[发明专利]高活性砒砂岩胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高活性砒砂岩胶凝材料及其制备方法，其各组分的组成及质量百分比为：高活性砒砂岩：70%‑90%，矿物掺合料：0%‑20%和改性水玻璃溶液：10%‑25%。本发明所得高活性胶凝材料常温养护的28天抗压强度达到12‑21MPa，塑料密封或蒸汽高温养护下28天抗压强度可达26‑42MPa。其抗压强度显著高于未激活的一般砒砂岩改性材料，其中常温养护的，28天后，其抗压强度会随养护时间的增长而增加，最终其强度也可达到26‑42MPa，而未激活的一般砒砂岩材料，其28天抗压强度仅可达到3‑10MPa，即使养护时间增加也不会超过12‑21MPa。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种高活性砒砂岩胶凝材料及其制备方法。

背景技术

水土流失，黄河淤积，一直是我国黄河中下游地区近百年来面临的严峻问题，究其原因在于黄土高原地区生态退化，土壤侵蚀严重。土壤侵蚀与生态退化二者互相促进，形成恶性循环。生态退化和水土流失产生的大量泥沙汇入黄河导致黄河河床迅速抬高，形成地上悬河，严重威胁黄河中下游地区沿岸人民的生命和财产安全，制约沿岸地区经济发展。

在内蒙古、山西和陕西三省交界地区，分布着一种特殊的风化较为严重的松散、破碎岩层—砒砂岩。砒砂岩在干燥状态下坚硬如石头，遇水则溃散成泥。其原因在于，砒砂岩内部含有大量遇水膨胀的粘土矿物，遇水侵蚀后岩体结构难以承受膨胀作用而发生溃散。砒砂岩分布地区面积约1.67万km²，是黄河中游发生剧烈侵蚀作用的中心，也是黄河粗泥沙的核心来源区。砒砂岩是黄河及其支流粗泥沙的主要来源，也是导致当地水土流失和生态退化的元凶。同时，砒砂岩也是一种潜在的资源，如何利用砒砂岩研制工程材料，来促进当地的水土流失治理和生态修复已成为一个迫在眉睫的问题。

近年来，国内已有不少研究探讨了砒砂岩的资源化利用问题，如利用砒砂岩研制筑坝材料、将砒砂岩与沙复配成土进行农业种植、利用砒砂岩吸固重金属离子等。

然而，砒砂岩是一种含有少量粘土矿物的泥质砂岩、砂页岩，虽然具有一定的火山灰活性，但火山灰活性较低，研制的改性材料一般工程强度较低，难以满足一般工民建工程的需求。

粘土矿物成分既是导致砒砂岩溃散成沙的根源，同时也是一种硅铝资源，具有成为胶凝材料的潜质。因此，将砒砂岩的火山灰活性予以激活，提高其火山灰活性，将其制备成高强度的胶凝材料，这样既能实现砒砂岩的资源化利用，满足当地对高强度砒砂岩改性材料的需求，又能促进当地水土流失的治理和工民建工程建设，促进当地经济和社会发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高活性砒砂岩胶凝材料及其制备方法，解决了工业废弃物带来的环境问题同时达到了提高砒砂岩胶凝材料活性，促进其在工民建及水保工程中应用的效果。

一种高活性砒砂岩胶凝材料，其各组分的组成及质量百分比为：高活性砒砂岩：70%-90%，矿物掺合料：0%-20%和改性水玻璃溶液：10%-25%。

进一步地，高活性砒砂岩是指经高温激发和机械粉磨的砒砂岩。

进一步地，所述高温激发为煅烧，所述煅烧温度：400-900℃，煅烧时间：0.5-6小时。

进一步地，所述机械粉磨为行星磨粉磨，粉磨时间：0.3-6 小时。

进一步地，所述改性水玻璃溶液是指一般工业水玻璃经添加氢氧化钠等碱性试剂改性后的水玻璃，其模数即水玻璃中SiO₂与Na₂O的比值为M_s=1.0-2.5。

进一步地，所述矿物掺合料是指粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石、炉渣、高岭土粉、石灰石粉、氧化镁粉中一种或两种以上混合；所述矿渣是指高炉冶炼生铁所得以硅酸钙和铝硅酸钙为主要成分的熔融物，以氧化铝、二氧化硅和氧化钙为主要成分，比表面积大于400m²/kg的粉状物。