[發明專利]一種礦渣基堿激發膠凝材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011347104.1
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112408819B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 史迪;葉家元;張文生;李柱國
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院有限公司
• 主分類號: C04B7/24
• 分類號: C04B7/24;C04B7/14;C04B28/00
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 霍紅艷;劉鐵生

本發明是關于一種礦渣基堿激發膠凝材料及其制備方法和應用，所述礦渣基堿激發膠凝材料，含有如下各組分：礦渣70?99質量份；硅鈣渣1?30質量份；還包含占礦渣和硅鈣渣總質量1％～5％的堿激發劑，以其中包含的Na₂O計。與現有的堿激發礦渣膠凝材料及其制備技術相比，本發明提供的礦渣基堿激發膠凝材料具有強度性能優異、凝結時間易調、堿摻量低、激發劑無須預先調整模數等優點，因此成本較低、制備工藝簡單，具有廣闊的市場應用前景。

技術領域

本發明涉及一種礦渣基堿激發膠凝材料及其制備方法和應用，屬于建筑材料領域。

背景技術

堿激發膠凝材料是指以堿為激發劑，通過堿的激發作用使固體原料產生膠凝活性的一種新型無機水硬性膠凝材料。固體原料通常指具有潛在膠凝活性的硅鋁質原料；堿激發劑通常為苛性堿(MOH，M為堿金屬，下同)以及可溶性的堿金屬鹽(M₂CO₃、M₂SO₄、M₂O·nSiO₂等)。礦渣因其穩定的生產工藝和較高的潛在膠凝活性，是目前堿激發膠凝材料研究過程中使用最為廣泛的原材料種類之一。以礦渣為原料制備的堿激發膠凝材料通常被稱為堿-激發礦渣水泥/堿激發礦渣膠凝材料/堿礦渣水泥/堿礦渣膠凝材料等。硅酸鈉(Na₂O·nSiO₂，n為模數)因其既可以水解釋放出OH^-為堿激發反應提供必須的堿性環境，又可提供一定的[SiO₄]^4-從而促進早齡期堿激發反應的進行，因此往往較NaOH等其他種類激發劑具有更好的激發效果。硅酸鈉通常以含水溶液形式存在，因此液體硅酸鈉往往又稱為水玻璃/水玻璃溶液/液體水玻璃。鑒于其較好的激發效果以及來源廣泛、價格便宜等優點，水玻璃是目前激發效果最好、研究和使用最為廣泛的激發劑種類。

以水玻璃為激發劑、礦渣為原材料制備的堿激發膠凝材料因其較硅酸鹽水泥具有更為優異的強度、耐化學腐蝕、耐高溫等性能而得到了廣大水泥科研工作者的青睞。激發劑溶液的堿度(pH)是決定堿激發反應過程的關鍵因素。以水玻璃為激發劑時，硅酸鈉的濃度以及模數是激發劑溶液堿度的決定性因素-激發劑溶液的pH值隨硅酸鈉濃度的提高以及模數的降低而呈逐漸增大趨勢。通常情況下，為充分激發礦渣的膠凝活性，獲得優異的早齡期強度性能，在膠凝材料制備過程中往往須摻入過量(Na₂O5.0％)、特定的低模數(2.0)堿激發劑以保證堿激發反應過程的快速進行。然而，由于過量堿激發劑的摻入，膠凝材料的成本偏高。這極大地限制了該類材料的推廣和應用。另一方面，通過該方法雖然可獲得優異的早齡期強度性能，但同時也會造成膠凝材料凝結時間過短等性能缺陷。此外，由于SiO₂含量為66％～76％(對應模數約為2.1～3.4)時所對應硅酸鈉的熔點最低，出于節能目的，工業中生產的水玻璃模數通常只有2.2～2.5、2.6～2.9、3.1～3.4三個范圍，因此以水玻璃為激發劑制備膠凝材料時，往往須提前采用NaOH對其模數進行調整。這無疑進一步增加了膠凝材料制備過程的復雜程度。加之模數過低時水玻璃極易因穩定性下降而結晶析出。這又為水玻璃的存儲、運輸以及所制備膠凝材料的性能造成了極大的不確定性。因此，如何在維持膠凝材料性能的前提下，實現膠凝材料中堿摻量的降低以及制備工藝過程的優化，對于該類材料在實際工業生產過程中的推廣和應用具有重要的經濟效益和理論意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種礦渣基堿激發膠凝材料及其制備方法和應用，以解決目前以水玻璃為激發劑、礦渣為原材料制備堿激發膠凝材料過程中，該類材料存在的激發劑摻量偏高、激發劑須預先調整模數、凝結硬化時間過短等技術問題。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。本發明提出的一種礦渣基堿激發膠凝材料，含有如下各組分：

礦渣 70-99質量份；

硅鈣渣 1-30質量份；