CN101712537A - 复合硅酸盐基建筑聚合粉 - Google Patents

Abstract

复合硅酸盐基建筑聚合粉，各组分含量按重量百分比：粉煤灰：35-45wt％、粒化高炉矿渣微粉20-30wt％、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥25-35wt％、石灰石粉和/或氢氧化钙：3-5wt％、硫酸盐或石膏粉：4-5wt％；上述各组分的细度在280-340比表面积，复合硅酸盐基建筑聚合粉的比表面积在470-500之间。本发明的产生工艺可以是间歇式粉磨***产生工艺或连续式粉磨***产生工艺。该聚合粉有良好的稳定性，工作性，力学性和耐久性，无腐蚀，无辐射，有低于水泥45-50％的使用价格，比重轻，体积大，在同等重量情况下，体积大于普通硅酸盐水泥15％左右。

Description

复合硅酸盐基建筑聚合粉

技术领域：

本发明涉及一种复合硅酸盐基建筑聚合粉，属于建筑材料领域。

技术背景：

目前因水泥工业生产的不良结构带来了许多负面影响，能耗偏高、二氧化碳排放大、环境污染严重，地质资源大量浪费，生产率低，乱开采对矿山、土地资源和植被造成了极大的破坏，毁田取土现象较严重，水泥企业废气、粉尘污染最为严重。多数水泥厂已成为当今污染大户，严重影响城乡环境和农业生产。水泥粉尘污染来源包括石灰石开采和破碎、运输、储存、包装、烘干、原料粉磨、熟料煅烧过程和冷却过程、煤粉制备和水泥粉磨过程等环节。属于高耗能，大投资，重污染行业，因制造水泥成本，和水泥本身具有建筑能源材料的特殊垄断功效，极大造成并限制了各方建筑行业的发展。

国内外有多种利用粉煤灰等废弃物制备的地质聚合物和典型的粉煤灰矿渣水泥及其制造方法，都是在利用钢渣和高炉矿渣、粉煤灰等为主要原料的同时，加入适量的碱性化学激发剂激活制造出高性能的地质聚合物，并以此类项目开发的地质聚合物产品为胶凝材料可制备出多种绿色建材产品，预计可产生200亿/年以上的经济效益和巨大的环境效益，并能促进建材、环保和建筑领域多项技术产生跨越式的发展。此类项目具有很好的发展趋势，是今后发展建材的必然趋势，因此类地质聚合物属于化学碱性激发材料，在目前国内还没有并入产业化生产进程。

公开(公告)号＝GN1085195的技术，属于碱性激发的，不能用在干燥的环境，碱性激发，强度较高，缺少水分容易开裂；因地下潮湿，用于地下作业比较好。利用粉煤灰等固体废弃物制备的地质聚合物，从理论上来说具备了：高效、节能、环保、低成本等特性，但从配料成本来看，使用碱性硅酸钠、碳酸钠、硫酸钠等化学复合体组成的强碱性来激发固体废弃物所制备的地质聚合物产品，这种地质聚合物产品在建筑混凝土中后期经常呈现泛碱现象、在干燥环境下，碱-激发水泥的混凝土干缩较大，导致强度因碱性成分的不断产生发生碳化，物质粘结力逐渐下降并产生开裂脱落墙基体现象，同时还存在其它一些潜在的一些不良安定等因素。

