常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及建筑胶凝材料，具体为常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料及其制备方法，解决传统硅酸盐水泥生产高能耗、高排放、高污染，无法常温下制备的技术问题，方案为：原料为：900-1200份粉煤灰，10-20份磷石膏，10-20份玉米秸秆，2-6份硼砂。制备方法：a、粉煤灰干燥；b、磷石膏干燥研磨至粉；c、玉米秸秆烘干晾晒切段去表皮果胶；d、硼砂研磨成粉；e、将粉煤灰、磷石膏、玉米秸秆、硼砂搅拌均匀即成。优点：1、常温制备，克服高能耗、高排放缺点；2、以废弃物粉煤灰、磷石膏、玉米秸秆为原材料，克服高污染缺点；3、原料与制备过程低碳环保；4、性能与普通水泥相当，制备方法简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑胶凝材料，具体为常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料及其制备方法。
技术介绍
传统硅酸盐水泥是世界上应用最广泛的建筑凝胶材料。2014年我国硅酸盐水泥产量达24亿吨，超过世界水泥总产量的50%。但是传统硅酸盐水泥的生产过程具有高耗能、高排放和高污染等缺点：1、需要消耗大量石灰石和黏土质原料等不可再生资源，造成矿山资源消耗与生态破坏；2、每生产1吨水泥大约要排放出0.8吨以上的二氧化碳，仅次于电力行业，位于全国第二；颗粒物排放占全国颗粒物排放总量的20～30%，二氧化硫、氮氧化物排放占全国排放量的5～6%；3、有些立窑生产中加入萤石以降低烧成热耗，还会造成周边地区的氟污染；4、水泥制造业是我国继电力、钢铁之后的第三大用煤大户，水泥生料需经过1450℃的高温煅烧成为熟料，我国水泥熟料平均烧成热耗115千克标煤/吨，比国际先进水平高10%多。粉煤灰是燃煤电厂的主要固体废弃物，会造成环境污染、土地浪费等一系列问题，因此常被以一定比例固化于混凝土或砂浆中作为建筑材料。目前，粉煤灰在美国和日本的利用率高达80%，国内为50%~60%，其余部分则只能做填埋处理，对土壤和环境造成了污染。过去十年，越来越多的研究人员开始关注粉煤灰在砂浆或混凝土中完全取代水泥，而该领域的研究大多集中在地质聚合物和碱活化粉煤灰等碱激发凝胶材料。这类凝胶材料通常是由碱的氢氧化物活化的，即提供一个高PH环境，以促进碱金属或碱土金属、硅酸盐、铝酸盐之间的反应，以形成凝胶。但是，制备这类凝胶材料，需要在高PH值环境下以及较高温度下进行养生固化，不能达到节能减排的目的，同时这些特殊条件限制了其在工程领域的推广应用。磷石膏是湿法磷酸生产过程中排放的固体废料，其主要成分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O），磷石膏的处理利用是世界性的难题，目前我国磷石膏综合利用率不到30%。我国农作物秸秆拥有量居世界首位，其中玉米秸秆年总产量达2.2亿吨，但利用率仅为30%，大多采用焚烧方式处理，造成环境污染。因此，资源和环境的压力迫使人们一直寻求各种低消耗和低污染、可以替代或可以一定程度补充传统水泥的材料及生产方法。
技术实现思路
本专利技术解决传统硅酸盐水泥生产高能耗、高排放、高污染，无法常温下制备的技术问题，提供一种新型常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料，原料为：900-1200重量份的干燥粉状粉煤灰，10-20重量份的干燥粉状磷石膏，10-20重量份的干燥段状玉米秸秆，2-6重量份的粉状硼砂。磷石膏与水发生反应形成钙矾石和C-S-H凝胶，起到胶凝作用。玉米秸秆纤维是天然高分子材料，可有效提升胶凝材料强度。硼砂溶于水后与粉煤灰中的二氧化硅、氧化铁、氧化铝发生水化反应，形成C-S-H、M-A-S-H、和C-A-S-H凝胶。所述胶凝材料在使用时的水胶比R=mw/mb（水胶比即水的重量mw和粉煤灰+磷石膏的重量mb之比）在0.2~0.35范围内。常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料制备方法，是通过以下操作步骤实现的：a、将粉煤灰在烘箱40℃~80℃条件下干燥60-90分钟；b、湿状磷石膏在烘箱40℃~80℃条件下干燥60-90分钟，研磨至粉末备用；c、将玉米秸秆放入烘箱内烘干，经室温晾干后切成1-2cm长度，轻敲玉米秸秆，将表面的果胶去除，最后在温度80-90℃的烘箱中干燥5-15分钟，选取制备好的上述秸秆份备用；d、将硼砂研磨成粉状备用；e、将步骤a、b、c、d中制备好的原材料分别按照粉煤灰900-1200质量份、磷石膏10-20质量份、玉米秸秆10-20质量份、硼砂2-6质量份混合，均匀搅拌10-20分钟即可制得常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料。