[发明专利]碱激发胶凝材料及其凝结硬化性能的调整剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种碱激发胶凝材料及其凝结硬化性能的调整剂及制备方法和应用。

背景技术

硅钙渣是高铝粉煤灰烧结法提取氧化铝后的残渣，其富含钙、硅资源(CaO、SiO₂含量分别约为50％、25％)，属于高钙废渣。由于提铝过程中会有部分碱液残留，因此硅钙渣通常含有2～8％的碱。这为硅钙渣的资源化处理带来了极大的不便。考虑到硅钙渣的主要成分为具有一定胶凝活性的硅酸二钙，因此利用硅钙渣制备碱激发胶凝材料是其大规模资源化利用的一种有效途径。专利文献CN103351105A公开了一种以硅钙渣为主要原料的碱激发胶凝材料，其通过将70％(质量百分含量)的硅钙渣微粉(80μm筛余26.0～31.0％)、15～25％(质量百分含量)的矿粉(比表面积400m²/kg)和5～15％(质量百分含量)的超细矿粉(比表面积600m²/kg)进行混合，制备得到硅钙渣-矿粉-超细矿粉复合粉料，再通过掺入Na₂O含量占该复合粉料质量1～5％的液体水玻璃(模数2.00～3.00)，在常温条件下即可制备得到强度性能优异的碱激发胶凝材料。然而，该胶凝材料凝结硬化时间较短(<30min)，甚至无法正常施工操作。这极大地限制了该材料的推广和应用。因此，如何有效解决硅钙渣制备碱激发胶凝材料凝结时间过短的问题，并实现其凝结时间与强度性能协调发展，这对于该材料在实际工业生产中的推广和应用具有重大的意义。

实际上，对于碱激发胶凝材料，尤其水玻璃基碱激发胶凝材料，由于原材料组成不同等诸多原因，其往往存在着凝结时间与强度发展不协调的问题。

一方面，对于粉煤灰、偏高岭土等低钙废渣(主要成分为SiO₂和Al₂O₃)为原料制备的碱激发胶凝材料，由于在常温条件下其反应速率过慢，因此为使材料获得优异的强度等性能，其制备过程中往往须经历40～80℃蒸汽养护过程，从而促进胶凝材料的凝结和硬化。

另一方面，对于以矿渣为代表的高钙废渣(主要成分为CaO、SiO₂和Al₂O₃)为原料制备的碱激发胶凝材料，其往往存在着凝结时间较短的问题。为解决这一问题，国内外学者进行了大量的研究，并成功制备出了针对碱矿渣水泥等的缓凝剂。这些缓凝剂的缓凝原理主要为：通过外掺可溶性无机盐(钡盐、氯盐等)、有机酸(苹果酸、酒石酸等)以及复合型缓凝剂等方式，使在反应初期外掺缓凝组分与碱激发胶凝材料中的离子快速发生化学反应，形成相对稳定且结构致密的保护膜沉积在微粉表面，阻止碱组分与原料的快速反应，从而使凝结时间得到有效延长。随着反应的进行，该保护膜逐渐破裂，碱激发反应得以深入进行，从而实现强度性能的后续增长。通过外掺缓凝剂，碱矿渣水泥凝结时间和强度发展不协调的问题可得到有效解决。

而对于硅钙渣制备碱激发胶凝材料，现有研究表明：硅钙渣中的硅酸二钙是硅钙渣碱激发活性的主要来源；磷酸钠、硼酸钠等缓凝剂可在一定程度上改善该材料的凝结时间，但会造成较大的强度损失；由于矿渣和硅钙渣在化学及矿物组成等方面有所不同(例如硅钙渣中含有一定的碱组分)，以其为原料制备出的碱激发胶凝材料在反应机理、产物、外加剂适应性以及宏观性能等方面也存在着较大的差异，因此现有的氯盐、可溶性钡盐、苹果酸等适用于矿渣类碱激发胶凝材料的缓凝剂对于硅钙渣制备碱激发胶凝材料并不适用。因此，尽管已取得了上述诸多成果，但目前硅钙渣制备碱激发胶凝材料凝结时间与强度发展不协调的问题仍未得到有效解决，还需要进一步的深入研究。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种碱激发胶凝材料凝结硬化性能的调整剂，主要目的是在保证强度的同时调整硅钙渣为原料的胶凝材料凝结时间。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种碱激发胶凝材料凝结硬化性能的调整剂，所述调整剂由如下含量的组分组成：

第一粒径组分，质量百分含量为8-12％，所述第一粒径组分的粒径分布范围为小于等于1.5μm，所述第一粒径组分为硅钙渣微粉，或硅钙渣微粉和粉煤灰微粉混合物，其中粉煤灰微粉占所述调整剂的质量百分含量不超过5％；