国外的利用粉煤灰等废弃物制备的地质聚合物和典型的粉煤灰矿渣水泥及其制造方法主要有：

(1)基于聚[硅铝酸盐-二硅氧基]的地质聚合物水泥

申请号/专利号：03809690

申请人/专利权人红狮子水泥技术(英属维尔京群岛)有限公司：

发明设计人：约瑟夫·达维多维兹；R·达维多维兹

(2)全球领先的(TSX创业板代码：SNV)燃烧优化废弃粉煤灰进行物理预处理减少残炭将以燃煤电厂粉煤灰作为水泥替代品项目。

以上国外两项技术在配置设备投资、选用材料成分、工艺流程等方面存在着生产工艺复杂化等因素。

另外，现在的水泥成品，其比表面积一般在340-360，原因是在生产水泥时，在粉磨水泥物料过程中，对某些难磨的水泥掺和料，当磨到比表面积在340-360时，也就是临近快要开发出它具有很高水硬性活性特征的潜力边缘时，也就是水泥成品的出磨细度，如果在继续粉磨，设备也就到了一定的粉磨极限，这时的磨机以逐渐形成了高温，球磨介质发生静电产生糊球现象，电耗成将倍增加，工作效率底下，这时作为水泥掺和料的磨细矿渣粉比表面积在340-360左右，3天的活性系数也就是20-30％左右，只有起到了水泥活性掺和料的作用，当磨细矿渣粉的比表面积如果达到400时，3天的活性系数就可达到60％，，当磨细到600-800比表面积时3天的活性系数是99％，于普通细度水泥熟料相当。这其中就可以看出此产品具有很大的水硬性活性特征和挖掘潜能，但在正常下与水泥混合在一起粉磨是不可能实现的，因为正常的水泥生产中，粉磨设备存在的生产能力极限弊端问题，还有就是原来只能作为水泥掺和料使用的产品，本身具有的水硬活性特征潜力，在正常的粉磨生产中并没有被真正开发出来它的水硬活性，反而成了水泥掺和材料，这也是在现有水泥企业生产水泥时，需要有相当量的水泥熟料来提供足够的生成物质能量，以起到胶结砂石或其它建筑材料的作用，而水泥熟料是当今水泥生产中最主要的组成物质，是水泥生产中成本最高、能耗最高，也是难磨细的物质之一，也是衡量水泥生产成本、质量、污染、资源耗费，究其原因，目前水泥成品的比表面积还很难达到400以上。

发明内容：

本发明的目的是提供一种以绿色材料为理念、利用工业废弃物合成的复合硅酸盐基建筑聚合粉，本聚合粉是一种水硬性建筑胶凝材料，比表面积可以达到470-500，它具有与水泥相同的特征及终凝、初凝结时间、抗压强度、抗折强度、具备优良的保水性、泌水性、抗渗性、耐热性、流动性、安定性，其操作性、流动性、可泵性，抗渗、抗冻、抗裂、抗酸、抗碱等方面优于现有水泥性能。该聚合粉有良好的稳定性，工作性，力学性和耐久性，无腐蚀，无辐射，有低于水泥45-50％的使用价格，比重轻，体积大，在同等重量情况下，体积大于普通硅酸盐水泥15％左右。

本发明的复合硅酸盐基建筑聚合粉的原料配方为：

粉煤灰：35-40wt％、粒化高炉矿渣20-30wt％、硅酸盐水泥熟料：25-35wt％、石灰石粉和/或氢氧化钙：3-5wt％、硫酸盐或石膏粉：4-5wt％，0.8-1wt％的水泥助磨剂，国标为JC/T667-2004，上述原料的比表面积在280-340之间。

复合硅酸盐基建筑聚合粉的比表面积在470-500之间。

本发明的产生工艺可以是连续式粉磨***产生工艺或间歇式粉磨***产生工艺。

连续式粉磨***产生工艺的具体步骤：具体如下：

1)采用储存罐对权利要求1所述的细度在280-340比表面积粉体原料分别储存；

2)然后按照权利权利要求1所述的配比别计量，放入均化机内，混合均化10-15分钟；

3)将均化机中混合后的混合物由管道螺旋输送机输送至提升机，

4)由提升机把混合好的混合原料输送到混合料储存仓中；

5)由定量喂料机从混合料储存仓中连续不断地把混合料输送至启动的高细管磨机进料口进入磨内，由磨内钢球规格直径为50-30mm、钢段直径20×16～20×12的工作面作用下，完成粉磨，就得到比表面积在470-500的复合硅酸盐基建筑聚合粉。

间歇式粉磨***产生工艺的具体步骤：具体如下：

1)采用储存罐对上述细度在280-340比表面积粉体原料分别储存；

2)按照权利要求1所述的配比计量，送入提升机；

3)由提升机分别把上述原料输送至间歇式球磨机中；

4)封闭球磨机的进料阀口，启动设备，在选用规格的钢球直径为50-30mm、钢段直径20×16～20×12的工作面作用下，定向时间30-40分钟，一次性完成均化、粉磨，就得到比表面积在470-500的复合硅酸盐基建筑聚合粉。