使用时，将本专利技术制备的胶凝材料按照一定的水胶比与水充分拌和，即可制备成可替代普通硅酸盐水泥的建筑材料，在标准养护温度和湿度下进行养护即可硬化获得相应强度，用于制备混凝土或砂浆。选用标号为425R的普通硅酸盐水泥作为对比参照物，对比分析本专利技术制备的胶凝材料的相应性能：1、不同龄期抗压强度对比：水泥的抗压强度是指水泥胶砂硬化试件所能承受外力破坏的能力，是评价水泥质量的重要指标，是划分水泥强度等级的依据，用MPa（兆帕）表示。按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》对制备好的本专利技术胶凝材料和425R普通硅酸盐水泥试件进行抗压强度试验，对比结果如表-1所示，由结果可知：表-1（1）本专利技术胶凝材料强度增长较425R更快，且具有较高的早期强度，3天龄期时强度已到达28天养生强度的73%，这一特性可使本专利技术胶凝材料更加适应快速建设和快速修补的需求；（2）本专利技术胶凝材料28天抗压强度为37MPa，已接近425R普通硅酸盐水泥的28天抗压强度，甚至超出了325R普通硅酸盐水泥（28天抗压强度为32.5MPa）；（3）在超出28天养生期后，425R普通硅酸盐水泥的抗压强度几乎不再增长，但是本专利技术胶凝材料的抗压强度仍增长至53MPa。2、耐火性能对比：通过DSC(差示扫描量热法)+TGA(热重分析法)对固化本专利技术的胶凝材料粉末和固化425R普通硅酸盐水泥粉末进行对比分析，研究这两种胶凝粉末的质量损失随温度的变化情况，结果如附图1、2所示，由图可知，425R在100℃左右有5%的质量损失，425℃~475℃有3%的质量损失，625℃~675℃有1.5%的质量损失；而本专利技术胶凝材料仅在25℃~200℃之间有6%的质量损失，因此，本专利技术胶凝材料比425R的耐火性更好，可作为防火混凝土的原材料。3、其他性能比较：将本专利技术胶凝材料和425R的堆积干密度、坍落度、硬度、弹性模量、气体渗透性能、氯离子扩散性能也进行了比较，结果如表-2所示。由结果可知，本专利技术胶凝材料比425R具有更低的堆积干密度，即相同体积下本专利技术胶凝材料质量更轻，可作为轻型混凝土的原材料；坍落度为水泥和易性的表征指标，说明具有和425R相当的和易性；硬度高于425R，说明本专利技术胶凝材料具有更高的抵抗外力的局部能力；弹性模量高于425R，说明本专利技术胶凝材料具有更高的抵抗弹性变形的能力；氯离子扩散系数两者相差不大，说明本专利技术胶凝材料也具有合理的抗腐蚀能力。指标425R本专利技术胶凝材料堆积干密度（g/cm3）2.01.7坍落度（mm）201194硬度（GPa）1.41.7弹性模量（GPa）37.538.9氯离子扩散系数（10-12m2/s）1.51.8表-2本专利技术与普通硅酸盐水泥相比具有以下优点：1、常温下制备，克服了高能耗、高排放的缺点；2、以废弃物粉煤灰、磷石膏、玉米秸秆为主要原材料制备，克服了高污染的缺点；3、原料与制备过程低碳环保，充分利用废弃资源；4、性能与425R普通硅酸盐水泥相当，且制备方法简单，易于向工业化生产转化。本专利技术所述的胶凝材料制备方法简单，且可在常温下进行制备，其性能已达到普通硅酸盐水泥的各项指标水平，一些性能甚至优于普通硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料，其特征在于：原料为：900‑1200重量份的干燥粉状粉煤灰，10‑20重量份的干燥粉状磷石膏，10‑20重量份的干燥段状玉米秸秆，2‑6重量份的粉状硼砂。

【技术特征摘要】
1.一种常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料，其特征在于：原料为：900-1200重量份的干燥粉状粉煤灰，10-20重量份的干燥粉状磷石膏，10-20重量份的干燥段状玉米秸秆，2-6重量份的粉状硼砂。
2.根据权利要求1所述的常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料，其特征在于：所述胶凝材料在使用时的水胶比R=mw/mb在0.2~0.35范围内。
3.根据权利要求2所述的常温下制备的环保低碳建筑胶凝材料，其特征在于：所述粉煤灰选用《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的F类粉煤灰，即由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰，具体技术要求为：细度≤25%，需水量比≤105%，烧失量≤8%，其余技术要求按照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的相关规定；所述磷石膏为磷酸工厂湿法磷酸生产过程中排放的磷石膏；所述硼砂技术要求为：硼砂的质量分数≥95%，碳酸钠含量≤0.2%，水不溶物含量≤0.04%，硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹毅，于欢，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14