一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系的製作方法
2023-06-05 01:15:21 2
本發明屬建築材料技術領域，具體涉及一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系。
背景技術：
脫硫石膏又稱排煙脫硫石膏，是對含硫燃料(煤、油等)燃燒後產生的煙氣進行脫硫淨化處理得到的工業副產石膏。脫硫石膏主要礦物相為二水硫酸鈣，主要雜質為碳酸鈣、氧化鋁和氧化矽，其他成分有方解石、α-石英、α-氧化鋁、氧化鐵和長石、方鎂石等。其CaSO4·2H2O含量一般達90%~95%。其顆粒粒徑一般不超過90μm，且粒徑分布範圍小，約85.0%以上的顆粒粒徑在(30~60)μm之間。脫硫石膏的含水率高，一般為10.0%~15.0%。
我國火電廠燃煤量約佔全國煤炭產量的1/3，其中電力燃煤每年向大氣中排放的二氧化硫佔我國二氧化硫排放總量的50%，加劇了大氣汙染的嚴重程度。為降低二氧化硫排放量，工業脫硫技術得到了快速發展，其中煙氣脫硫技術是一種已經形成大規模商業化應用的脫硫技術，並且煙氣脫硫工藝到目前為止已經達到了200多種，但這類技術在降低二氧化硫排放的同時也產生了大量工業脫硫石膏。由於脫硫石膏相比天然石膏水分含量高，礦相變化對溫度十分敏感，且其成分複雜，為其大規模的消納增加了難度。而我國建材行業對石膏的需求量較大，而高品位的天然石膏儲量不足，且分布不均衡。因此，改進脫硫石膏應用技術，實現其大規模資源化利用意義深遠。
我國現階段脫硫石膏僅在以下幾個領域中有少量應用：粉刷石膏、水泥輔料、石膏板、石膏粉、石膏粘結劑、農用改良土壤、礦山填埋用灰漿、路基材料等，並且這些應用過程技術含量低，且未形成工業規模。用脫硫石膏代替天然石膏生產石膏建材，實現脫硫石膏的大消納量、低能耗、高效的資源化利用目標，不僅是立足於廢棄物的再利用，更是實現了脫硫石膏的綠色化應用，拓寬了其利用途徑。
對脫硫石膏的現階段應用主要包括兩個方面：一是石膏膠凝材料的製備；二是石膏製品的製作。前者一般是將二水石膏加熱使之部分或全部脫去水分，以製備不同的脫水石膏相；後者一般是指將脫水石膏再水化，使之再次生成二水石膏並形成所需的硬化體。在非煅燒情況下直接使用，其膠凝性差，硬化後強度不理想，耐水性差。而在煅燒後膠凝性雖然有所改善，但硬化強度和耐水性依然不理想。現階段將脫硫石膏作為外加劑摻入膠凝材料其用量有限，不能實現大消納量處理。水硬性複合膠凝體系為脫硫石膏作為膠凝材料開拓了廣闊應用領域，在水泥和其他膠凝材料地雙重激發下，改善了原有弊端，可實現脫硫石膏的資源化應用。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系。
本發明提出的一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系，由脫硫石膏、礦渣粉、偏高嶺土、煅燒煤矸石、燒粘土、硅藻土、水泥、矽酸鈉、氟矽酸鎂和納米鈣礬石組成，各組分的重量比為：
脫硫石膏 100
礦渣粉 50-140
偏高嶺土 10-30
煅燒煤矸石 5-20
燒粘土 10-20
硅藻土 10-25
水泥 2.5-40
矽酸鈉 1-3
氟矽酸鎂 0.1-0.4
納米鈣礬石 1-5。
各組分較佳的重量比為：
脫硫石膏 100
礦渣粉 70-110
偏高嶺土 10-20
煅燒煤矸石 5-15
燒粘土 10-20
硅藻土 10-20
水泥 3-10
矽酸鈉 1-2
氟矽酸鎂 0.2-0.4
納米鈣礬石 1-3。
本發明中，所述脫硫石膏為電廠煙氣脫硫石膏在60℃低溫下乾燥除去自由水的非煅燒脫硫石膏。
本發明中，所述礦渣粉為S95礦渣粉。
本發明中，所述偏高嶺土是超細高嶺土經低溫煅燒而形成的無定型矽酸鋁。
本發明中，所述煅燒煤矸石是煤矸石在750℃-800℃的溫度下煅燒後經磨細而成，其比表面積為350-450m2/Kg。
本發明中，所述燒粘土是粘土質物質低溫煅燒後經磨細而成，其比表面積為350-450m2/Kg。