上述两种方法都减少了安装选粉机等除尘设备，耗能和设备投资都小，并且效率高。

本发明的优点是：

1、选用以钙质含量较高的工业废弃物质：以35-45％电厂粉煤灰、20-30％矿渣、水渣成分，以25-35％的硅酸盐水泥熟料成分，3-5％、石灰石、氢氧化钙成分、4-5％硫酸盐、石膏等化学功能材料成分，采用合成均化、配合安装特种防尘装置的粉磨设备在有规格球磨介质和0.8-1％水泥助磨剂的作用下，定向时间内完成粉磨的、比表面积大、水硬性强、功能化全面的新型建筑胶凝材料。本发明复合硅酸盐基建筑聚合粉的3天抗压强度分别达到：11.4-14.3Mpa、28天抗压强度39-44Mpa、3天抗折强度分别达到：2.7-3.5Mpa、28天抗折强度7.1-8.5Mpa。

2、生产复合硅酸盐基建筑聚合粉全部选用粉体材料，利用其选用的粉体材料是各具有一定的比表面积细度的和都具备了相当的水硬活性这一特点，在结合粉磨设备对原料作进一步的物理粉磨激活，使原料在原有的比表面积基础上，继续增大它们的比表面积，这样就可以成功突破了他们在各自不同的比表面积上基础上，内潜存在的水硬活性特征边缘，充分挖掘出他们的水硬活性潜能。生产原料选用一、二级粉煤灰、75-95级矿渣微粉、普通硅酸盐或硅酸盐水泥(利用其80-95％已经磨细的熟料、矿渣成分能量和硅酸盐化学成分所起到的精华作用)、石灰石粉、石膏粉，其中石灰石粉可以购买专供电厂使用脱硫、炼铁厂制作球团的工业石灰产品，石膏因其用量较小，生产企业必须预先加工成粉体材料入库储存，根据生产合理配置使用。

3、运用粉体材料衔接粉磨设备对混合体继续采用物理粉磨激活、增大其比表面积，由于在物理的重新作用下再次改变了原有物质的颗粒效应、和分子结构排列顺序、改善微集料效应的组合，混合体元素之间也就相应发生了质的变化和相应敏感的化学反应功能，在物理、化学双重的反应功能作用下，促使新组建的物质分子结构之间，具备了在水化时能够充分相互支持，发生剧烈的化学裂变和反应生成新的物质基础，在水化中物质的分子结构相互快速产生化学反应，生成大量的硅酸钙和氢氧化钙聚凝物质，促使其物质转化为能够胶结建筑砂石等其它物料的能量，并将胶结砂石等其它物料在一定的时间内，能从浆体变成具有一定机械强度的坚固实状体，硬化后的实状体在空气中，具有容易吸收空气中的水分功能，在这种功能的作用下，继续产生水化生成反应功能，继续增长胶结物料的后续强度，因而完成整体胶结建筑材料的强度需求，利用产品这种特有的胶凝物质水硬活性功能，生产此产品可广泛地运用于建筑行业。

4、收具了工业相应及附属产品的能源潜力加以二次回收利用，生产过程既节省了资源消耗，减轻环境污染，又使废弃物质资源化。本产品占据了高效能，多元化，功能化的领域，占据了新型建筑能源材料的首要地位。本技术产品可有效调整建筑市场产业结构，依靠本技术，发展新型建筑墙体系列产品，缓解建筑材料存在的供需双方矛盾问题，并入质量、利益双赢化、产品可极限降低建筑成本，成倍提高建筑质量，在国家提倡发展循环经济，废弃物质转向资源化的倡导下，本发明复合硅酸盐基建筑聚合粉现可出它的最大经济价值、实用价值和社会价值。

