CN102557508A - 用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料和道路材料领域中的活化剂，具体涉及一种用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂。用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂，其特征在于：它由以下组分按质量百分数拌合而成：钠的硫酸盐：5％～85％；钠的氢氧化物：0.5～75％；硅酸钠：0.5～80％；铝酸钠或偏铝酸钠：5％～15％。本发明具有激活效率高、应用范围广、环境友好、成本低廉的特点。

Description

用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂

技术领域

本发明涉及建筑材料和道路材料领域中的活化剂，具体涉及一种用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂。

背景技术

钙质原料是指那些在有水存在的情况下可以提供足量反应钙离子的物质，包括生石灰、熟石灰、电石渣等。

高硅铝工业废渣是指那些富含SiO₂、Al₂O₃的固体工业废渣，特别是那些显性火山灰活性不高，但在一定条件下能够溶解出硅、铝的工业废渣，比如：劣质粉煤灰、高炉矿渣、钢渣、磷渣、铬渣等。

钙质原料-高硅铝工业废渣体系是指由含氧化钙物质和高硅铝工业废渣按一定配比混合在一起构成的组合物及其硬化产物。

钙质原料-高硅铝工业废渣体系在建筑材料和道路材料领域已得到较为广泛的应用。如建筑材料领域的许多免烧砖、建筑砌块和干粉砂浆都由该体系构成；道路材料领域以石灰-粉煤灰作为路基结合料已有相应的国家规范。钙质原料-高硅铝工业废渣体系能够用作建筑材料和道路材料的原理是：在一定条件下钙质原料提供的Ca²⁺与高硅铝工业废渣中溶出的SiO₂、Al₂O₃反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等，从而使整个体系硬化产生强度。由于多数废渣中的SiO₂、Al₂O₃溶出速率较慢，使得钙质原料-高硅铝工业废渣体系在应用中存在强度发展缓慢，特别是早期强度偏低的缺点。为提高早期强度，人们采取了多种措施，添加活化剂是其中的方法之一。活化剂所起的作用就是通过化学方法增大高硅铝工业废渣中SiO₂、Al₂O₃的溶出速率和溶出量，从而达到提高体系早期强度的目的。CN201010110505(一种用于建筑材料的激活剂)公开了一种用于激活粉煤灰、炉渣的活化剂，该活化剂由丁基奈磺酸钠、甲醛丙酮缩合物磺酸盐、偏硅酸钠、硫酸钠和碳酸钾组成；CN200910237542公开了一种钢渣复合激发剂，并将其用于了混凝土配制；CN200810197295公开了一种石灰、粉煤灰类材料的增强抗裂剂，该活化剂由硅酸三钙含量大于55％的硅酸盐矿物粉、石膏(或磷石膏)和含SO₃碱金属物质组成；CN96116121公开了一种由熟石膏和熟明矾石组成的矿渣活化剂，并将其用于提高矿渣水泥的早期强度；此外在CN02113380(混凝土高性能矿掺料)、CN200310109275(一种混凝土用复合矿物掺合料)、CN200410010073(新型砌筑干粉)、CN200410014380(保温砂浆干粉料及制备方法)、CN200410018187(建筑外墙保温砂浆)、CN200510020423(墙体外保温材料)、CN200710024410(一种免烧多孔保温砖)、CN200710190065(一种催化胶结电石渣砖)、CN200810061627(一种用冶炼铬铁合金废渣制砖的工艺)、CN01127324(轻质多孔砌块及其加工工艺)等专利中都涉及到了活化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂，添加该活化剂的体系的早期强度明显增大。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂，其特征在于：它由以下组分按质量百分数拌合而成：

钠的硫酸盐(简称：组分A)：5％～85％，可以是元明粉、芒硝、无水硫酸钠等含有硫酸钠成分的任意一种工业原料，但其计量是以这些工业原料中钠的硫酸盐含量为准；

钠的氢氧化物(简称：组分B)：0.5～75％，可以是片碱、苛性碱等含有氢氧化钠成分的任意一种工业原料，但其计量是以这些工业原料中钠的氢氧化物含量为准；

硅酸钠(简称：组分C)：0.5～80％，可以九水硅酸钠、无水硅酸钠等含有硅酸钠成分的任意一种工业原料，但其计量是以这些工业原料中硅酸钠的含量为准；

铝酸钠或偏铝酸钠(简称：组分D)：5％～15％，为工业铝酸钠或偏铝酸钠，其计量以铝酸钠含量为准。

上述用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂的生产工艺为：按照组分配比，准确称量活化剂中的各原料，将其加入具有搅拌装置的混合机中，搅拌30-80分钟就得到用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂。

如果原料有结块、团聚现象应当先将其碾碎再混合。因所述活化剂易于受潮，宜密封保存。为了保证活化剂的均匀性，使用时将活化剂溶于水再加入钙质原料-高硅铝工业废渣体系拌和。活化剂的添加量按质量计为钙质原料-高硅铝工业废渣体系的1％-4％。

