[发明专利]火山灰材料性能的混合改性

说明书

技术领域

本发明一般是用来补充水硬性水泥以制造混凝土的火山灰领域。

背景技术

在现代混凝土中，常常使用煤灰、生物质灰、火山灰、浮石、天然火山灰、冶金炉渣、偏高岭土、煅烧粘土和硅灰等火山灰代替部分波特兰水泥(硅酸盐水泥)。用火山灰代替部分波特兰水泥产生具有更高耐久性、更低氯离子渗透性能、减小的蠕变、增加的对化学侵蚀的抗性、更低的成本和减小的环境影响的改进的混凝土。火山灰包括无定形二氧化硅，其可以与在波特兰水泥水化过程中释放的过量氢氧化钙反应。然而，波特兰水泥可以用火山灰代替多少是有限的，因为它们反应较慢并且通常阻碍了强度的发展。

发明内容

本文公开了由具有不同化学和/或物理特性的两种或更多种不同火山灰制造混合火山灰的方法。还公开了根据所公开的方法制成的混合火山灰和使用混合火山灰和水硬性水泥制成的火山灰水泥。

在一些实施方案中，用于制造在与水泥混合之前具有确定量或范围内的特性的混合火山灰的方法包括：(1)将在选自氧化钙含量、氧化铝含量、二氧化硅含量、氧化铝与二氧化硅的比率、无定形矿物质含量、结晶矿物质含量、氧化铁含量、氧化镁含量、碱金属含量、硫酸盐含量、粒度分布、比重以及它们的组合的特性上不同的两种或更多种火山灰混合，以形成混合火山灰；(2)测量混合火山灰的特性并确定所述特性是否在确定的量或范围内；(3)当确定混合火山灰的特性在确定的量或范围之外时，调整所述两种或更多种火山灰的混合比例以将混合火山灰的特性恢复到确定的量或范围。

在一些实施方案中，所述两种或更多种火山灰选自煤灰、粉煤灰、底灰、城市废灰、生物质灰、粒化高炉矿渣(GGBFS)、钢渣、天然火山灰、火山灰、硅藻土、偏高岭土、硅灰、煅烧粘土和火山土(trass)。

在一些实施方案中，所述两种或更多种火山灰包含富含氧化钙的火山灰和缺少氧化钙的火山灰。举例来说，富含氧化钙的火山灰可以包含至少20％的氧化钙，且缺少氧化钙的火山灰可以包含10％或更少的氧化钙。

在一些实施方案中，所述两种或更多种火山灰包含富含二氧化硅的火山灰和缺少二氧化硅的火山灰。举例来说，富含二氧化硅的火山灰可以包含至少50％的二氧化硅，且缺少二氧化硅的火山灰可以包含10％或更少的二氧化硅。

在一些实施方案中，所述两种或更多种火山灰包含C级粉煤灰和F级粉煤灰。在其它实施方案中，所述两种或更多种火山灰包含冶金炉渣以及灰或天然火山灰中的至少一种。在一个实施例中，所述两种或更多种火山灰包含含有少于10％二氧化硅的钢渣和含有至少50％二氧化硅的火山灰。在另一个实施例中，所述两种或更多种火山灰包含GGBFS以及粉煤灰或天然火山灰中的至少一种。

在一些实施方案中，该方法进一步包括混合非火山灰组分与所述两种或更多种火山灰。例如，所述非火山灰组分可以包括石灰石、波特兰水泥(例如细磨水泥熟料)、氧化钙、氢氧化钙、碱金属盐或碱土金属盐中的一种或多种。

在一些实施方案中，可以通过X射线衍射装置、X射线荧光装置或粒度分析仪来测量特性。

在一些实施方案中，所述混合火山灰可包含以下一种或多种：冶金炉渣和具有至少50％的无定形二氧化硅含量的火山灰；和C级粉煤灰和具有至少50％的无定形二氧化硅含量的火山灰。在一些实施方案中，所述混合火山灰进一步包含石灰石。

在一些实施方案中，制备火山灰水泥的方法包括获得如本文公开的混合火山灰和将混合火山灰与细磨水泥熟料混合。在一些实施方案中，所述火山灰水泥可以形成为干混物。在其他实施方案中，可以通过将混合火山灰、细磨水泥熟料和水混合以形成新鲜的水泥基混合物来形成火山灰水泥。

在一些实施方案中，用于将不同的粉煤灰混合在一起以形成具有至少一个在确定量或范围内的化学或物理特性的混合粉煤灰的方法包括：(1)提供第一粉煤灰；(2)提供在至少一种化学或物理特性方面与第一粉煤灰不同的第二粉煤灰；(3)将所述第一粉煤灰与第二粉煤灰混合以产生混合粉煤灰；(4)测量所述混合粉煤灰的至少一种化学或物理特性，并确定所述至少一种化学或物理特性是否是确定的量或范围；和(5)当确定所述混合粉煤灰的至少一种化学或物理特性在确定的量或范围之外时，调整所述第一粉煤灰和第二粉煤灰的混合比例以将所述至少一种化学或物理特性恢复到确定的量或范围。例如，所述至少一种化学或物理特性可以包括氧化钙含量、粒度分布或比重中的一种或多种。