5、本着以高性能为核心，以绿色材料为理念。利用工业废弃物质，合成均化，在物理及化学作用的生产工艺，运用核心凝岩技术手段，合成为一种高性能，低成本绿色环保新型建筑能源材料---“复合硅酸盐基建筑聚合粉”。此产品域称——建筑绿色水泥。它的凝聚时间、抗压，抗折强度，均与同等标号水泥相当，其操作性、流动性、可泵性，抗渗、抗冻、抗裂、抗酸、抗碱等方面优于现有水泥性能。有良好的稳定性，工作性，力学性和耐久性。无腐蚀，无辐射，有低于水泥45-50％的使用价格，比重轻，体积大，在同等重量情况下，体积大于普通硅酸盐水泥15％的优势条件，它的工作性、力学性及检测标准均可比照现有国家水泥检测标准检测。(钢筋混凝土承重结构除外，BWYJ-2009标准内注明)。本发明的产品3天早期强度达到基准普通硅酸盐32.5水泥的早期强度标准，后期强度特别是28天、，将比基准相同标号的普通硅酸盐水泥强度要高得较多，超越42.5MPa，耐久持续增长势强，产品不用烧制水泥熟料，各种污染可减少90％以上，能耗只有生产普通硅酸盐水泥能耗的10～30％，如果采用活性的固体废弃物来生产其产品，能耗只是生产水泥的10％左右，几乎不产生污染物，收缩率要比普通硅酸盐水泥低得多，只有普通硅酸盐水泥的1/5～1/8。

6、复合硅酸盐基建筑聚合粉的生产不动火，生产过程是“冷操作”，即节省能源，又不产生二氧化碳，无粉尘，不污染，技术一举解决了借鉴现有产品中存在的因不良结构带来的许多负面因素，极大避免减少例如：生料制配和高温煅烧水泥熟料、粉尘污染源…，在解决了能耗偏高、资源大量浪费，成本高、生产率低的问题，同时又解决了国内外现有的地质聚合物水泥采用超标使用碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠等强性化学剂来激发产品材料，至使产品化学指标超出建材检测范围和其它一些潜在的一些不良安定等因素。既保留了传统水泥硅酸盐精华部分的特有性能，又避开了使用高强碱组份外加剂、硫酸钠、碳酸钠、硅酸钠等强性化学激发剂，避免了产品在品质上潜存在的一些不良安定等因素，充分具备了高效、节能、环保、低成本、低投入等特点，利用现有工业材料和废弃物具备的天然硅、钙质高活性成分优势，合理搭配、科学衔接，采用独辟蹊径的特殊手段，利用普通粉磨设备在物理、化学的作用下研制而成，产品符合国家水泥物理力学、辐、放射等各项检测指标，性能稳定。

附图说明：

图1是本发明连续式粉磨***产生工艺流程图；

图2是本发明间歇式粉磨***产生工艺流程图。

具体实施方式：

实施例1：

复合硅酸盐基建筑聚合粉粉体配制配方：

粉煤灰：38wt％，75-95级粒化高炉矿渣微粉：20wt％，普通硅酸盐水泥：32wt％，石灰石粉：5wt％，石膏粉：4wt％，1wt％的水泥助磨剂，国标为JC/T667-2004。

实施例2：

复合硅酸盐基建筑聚合粉粉体配制配方：

粉煤灰：43wt％，75-95级粒化高炉粒化高炉矿渣微粉：20wt％，硅酸盐水泥：27wt％，石灰石粉：5wt％，石膏粉：4wt％，1wt％的水泥助磨剂，国标为JC/T667-2004。

实施例3：

复合硅酸盐基建筑聚合粉粉体配制配方：

粉煤灰：33wt％，75-95级粒化高炉矿渣微粉：20wt％，普通硅酸盐水泥：37wt％，石灰石粉：5wt％，石膏粉：4wt％，1wt％的水泥助磨剂，国标为JC/T667-2004。

实施例4：

复合硅酸盐基建筑聚合粉粉体配制配方：

粉煤灰：38wt％，75-95粒化高炉级矿渣微粉：20wt％，硅酸盐水泥：32wt％，石灰石粉：5wt％，石膏粉：4wt％，1wt％的水泥助磨剂，国标为JC/T667-2004。

