[發(fā)明專利]一種固廢基高活性固碳低鈣膠凝材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210235049.X
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114560639A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林忠財;王曉麗
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學
• 主分類號: C04B7/26
• 分類號: C04B7/26;C04B7/147;C04B7/24;C04B7/14;C04B7/22;C04B7/36;C04B7/44;C04B7/47
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種固廢基高活性固碳低鈣膠凝材料及其制備方法，該膠凝材料以69～85份鈣質(zhì)廢渣、7～26份硅質(zhì)廢渣和5～10份鐵礦石為原料，其主要礦物相占比為：γ?C₂S 30～55％、β?C₂S 30～50％、C₃S₂0～10％和f?CaO 5～10％，以5～20℃/min的升溫速率在1100～1250℃內(nèi)燒制而成，后經(jīng)冷卻、破碎、球磨，得到固廢基高活性固碳低鈣膠凝材料。本發(fā)明制備的低鈣膠凝材料，具有活性高、易粉磨、早強高強等優(yōu)異特性，同時大大降低了材料生產(chǎn)成本、煅燒能耗和粉磨電耗，實現(xiàn)了多種工業(yè)固廢的再生利用，并解決了膠凝材料因早期碳化速率過快而導(dǎo)致后期強度發(fā)展過慢等問題，對碳化硬化膠凝材料的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固廢基高活性固碳低鈣膠凝材料及其制備方法。

背景技術(shù)

水泥工業(yè)作為高能耗、高污染的能源密集型產(chǎn)業(yè)，2020年排放13.75億噸CO₂，占我國碳排放總量的13％以上，其高碳排放主要來自水泥的生產(chǎn)工藝：(1)熟料礦物C₃S的高溫形成；(2)生料中碳酸鹽的熱分解，其中CaCO₃分解熱耗占熟料理論熱耗46％左右。因此，水泥熟料燒成能耗高的根本原因在于高鈣礦物(C₃S)的組成設(shè)計。熟料中的高鈣礦物易造成煅燒溫度過高(1450℃)，大量高品質(zhì)石灰石、煤電資源被消耗，CO₂、NO_X及SO₃有害氣體的排放。因此，從水泥生產(chǎn)工藝出發(fā)，設(shè)計以低鈣礦物為主的熟料組成，有利于緩解水泥工業(yè)的能源(煤炭)、資源(石灰石)消耗及環(huán)境負荷(CO₂)。但是，低鈣硅酸鈣礦物的水化活性較低，若用傳統(tǒng)標準養(yǎng)護則無法提供足夠的機械性能，因此，如何有效激發(fā)低鈣硅酸鈣的反應(yīng)活性成為一大技術(shù)挑戰(zhàn)。

在硅酸鈣體系中，C₃S、C₂S、C₃S₂和CS均表現(xiàn)出較高的碳化反應(yīng)活性，尤其是低水化活性礦物β-C₂S、γ-C₂S、C₃S₂和CS，在符合低鈣設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，可通過碳化激發(fā)其活性，并獲得優(yōu)異性能，為新型低鈣膠凝材料的發(fā)展提供了新思路。目前有關(guān)該膠凝材料的燒結(jié)均集中在分析純化學試劑和工業(yè)級原料，制備成本高，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；同時，膠凝材料因早期強度發(fā)展過快阻礙了后期強度的穩(wěn)步提升，限制了其應(yīng)用和發(fā)展。

專利CN 105347706 A公開了一種自粉化低鈣水泥及其預(yù)制品的制備方法，該水泥以30～45％C₃S₂、45～65％α-CS和5～10％f-CaO為主要礦物組成；專利CN 111393051 A發(fā)明了一種免粉磨碳化硬化型水泥熟料及其制備方法，該水泥熟料將限制組分f-CaO設(shè)計進礦物組成，通過冷卻膨脹實現(xiàn)熟料自粉化；專利CN 111393050A公開了一種γ-C₂S基膠凝材料的制備方法，該膠凝材料以γ-C₂S為主要成分，并包含少量的β-C₂S與C₃S₂；上述方法雖然在一定程度上降低了水泥生產(chǎn)過程中的碳排放和粉磨電耗，但仍使用石灰石、砂巖、鐵礦等天然原料，制備成本高，無法實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；專利CN 111393049 A公開了一種γ-C₂S的活化改性方法，通過外摻金屬離子混合物，增加γ-C₂S的比表面積，提高其碳化反應(yīng)活性，但該改性方法工藝復(fù)雜且成本較高。此外，通過活化改性，膠凝材料的碳化早期強度雖得到一定改善，但對后期強度作用不明顯，且易出現(xiàn)后期強度發(fā)展不穩(wěn)等問題。

發(fā)明內(nèi)容