本发明具有以下有益效果：

1)激活效率高：在所述激活剂的各组成中，氢氧化钠会显著提高体系碱度，可促进氧化硅和氧化铝快速溶解，从而提高早期强度；硫酸钠遇水产生的SO₄ ^2-会迅速与溶解产生的氧化铝和加入的氧化钙反应生成钙矾石，显著提高体系早期强度；当体系中早期溶出的氧化铝或氧化硅不足时，活化剂中的硅酸钠和铝酸钠可作为补偿，增大钙矾石生成量，从而保证早期强度，所有这些从内在组成上保证了高激活效率。另外，由于活化剂添加量少，往往拌和不均匀，严重影响活化效果。但本发明所述活化剂易溶于水，使用时将其溶解后再加入，可实现活化剂与体系其它物质的均匀混合，从外在工艺上保证了高激活效率。

2)应用范围广：从所述活化剂的组成可以看到，无论将其应用于氧化铝更易于溶出的体系，或是氧化硅更易于溶出的体系，或是两者均可受活化溶出的体系都可以达到提高早起强度的目的，因此具有应用范围广的优点。

3)环境友好、成本低廉：所述活化剂均为无机工业原料组成，所能够产生的各种离子在周边土壤和水体环境中都有，只要所使用工业原料的重金属含量合格，使用后不会给环境带来额外的无机离子，更不会引起有机物污染。与有机原料相比无机原料价格相对较低，从而保证了所述活化剂的成本低廉。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

为了表征活化剂的激活效果，本发明以体系未添加激活剂和添加激活剂后的7天抗压强度作为评价指标，具体评价方法如下：

1)按照前述活化剂生产工艺制备活化剂，将钙质原料和高硅铝工业废渣烘干；

2)按一定配比称量钙质原料、高硅铝工业废渣、水和所制备活化剂；

3)将活化剂溶于一定量水中，将钙质原料和高硅铝工业废渣干拌均匀，加入溶解了活化剂的水并继续拌和均匀，得到混合料；

4)以20MPa成型压力将上述混合料压制成φ50mm×50mm的圆柱形样品，成型每一配比的样品至少不少于3个；在20℃±2℃，相对湿度≥95％条件下将成型样品养护7天；取出后于室温下放置1天，然后进行抗压强度测试，测试时加载速率取1mm/min。最后测试结果以3个以上样品的平均值表示；

5)按照步骤3)-4)制备、测试对照样。对照样除不添加活化剂之外，所有配比与测试样一致。同一配比的对照样也不少于3个，最后测试值以它们的平均值来表示。

6)对比添加活化剂试样的强度与对比样强度，若强度提高了则说明起到了活化作用，提高越多活化效率越高。

以下所有实施例均采用上述方法评价，但各实施例所针对的钙质原料-高硅铝工业废渣体系不同，或活化剂配比不同，或掺量不同。

实施例1-4：

实施例1-4是针对电石渣-劣质粉煤灰体系。电石渣为用电石生产乙炔时产生的工业废渣(即钙质原料)，有效CaO含量仅有54wt％；劣质粉煤灰为燃煤发电所产生的等外红色粉煤灰(即高硅铝工业废渣)。

在实施例1-4中，电石渣与劣质粉煤灰的质量比为40∶60，加水量为电石渣和劣质粉煤灰总质量的9.5％，未加活化剂对照样的7天抗压强度为5.5MPa，活化剂的配比、添加量以及试样的7天强度列于下表1：

表1

表1中，组分A为元明粉；组分B为片碱；组分C为九水硅酸钠；组分D为工业铝酸钠。按照组分配比，准确称量活化剂中的各原料，将其加入具有搅拌装置的混合机中，搅拌30-80分钟就得到用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂。

表1中，复合活化剂掺量为电石渣、劣质粉煤灰和水总质量的1-4％。复合活化剂与水混合后再与电石渣、劣质粉煤灰混合，搅拌，得到钙质原料-高硅铝工业废渣体系(电石渣-劣质粉煤灰体系)。

从表1中数据可以看到，添加活化剂后试样的7天强度得到了显著提高，最低提高了82％，最高提高了一倍多，表明本发明所公开的活化剂对于电石渣-劣质粉煤灰体系具有很好的活化效果。

实施例5-8：

实施例5-8所针对的是石灰-劣质粉煤灰体系。在实施例5-8中，石灰为市购商品石灰(即钙质原料)，活性CaO含量61％，劣质粉煤灰与前述实施例相同。在评价中取石灰与劣质粉煤灰的质量比为30∶70，水掺量为石灰和劣质粉煤灰总质量的12.0％，未加活化剂的对照样，其7天抗压强度为7.1MPa，活化剂的配比、添加量以及试样的7天强度列于下表2：

表2

表2中，组分A为芒硝；组分B为苛性碱；组分C为无水硅酸钠；组分D为偏铝酸钠。按照组分配比，准确称量活化剂中的各原料，将其加入具有搅拌装置的混合机中，搅拌30-80分钟就得到用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂。