注：上述实施例中使用的原料要求比表面积在280-340之间。

本发明的产生工艺可以是连续式粉磨***产生工艺或间歇式粉磨***产生工艺。

连续式粉磨***产生工艺具体如下：

对所使用280-340比表面积的粉体原料分别储存在原料储存罐1内，然后按照上述实施例所述的配比，用给料机皮带秤2把各种原料分别计量后，由管道螺旋输送机3依次把分别计量后的各种原料输送至混合均化机4内，混合均化10-15分钟，送入混合料储存仓前提升机5中，混合料储存仓前提升机5一次性的把混合好的原料输送到混合料储存仓6内进行储存，由混合料储存仓下的入磨螺旋喂料机7将储存仓内混合好的原料连续不断地输送至高细管磨机8进料口进入磨内，在选用工作面直径为50-30mm的钢球、直径20×16～20×12钢段的作用下，高细管磨机8出料口就连续不断地排出比表面积在470-500的本发明复合硅酸盐基建筑聚合粉成品，成品由高细管磨机出料口连续不断排出后进入封闭成品池9，随后由封闭成品池9下的管道螺旋输送机输送至成品储存罐储存前的提升机10内，由提升机10把成品输送到成品储存罐11内，便可进行储存计量包装了。

间歇式粉磨生产工艺的具体步骤：

对所使用的配比280-340比表面积的粉体原料分别储存在原料储存罐12内，然后按照上述实施例中所述配比，用给料机皮带秤13把各种原料分别计量后，经管道输送机送至粉料提升机14，粉料提升机14把所有分别计量后的原料输送至间歇式球磨机15中，封闭球磨机进料阀口后，启动球磨机15，选用工作面直径为50-30mm规格的钢球、直径20×16～20×12的钢段的作用下，定向30-40分钟时间内一次性的完成均化、粉磨过程，即得到比表面积在470-500的本发明复合硅酸盐基建筑聚合粉成品。在球磨机15停止的状态下打开进料阀口，再次启动球磨机15并在球磨机15投料口***的防尘导流罩16的配合下，一次性的把成品由磨内排出磨外，成品由防尘导流罩出口输送至封闭成品池内17，随后由成品池内管道螺旋输送机18输送至成品提升机19内，由成品提升机将成品送至成品储存罐20内，便可进行下一步的储存计量包装程序了。

本发明复合硅酸盐基建筑聚合粉及其制备方法，其选料、设备投资和现有的水泥生产规模进行对比，其步骤结构简单化、可极大降低生产设备、动力投资(是水泥厂设备投资的1％)，加工方便快捷、效率成倍提高(产量是水泥厂在同等设备班产台时的2-3倍)、因复合硅酸盐基建筑聚合粉全部选用的是粉料制配体系，结合现有的粉磨设备在助磨剂的作用下，便可很容易就能提高物料的粉磨效率，在原有粉料细度的基础上，继续增大其比表面积，就可极大地开发出以往只能作为水泥活性混合材使用的粉煤灰、矿渣微粉的水硬活性。硅酸盐、普通硅酸盐水泥中所含有的熟料、矿渣成分内，还有潜在的水硬性潜力，当遇水化反应时，在磨细的石灰石、石膏遇水自然分解中，产生的化学强有力激发、刺激下，便可极大地开发出产品的水硬性聚合功效。

使用相同标号的本发明复合硅酸盐基建筑聚合粉与普通硅酸盐水泥配置同强度等级的内墙普通商品抹灰砂浆经济效益对比分析：42.5普通硅酸盐水泥/420元，42.5复合硅酸盐基建筑聚合粉/220元；32.5普通硅酸盐水泥/320元，32.6复合硅酸盐基建筑聚合粉/170元中砂每立方20元/1665公斤(以内蒙地区高峰建筑期生产的普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐基建筑聚合粉价格对比分析)注：以下所有配置砂浆墙体抹灰厚度1.5公分：

(一)用标号为42.5的普通硅酸盐水泥和标号为42.5的复合硅酸盐基建筑聚合粉配置砂浆每立方、吨、平米、成本对照：

42.5标号的普通硅酸盐水泥与42.5标号复合硅酸盐基建筑聚合粉按1∶3配置砂浆：

42.5标号普通硅酸盐水泥每立方砂浆成本：253.1元/立方；每吨砂浆成本：114元每平米抹灰成本：1.7元；

42.5标号复合硅酸盐基建筑聚合粉每立方砂浆成本：142元/立方；每吨砂浆成本：63元每平米抹灰成本：0.95元。

对比结果：标号为42.5的普通硅酸盐水泥砂浆比标号为42.5复合硅酸盐基建筑聚合粉砂浆每立方成本高出111元；每吨成本高出51元，每平米抹灰成本高出0.75元。

(二)用标号为32.5的普通硅酸盐水泥、标号为32.6的复合硅酸盐基建筑聚合粉配置砂浆每立方、吨、平米成本对照：用32.5标号水泥与用32.6复合硅酸盐基建筑聚合粉按1∶3配置砂浆：

