[发明专利]一种微膨胀早强型低钙粉煤灰基碱激发材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低钙粉煤灰基碱激发材料及其制备方法，具体涉及一种以低 钙粉煤灰为主要原料，添加粒化高炉矿渣、纳米沸石粉、膨润土和石膏粉，通过 与钾钠水玻璃和苛性碱复配形成的碱激发组分复合，得到一种微膨胀、早强型碱 激发胶凝材料，属建筑材料技术领域。

背景技术

硅酸盐水泥具有硬化后强度高、可塑性强、粘结性好以及耐久性能优良等特 点，是目前使用最广泛的胶凝材料。然而随着其原材料的日益紧缺，以及生产过 程中产生的高CO₂排放及高污染，已经给资源的合理利用和环境保护带来巨大的 负面影响。我国燃煤电厂和低热值电厂排放的粉煤灰占全国固体废弃物的40％。 粉煤灰作为矿物掺合材，应用于水泥与混凝土生产中，已是世界范围内较为成熟 的技术。然而现阶段，粉煤灰的利用尚存方式单一、利废率低，且属于低附加值 的粗放式利用等问题。

碱激发材料(Alkali-ActivatedMaterials，简称AAM)作为一种以无机[SiO₄]、 [AlO₄]四面体形成空间三维网状键接结构的新型胶凝材料，多以高炉矿渣、偏高 岭土、废玻璃等天然硅铝酸盐矿物或工业固体废物为主要原料，工艺简单、节能 环保，已成为国内外研究热点，具有广阔的发展空间。

粉煤灰基碱激发材料(Alkali-ActivatedFlyAsh，简称AAFA)是利用粉煤灰 (FA，主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃及少量未燃烧碳)和天然硅铝原料的相 似性，掺加碱性激发组分，在一定条件下制备而成。与传统的使用高岭土或偏高 岭土等为主要原料制备碱激发材料需要高温煅烧不同，FA为电力工业高温燃烧 残留物，无须预热处理，为其大规模工程应用提供了有力保障，产生显著的经济 与社会环保效益。

目前国内外研发的AAM，少见以低钙FA为主料的相关专利，以钢渣、硅钙 渣微粉、石煤提钒尾矿、矿渣混凝土再生原料等等为主要原料(无任何粉煤灰组 分)研发的AAM专利报道，与本发明在原料(尤其是主料)的选择上存在本质 区别。中国专利(CN201410618006)中粉煤灰掺量0～45％、中国专利 (CN201110394108)粉煤灰所占质量比例为5～20％、中国专利 (CN201510181543)粉煤灰/矿渣混合物(两者比例1:1～4:1)占粉体质量 20～40％，以及中国专利(CN201410856420)所用粉煤灰为25～45％等等，可见 这类专利中制备的AAM所用粉煤灰非主料，掺量均不超过粉体质量的45％。其 原因在于：与其他硅铝质原料相比，FA活性低，其颗粒表面玻璃釉质难以分解 并产生化学反应，若掺量过大，将造成AAFA力学性能下降，或出现因碱激发 组分剂量上升导致的“泛霜”现象和体积安定性不良等问题。

中国专利(CN101830653A、CN101857387A、CN101830654A)，虽然FA用 量范围与本发明接近，然而其主要原料为高钙FA而非低钙FA。高钙灰是指游 离CaO成分占10％以上的FA，为SiO₂-Al₂O₃-CaO三元系统，而低钙灰CaO含 量一般在3％以内，为SiO₂-Al₂O₃二元系统，这两种系统在碱激发作用下产生地 聚合反应的机理和动力学过程是完全不一样的。总的来说FA的CaO含量高，其 活性大，制备凝结时间较短、强度较高的AAFA材料，但也存在一个明显的技 术缺陷：CaO遇水形成强碱Ca(OH)₂，极易导致体积安定性不良，甚至出现严重 开裂和粉化现象。

发明内容

针对现有技术中粉煤灰基碱激发材料存在的缺陷，本发明的一个目的是在于 提供一种以低钙粉煤灰为主料得到的具有良好力学性能(尤其是早强)和优异的 体积稳定性(微膨胀效应)、抗裂性能和耐久性的碱激发材料，满足土建工程要 求。

本发明的另一个目的是在于提供一种操作和工艺流程简单、节能利废、成本 低廉的制备所述碱激发材料的方法。