粉、礦渣粉、粉煤灰；按激發(fā)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的0.8-1.2％，早強(qiáng)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的1.3-1.7％，選取激發(fā)劑和早強(qiáng)劑，用混料機(jī)混合均勻，得產(chǎn)品(包裝即可出廠)。
使用時按0.2-0.3的水灰比拌合或摻入本發(fā)明產(chǎn)品質(zhì)量的20％-30％的骨料即可使用。
本發(fā)明采用的技術(shù)路線是石膏尾礦不經(jīng)煅燒，直接磨細(xì)與一定比例的磨細(xì)礦渣、粉煤灰混合，在復(fù)合激發(fā)劑作用下，制備新型水硬性膠凝材料。
膠凝材料的水化硬化過程做如下解釋膠結(jié)材遇水后，Al2(SO4)3、Ca(OH)2快速溶解，二水石膏隨之溶解，此時液相中存在Ca2+、SO42-和OH-，固相中部分微晶體如C2S、CA也開始水化
同時，礦渣表面開始溶解。礦渣玻璃體微量游離可溶硅鋁成分首先溶于溶液，同時，玻璃體表面吸收溶液中的OH-，當(dāng)吸附量達(dá)到一定程度時，玻璃體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中Al-O、Si-O鏈被打開，結(jié)果玻璃體表面逐漸解體溶解，發(fā)生如下反應(yīng)
生成的水化鋁酸鈣初期以C3AH6形式存在，在堿液中轉(zhuǎn)變?yōu)镃4AH13，與溶液中的石膏反應(yīng)生成鈣礬石。
當(dāng)水化繼續(xù)繼續(xù)進(jìn)行，玻璃體逐層溶解，水化產(chǎn)物逐漸增多，鈣礬石以礦渣玻璃體(也包括其它顆粒)為依托，呈放射生長。形成的鈣礬石晶體彼此交叉搭接，在顆粒四周形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。同時，水化硅酸鈣也在大量形成，水化硅酸鈣填充于鈣礬石的結(jié)晶網(wǎng)之間，起粘接作用，將分散的結(jié)晶網(wǎng)連成一個整體。水化硅酸鈣與鈣礬石互相交織連鎖，共同構(gòu)成硬化體早期的結(jié)構(gòu)。
隨著反應(yīng)的進(jìn)行，在堿液不斷的侵蝕下，粉煤灰玻璃體表面的致密結(jié)構(gòu)層終于解體，粉煤灰玻璃體在礦渣水化物形成的孔隙中，開始逐漸水化溶解。
膠結(jié)材硬化體最終產(chǎn)物是水化硅酸鈣凝膠和鈣礬石，還有大量石膏、硬石膏、石英、長石以及未水化的玻璃微珠。其中，CSH凝膠對膠結(jié)材強(qiáng)度的形成起主要作用，它將鈣礬石結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)粘接起來，并填充于孔隙，將顆粒粘接起來使膠結(jié)材形成了一個密實高強(qiáng)的硬化體。
本發(fā)明可大量利用石膏尾礦，生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本低。所制備的膠凝材料凝結(jié)時間適中，強(qiáng)度高，耐水性好，可廣泛用于各種工民建工程。
石膏尾礦膠凝材料的性能見下表



圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1如圖1所示，石膏尾礦膠凝材料的制備方法，它包括如下步驟1).石膏尾礦粉的制備將石膏尾礦破碎至粒徑小于10mm，然后磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余量為15％的細(xì)粉備用；2).礦渣粉的制備將鋼鐵企業(yè)排放的水淬礦渣烘干磨細(xì)至比表面積4001-8000cm2/g備用；3).將質(zhì)量比為60％的石膏尾礦粉，質(zhì)量比為30％的磨細(xì)礦渣粉，質(zhì)量比為10％的干基粉煤灰；外摻所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的1％的激發(fā)劑(生石灰)和1.5％的早強(qiáng)劑(磨細(xì)的明礬石粉)用混料機(jī)混合均勻，包裝即可出廠。使用時按0.2-0.3的水灰比拌合或摻入本發(fā)明產(chǎn)品質(zhì)量的20％-30％的骨料即可使用。
實施例2石膏尾礦膠凝材料的制備方法，它包括如下步驟1).石膏尾礦粉的制備將石膏尾礦破碎至粒徑小于10mm，然后磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余量為15％的細(xì)粉備用；2).礦渣粉的制備將水淬礦渣烘干磨細(xì)至比表面積大于4000cm2/g備用；3).將質(zhì)量比為70％的石膏尾礦粉，質(zhì)量比為20％的磨細(xì)礦渣粉，質(zhì)量比為10％的干基粉煤灰，外摻所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的0.8％的激發(fā)劑(生石灰)和1.3％的早強(qiáng)劑(煅燒明礬石，磨成粉狀)用混料機(jī)混合均勻，包裝即可出廠。使用時按0.2-0.3的水灰比拌合或摻入本發(fā)明產(chǎn)品質(zhì)量的20％-30％的骨料即可使用。
