[發明專利]一種以黃河泥沙為硅質原料的灰砂膠凝材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202111352960.0
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN113979705A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 曹明莉;張洪磊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C04B28/10
• 分類號: C04B28/10;C04B40/02
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 王海波

一種以黃河泥沙為硅質原料的灰砂膠凝材料及其制備方法，屬于建筑材料技術領域。本發明將黃河泥沙作為硅質材料引入到灰砂膠凝體系中，黃河泥沙經過簡單篩分就可以直接作為灰砂膠凝材料的硅質材料。本發明與傳統的須經粉磨處理的河沙等材料相比，黃河泥沙具有較好的節能效益，解決了河沙和山砂等傳統硅質材料短缺，不可再生的問題；實現了黃河泥沙的膠凝化利用；黃河泥沙的膠凝化利用減少了水泥等高碳排放膠凝材料的使用。

技術領域

本發明屬于建筑材料技術領域，涉及一種以黃河泥沙為硅質原料的灰砂膠凝材料及其制備方法。

背景技術

灰砂混凝土(即硅酸鹽混凝土)是采用分布廣、儲量大的河砂、山砂、沙漠砂(甚至可以采用水泥混凝土工程中一般不用的細砂和特細砂)通過人工水熱合成(在蒸壓釜內高溫、高壓養護)工藝而得到的一種人造石材。其重要組分硅質材料主要來源于磨細的河砂和機制砂等結晶良好的材料。生石灰和磨細砂是主要的灰砂膠凝材料。由于灰砂膠凝材料能夠有效減少通用水泥膠凝材料的應用，很大程度上減少對通用水泥等高碳排放膠凝材料的依賴，減少大氣碳排放，符合國家減少碳排放的要求。而且，隨著石灰石質原材料的日益緊缺，硅質膠凝材料必將取代通用水泥這一類鈣質膠凝材料，成為未來膠凝材料的主流。

近年來，由于國內基建規模宏大，消耗了大量的河砂、機制砂等硅質石材；有的地區為了保護生態已經禁止開采天然河砂，導致混凝土原材料供應短缺、機制砂價格逐年上漲。因而，為了保證灰砂膠凝材料的可持續發展，需要尋找更加便宜，更加環保節能的硅質材料。

黃河泥沙來源于黃土高原第四紀沉淀物，由鋁硅酸鹽組成。以粒徑0.05mm為界，小于 0.05mm的細顆粒是化學風化的產物，基本上是層狀硅酸鹽，屬黏土，如伊利石、綠泥石、蒙脫石等；大于等于0.05mm的粗顆粒是物理風化的產物，如石英占35.6％～53.7％、長石(NaAlSi₃O₈，氧化硅44.7％，氧化鋁18.4％，氧化鉀16.9％)占13.8％～46.6％，為架狀硅酸鹽，長石有鉀長石、鈉長石和鈣長石之分。從其礦物組成和化學組成看，黃河泥沙完全可以替代河砂、山砂、沙漠砂作為灰砂膠凝材料的硅質材料來使用。從屬性分析，黃河泥沙屬于自然資源。近年來，黃河泥沙作為硅質材料已經得到材料科學工作者和水利工作者聯合攻關，對黃河泥沙的資源情況、物理化學性能和工藝性能，以及工業應用等進行了較系統的探索，取得了可喜的成果和經驗，如王萍在“利用黃河泥沙制作防汛備防石的試驗研究”中以水泥和粉煤灰作膠結劑，黃河泥沙為骨料來制備黃河泥沙備防石；李浩等在“一種利用黃河泥沙制成的免燒磚及其生產方法”中以水泥、氟石膏粉為膠結劑，黃河泥沙為主要粒料，采用擠壓成型的方式制作免蒸免燒磚；李珉安等在“一種利用黃河泥沙制備的加氣混凝土砌塊”中以水泥、粉煤灰、石灰為膠結劑，黃河泥沙為主要的骨料制作了加氣混凝土砌塊等制品多是以黃河泥沙作為惰性骨料直接進行加工使用。岳欽艷等在“赤泥黃河泥沙燒結磚及其制備方法”中采用赤泥與黃河泥沙的混合物進行高溫焙燒成型燒結磚；吳建鋒等在“黃河泥沙制備陶瓷清水磚的研究”中以黃河泥沙為主要原材料，采用擠出成型、高溫焙燒的方式制作陶瓷清水磚；徐曉虹等在“黃河泥沙質陶瓷泥漿工藝性能的影響因素”中以黃河泥沙為主要原料成功地調制了適合于注漿成型的陶瓷泥漿，黃河泥沙的添加質量(下同)高達60％，高溫焙燒來制作陶瓷酒瓶；曹珍珠等在“利用黃河泥沙制備陶瓷多孔顆粒”中，以山東省墾利縣黃河泥沙為實驗原料，外加碳粉和碳化硅為發泡劑，提出一種利用河沙制備多孔陶瓷方法。

目前黃河泥沙資源化利用研究中主要的技術手段，分為二類：一方面，黃河泥沙作為一種優質的硅質材料，其中含有一定的粘土成分具有一定的活性，作為骨料來應用未能充分發揮材料的活性，限制了其應用的范圍；另一方面，黃河泥沙屬于硅質材料熔點高，對其進行燒結需要較高的溫度，需要消耗較多的能源，降低了其資源化利用的性價比。因此，這兩類技術手段在技術上、應用上存在一定的不足，且目前均尚沒有形成規模，也沒有形成牽動全局的產業。