表2中，复合活化剂掺量为石灰、劣质粉煤灰和水总质量的1-4％。复合活化剂与水混合后再与石灰、劣质粉煤灰混合，搅拌，得到钙质原料-高硅铝工业废渣体系(石灰-劣质粉煤灰体系)。

从表2中数据可以看到，添加活化剂后试样的强度得到了明显提高，最低提高了39％，最高提高了72％，表明所述活化剂对于石灰-劣质粉煤灰体系具有较好的活化效果。

实施例9-12：

实施例9-12所针对的是熟石灰-劣质粉煤灰体系。在实施例9-12中，熟石灰为市购生石灰消化后的干燥产物(钙质原料)，所购生石灰的活性CaO含量61％；劣质粉煤灰与实施例1相同。在实验中取熟石灰与劣质粉煤灰的质量比为35∶65，水掺量为熟石灰和劣质粉煤灰总质量的8.5％，未加活化剂的对照样，其7天抗压强度为6.2MPa，活化剂的配比、添加量以及试样的7天强度列于下表3：

表3

表3中，组分A为无水硫酸钠；组分B为苛性碱；组分C为无水硅酸钠；组分D为偏铝酸钠。按照组分配比，准确称量活化剂中的各原料，将其加入具有搅拌装置的混合机中，搅拌30-80分钟就得到用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂。

表3中，复合活化剂掺量为熟石灰、劣质粉煤灰和水总质量的1-4％。复合活化剂与水混合后再与熟石灰、劣质粉煤灰混合，搅拌，得到钙质原料-高硅铝工业废渣体系(熟石灰-劣质粉煤灰体系)。

从表3中数据可以看到，添加活化剂后试样的强度得到了明显提高，最低提高了61％，最高提高了81％，表明所述活化剂对于石灰-劣质粉煤灰体系具有明显活化效果。

实施例13-14：

实施例13-14所针对的是电石渣-高炉矿渣体系。其中，电石渣与实施例1相同，高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废渣(即高硅铝工业废渣)，经球磨后过100目筛的产物，具有显火山灰活性。在实验中取电石渣与高炉矿渣的质量比为15∶85，水掺量为电石渣和高炉矿渣总质量的11.5％，未加活化剂的对照样，其7天抗压强度为8.7MPa，活化剂的配比、添加量以及试样的7天强度列于下表4：

表4

表4中，组分A为元明粉；组分B为苛性碱；组分C为九水硅酸钠；组分D为偏铝酸钠。按照组分配比，准确称量活化剂中的各原料，将其加入具有搅拌装置的混合机中，搅拌30-80分钟就得到用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂。

表4中，复合活化剂掺量为电石渣、高炉矿渣和水总质量的1％、3％。复合活化剂与水混合后再与电石渣、高炉矿渣混合，搅拌，得到钙质原料-高硅铝工业废渣体系(电石渣-高炉矿渣体系)。

从表4中数据可以看到，添加活化剂后试样的强度得到了明显提高，提高率为45％-58％，表明所述活化剂对于电石渣-高炉矿渣体系具有明显活化效果。

实施例15-16：

实施例15-16所针对的是电石渣-钢渣体系。其中，电石渣与实施例1相同，钢渣炼钢产生的废渣(即高硅铝工业废渣)。使用前经过了球磨和筛分，为100目筛下产物，具有显火山灰活性。在实验中取电石渣与高炉矿渣的质量比为15∶85，水掺量为电石渣和钢渣总质量的11.0％，未加活化剂的对照样，其7天抗压强度为8.8MPa，活化剂的配比、添加量以及试样的7天强度列于下表5：

表5

表5中，组分A为芒硝；组分B为片碱；组分C为九水硅酸钠；组分D为工业铝酸钠。按照组分配比，准确称量活化剂中的各原料，将其加入具有搅拌装置的混合机中，搅拌30-80分钟就得到用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂。

表5中，复合活化剂掺量为电石渣、钢渣和水总质量的1％、3％。复合活化剂与水混合后再与电石渣、钢渣混合，搅拌，得到钙质原料-高硅铝工业废渣体系(电石渣-钢渣体系)。

从表5中数据可以看到，添加活化剂后试样的强度得到了明显提高，提高率为44％-68％，表明所述活化剂对于电石渣-钢渣体系具有明显活化效果。

综合上述实施例，本发明所述活化剂可以显著提高各种钙质原料-高硅铝工业废渣体系的早期强度，具有高效，通用的特点。同时本发明中各组分的上下限值都能实现，在此不一一列举实施例。

Claims (4)

1.用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂，其特征在于：它由以下组分按质量百分数拌合而成：

钠的硫酸盐：5％～85％；

钠的氢氧化物：0.5～75％；

硅酸钠：0.5～80％；

铝酸钠或偏铝酸钠：5％～15％。

2.根据权利要求1所述的用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂，其特征在于：钠的硫酸盐为元明粉、芒硝、无水硫酸钠中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂，其特征在于：钠的氢氧化物为片碱、苛性碱中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的用于钙质原料-高硅铝工业废渣体系的复合活化剂，其特征在于：硅酸钠为九水硅酸钠、无水硅酸钠中的任意一种。