标号为32.5普通硅酸盐水泥每立方砂浆成本：197.6元每吨砂浆成本：89元；每平米抹灰成本：1.33元；

标号为32.6复合硅酸盐基建筑聚合粉每立方砂浆成本：114.35元；每吨砂浆成本：51元，每平米抹灰成本：0.77元。

对比结果：标号为32.5普通硅酸盐水泥砂浆比标号为32.6的复合硅酸盐基建筑聚合粉砂浆每立方成本高出83元；每吨成本高出38元；每平米抹灰成本高出0.56元。

根据以上数据，充分体现出本发明复合硅酸盐基建筑聚合粉的经济价值和使用价值。

本发明的产品经委托国家水泥质量监督检测中心检测各项性能指标达到现行水泥执行标准，3天抗压强度分别达到：11.4-14.3Mpa、28天抗压强度39-44Mpa、3天抗折强度分别达到：2.7-3.5Mpa、28天抗折强度7.1-8.5Mpa(现执行BWYJ-2009标准)，产品无腐蚀、无辐射、使用方便。产品具有同地球环境和大气圈亲和共融的生态属性。在物理及化学作用的下能从浆体变成坚固的实状体。并能粘结其它物料而具有一定机械强度的水硬性建筑胶凝材料。它具有后期强度高，对硫酸盐类具有较强的抵抗能力，并具有低于水泥价格45-50％的术端使用价值。本品适用于胶凝免烧砖、陶粒砌块砖、硬化路面、建筑抹灰、砌筑及地下、工业、农业、民用等一些基础设施上。本发明不需生料制配和高温煅烧，生产过程“冷操作”，二氧化碳零排放，无废弃物的产生，无环境污染隐患，是一种符合国家环保产业政策的新型建材胶凝材料。(参考查阅国家水泥质量监督检测中心NoW9-0149、NoW9-0315报告，受理人：李萍，电话：010-51167434地址：北京市朝阳区管庄大院东楼)。

Claims (3)

1.复合硅酸盐基建筑聚合粉，各组分含量按重量百分比分别为：粉煤灰：35-40wt％、粒化高炉矿渣微粉20-30wt％、普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥：25-35wt％、石灰石粉和/或氢氧化钙：3-5wt％、硫酸盐或石膏粉：4-5wt％、水泥助磨剂：0.5-1wt％，国标为JC/T667-2004；

上述各组分的细度在280-340比表面积，复合硅酸盐基建筑聚合粉的比表面积在470-500之间。

2.一种制备复合硅酸盐基建筑聚合粉的方法，具体如下：

1)采用储存罐对权利要求1所述的细度在280-340比表面积粉体原料分别储存；

2)然后按照权利权利要求1所述的配比别计量，放入均化机内，混合均化10-15分钟；

3)将均化机中混合后的混合物由管道螺旋输送机输送至提升机；

4)由提升机把混合好的混合原料输送到混合料储存仓中；

5)由入磨螺旋喂料机从混合料储存仓中连续不断地把混合料输送至启动的高细管磨机进料口进入磨内，由磨内工作面规格直径为50-30mm的钢球、直径20×16～20×12的钢段的作用下，完成粉磨，就得到比表面积在470-500的复合硅酸盐基建筑聚合粉。

3.一种制备复合硅酸盐基建筑聚合粉的方法，具体如下：

1)采用储存罐对上述细度在280-340比表面积粉体原料分别储存；

2)按照权利要求1所述的配比计量，送入提升机；

3)由提升机分别把上述原料输送至间歇式球磨机中；

4)封闭球磨机的进料阀口，启动设备，在选用工作面规格直径为50-30mm的钢球、直径20×16～20×12的钢段作用下，定向时间30-40分钟，一次性完成均化、粉磨，就得到比表面积在470-500的复合硅酸盐基建筑聚合粉。

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