實施例3石膏尾礦膠凝材料的制備方法，它包括如下步驟1).石膏尾礦粉的制備將石膏尾礦破碎至粒徑小于10mm，然后磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余量為15％的細(xì)粉備用；2).礦渣粉的制備將磷渣烘干磨細(xì)至比表面積大于4000cm2/g備用；3).將質(zhì)量比為60％的石膏尾礦粉，質(zhì)量比為30％的磨細(xì)礦渣粉，質(zhì)量比為10％的干基粉煤灰，外摻所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的1.2％的激發(fā)劑(消石灰)和1.7％的早強(qiáng)劑(明礬粉)用混料機(jī)混合均勻，包裝即可出廠。使用時按0.2-0.3的水灰比拌合或摻入本發(fā)明產(chǎn)品質(zhì)量的20％-30％的骨料即可使用。
本發(fā)明的石膏尾礦粉、礦渣粉、粉煤灰、激發(fā)劑、早強(qiáng)劑原料的上下限取值以及區(qū)間值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此就不一一列舉實施例。
權(quán)利要求
1.石膏尾礦膠凝材料，其特征在于它主要由石膏尾礦粉、礦渣粉、粉煤灰、激發(fā)劑和早強(qiáng)劑原料混合而成，石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰各原料所占質(zhì)量百分比為石膏尾礦粉50-70，礦渣粉20-40，粉煤灰9-11；外加激發(fā)劑和早強(qiáng)劑，激發(fā)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的0.8-1.2％，早強(qiáng)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的1.3-1.7％；石膏尾礦粉為將石膏尾礦破碎至粒徑小于10mm，然后磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余量為15％的細(xì)粉；礦渣粉為將水淬礦渣或磷渣烘干磨細(xì)至比表面積大于4000cm2/g的細(xì)粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏尾礦膠凝材料，其特征在于所述的激發(fā)劑為生石灰或消石灰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏尾礦膠凝材料，其特征在于所述的早強(qiáng)劑為磨細(xì)的明礬石粉或明礬粉。
4.如權(quán)利要求1所述的石膏尾礦膠凝材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1).石膏尾礦粉的制備將石膏尾礦破碎至粒徑小于10mm，然后磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余量為15％的細(xì)粉備用；2).礦渣粉的制備將水淬礦渣或磷渣烘干磨細(xì)至比表面積大于4000cm2/g備用；3).按石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰各原料所占質(zhì)量百分比為石膏尾礦粉50-70，礦渣粉20-40，粉煤灰9-11，選取石膏尾礦粉、礦渣粉、粉煤灰；按激發(fā)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的0.8-1.2％，早強(qiáng)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的1.3-1.7％，選取激發(fā)劑和早強(qiáng)劑，用混料機(jī)混合均勻，得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水硬性膠凝材料及其制備方法。石膏尾礦膠凝材料，其特征在于它主要由石膏尾礦粉、礦渣粉、粉煤灰、激發(fā)劑和早強(qiáng)劑原料混合而成，石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰各原料所占質(zhì)量百分比為石膏尾礦粉50－70，礦渣粉20－40，粉煤灰9－11；外加激發(fā)劑和早強(qiáng)劑，激發(fā)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的0.8－1.2％，早強(qiáng)劑所占石膏尾礦粉、礦渣粉和粉煤灰質(zhì)量的1.3－1.7％；石膏尾礦粉為將石膏尾礦破碎至粒徑小于10mm，然后磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余量為15％的細(xì)粉；礦渣粉為將水淬礦渣或磷渣烘干磨細(xì)至比表面積大于4000cm
文檔編號C04B111/72GK1792973SQ20051012051
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者姜洪義, 張惠玲, 彭長棋 申請人:武漢理工大學(xué)