本發明中，所述硅藻土為天然硅藻土經700℃-900℃的溫度下煅燒後經磨細而成，其比表面積為350-450m2/Kg。
本發明中，所述水泥為52.5級普通矽酸鹽水泥。
本發明中，所述矽酸鈉為工業級化工產品。
本發明中，所述氟矽酸鎂為工業級化工產品。
本發明中，所述納米鈣礬石為採用氫氧化鈣、氫氧化鋁、偏鋁酸鈉和硫酸鈉等原料人工合成，乾燥磨細，全部通過0.045mm方孔篩。
本發明提出的非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系的製備方法，具體步驟為：按前述各重量比例稱取各組分，將脫硫石膏、礦渣粉、偏高嶺土、煅燒煤矸石、燒粘土、硅藻土、水泥、矽酸鈉、氟矽酸鎂和納米鈣礬石通過機械混合至均勻狀態。
本發明提出的非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系的使用方法，具體步驟如下：準確稱量前述水硬性複合膠凝材料和水，先將水加入攪拌機，在攪拌機葉片轉動情況下，再將複合膠凝材料勻速投入攪拌機。攪拌均勻後即可施工。加水量為本發明材料重量的20%~40%。
本發明中，脫硫石膏作為主要的膠凝組分，其他各組分作為輔助膠凝材料，與脫硫石膏一起組成複合膠凝體系。礦渣粉、偏高嶺土、煅燒煤矸石、燒粘土和硅藻土等火山灰質混合材料，活性高，能激發脫硫石膏的膠凝性，將結構中原本作為惰性填料存在的脫硫石膏顆粒轉化為水硬性的鈣礬石，為體系提供強度。而一般來說，含有大量礦物輔助膠凝材料的膠凝體系早期強度較低，引入適量的水泥熟料經自身水化不僅可以在早期生成C-S-H凝膠，提高早期強度，同時水化生成的氫氧化鈣和矽酸鈉作為鹼激發劑激發混合物中火山灰質材料的活性。氟矽酸鎂作為一種混凝土增強劑，彌補因脫硫石膏摻入過多造成膠凝體系強度較低的不足。納米鈣礬石為人工合成材料，其在漿體體系中，作為晶核，促誘導水化所形成的鈣礬石和水化矽酸鈣結晶生長，縮短漿體凝結時間、加快漿體早期強度發展。選擇這幾種材料作為膠凝材料，是利用其各自的特點相輔相成，既考慮到早期強度的發展，又照顧到後期強度和耐水性的提高。
本發明提供一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系。用本發明代替傳統的矽酸鹽水泥膠凝體系，可以帶來直接的、良好的經濟效益，保證了國內脫硫石膏廢棄物的資源化利用，為中國實現可持續發展、發展循環經濟、建設節約型社會意義重大。
本發明為一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系，在滿足一定力學性能、工作性能及耐久性能的前提下，最大限度地採用各種工業廢棄物為原材料，具有很高的環境效益和社會效益。本發明產品具備優良的力學性能、耐久性能、工作性能和安全性能。
本發明可供石膏建材生產廠或一般建築材料廠生產，廣泛適用於預製水泥製品，如加氣混凝土砌塊、泡沫混凝土等，也可以替代普通矽酸鹽水泥應用於強度要求不高的混凝土和砂漿中。
具體實施方式
下面通過實施例具體說明本發明。
實施例1，一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系，按照脫硫石膏100，礦渣粉50，偏高嶺土10，煅燒煤矸石5，燒粘土10，硅藻土25，水泥2.5，矽酸鈉1，氟矽酸鎂0.1，納米矽酸鈣4的重量比配製而成。加水量為本發明材料重量的40%。性能測試結果見表1。
實施例2，一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系，按照脫硫石膏100，礦渣粉80，偏高嶺土20，煅燒煤矸石10，燒粘土15，硅藻土10，水泥10，矽酸鈉2，氟矽酸鎂0.3，納米鈣礬石1的重量比配製而成。加水量為本發明材料重量的30%。性能測試結果見表1。
實施例3，一種非煅燒脫硫石膏水硬性複合膠凝體系，按照脫硫石膏100，礦渣粉140，偏高嶺土30，煅燒煤矸石20，燒粘土20，硅藻土20，水泥40，矽酸鈉3，氟矽酸鎂0.4，納米鈣礬石5的重量比配製而成。加水量為本發明材料重量的20%。性能測試結果見表1。
表1 實施例性能測試結果