一种基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料及其制备方法。该早强胶凝材料，其原料包括：部分煅烧水菱镁矿和矿粉；其中，上述部分煅烧水菱镁矿的组成包括：无定形碳酸镁、氧化镁和不可避免的杂质。与完全煅烧水菱镁矿相比，本发明专利技术的部分煅烧水菱镁矿煅烧温度更低，保温时间更短，能耗更低，成本更低，工艺流程简单，在降低能耗的同时提高了低品位水菱镁矿的利用率；本发明专利技术部分煅烧形成的无定形碳酸镁能够加速氧化镁的水化，促进Mg(OH)2在水化初期大量形成并细化孔结构，大幅提高早期强度；矿粉中的活性硅铝质在水化形成的Mg(OH)2提供的碱性环境下反应生成M

【技术实现步骤摘要】
一种基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，尤其是涉及一种基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国水菱镁矿储量丰富，仅在西藏班戈湖地带，水菱镁矿储量就在1亿吨以上，属于大型矿床，具有重要的工业开发价值。现有的研究工作表明，水菱镁矿是制备阻燃剂、氧化镁、重质/轻质碱式碳酸镁、氢氧化镁等镁质产品的理想天然矿产原料，具有环境友好、资源丰富、成本低廉、性价比高的特点。然而，由于地域、交通、技术等因素，限制了它的开发利用。因此，如何将水菱镁矿加以开发利用，是目前的主要研发工作。
[0003]水泥是世界上应用最广泛的建筑材料之一，然而，每年水泥产业会造成大量的二氧化碳排放，不利于生态环境的保护和可持续发展。与抗压强度等级相近的硅酸盐水泥相比，使用镁基水硬性胶凝材料被认为是减少二氧化碳排放的最有效措施之一。研究表明，氧化镁可以激发各种辅助性胶凝材料，如偏高岭土、矿粉、硅灰、粉煤灰等，其激发效果主要取决于氧化镁的活性。商用反应性MgO的实际生产中，为了提高MgO纯度，菱镁矿(水菱镁矿)往往在不低于800℃的环境下煅烧至少2h以保证其完全分解为MgO。然而，较高的煅烧温度和较长的保温时间会提高MgO的结晶程度，从而降低其反应活性。MgO的反应活性较低，不仅不利于胶凝材料的早期强度发展，同时未反应MgO在后期的水化也会影响胶凝材料的体积稳定性。
[0004]此外，自然界中钙、镁矿石往往共存，高温煅烧不仅会使水菱镁矿分解为MgO，也会导致钙质矿石(白云石、石灰石等)分解为CaO，CaO水化会消耗额外的水并放出大量热量，严重影响镁基胶凝材料的水化进程。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料及其制备方法，解决现有技术中水菱镁矿煅烧产物反应活性低影响胶凝材料性能的技术问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料，其原料包括：部分煅烧水菱镁矿和矿粉；其中，上述部分煅烧水菱镁矿的组成包括：无定形碳酸镁、氧化镁和不可避免的杂质。
[0007]第二方面，本专利技术提供的上述基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]将部分煅烧水菱镁矿、矿粉、减水剂和水混合均匀，随后浇注在模具中，脱模后养护得到基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0010]与完全煅烧水菱镁矿相比，本专利技术的部分煅烧水菱镁矿煅烧温度更低，保温时间
更短，能耗更低，成本更低，工艺流程简单，并且可以采用低品位水菱镁矿煅烧，仅需对原材料进行粉磨筛分即可，不需化学试剂，在降低能耗的同时提高了低品位水菱镁矿的利用率，是一种具有高附加值、环境友好的可持续材料；本专利技术将部分煅烧水菱镁矿与矿粉复合制备胶凝材料，部分煅烧形成的无定形碳酸镁能够加速氧化镁的水化，促进Mg(OH)2在水化初期大量形成并细化孔结构，大幅提高早期强度；矿粉中的活性硅铝质在水化形成的Mg(OH)2提供的碱性环境下反应生成M
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(A)
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S
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H凝胶和水滑石等产物，持续提供强度发展。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例1～3和对比例1～2制备的早强胶凝材料的3h及1d抗压强度；
[0012]图2是本专利技术实施例1～3所用部分煅烧水菱镁矿粉的XRD图谱；
[0013]图3是本专利技术实施例1～3所用部分煅烧水菱镁矿粉、对比例1所用完全煅烧水菱镁矿粉以及对比例2所用分析纯MgO的红外图谱。
具体实施方式
[0014]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0015]第一方面，本专利技术提供一种基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料，其原料包括：部分煅烧水菱镁矿和矿粉；其中，上述部分煅烧水菱镁矿的组成包括：无定形碳酸镁、氧化镁和不可避免的杂质。
[0016]本专利技术通过将水菱镁矿低温部分煅烧形成含有氧化镁和无定形碳酸镁的混合物，通过无定形碳酸镁水化产物三水合菱镁矿(MgCO3·
3H2O)的成核效应加速了氧化镁的水化，间接提高了氧化镁的水化活性，促进Mg(OH)2在水化初期形成，使体系早期强度得到大幅提升。此外，在Mg(OH)2提供的碱性环境下，矿粉中的活性硅铝质物质溶出并形成M
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(A)
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S
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H凝胶和水滑石等产物，使体系具有持续的强度发展。本专利技术无需外加化学试剂和高温煅烧，同时拓展了低品位水菱镁矿的利用途径，具有较高的应用价值和社会经济效益。
[0017]优选的，上述部分煅烧水菱镁矿中氧化镁的含量为50％～95％，更优选为50％～85％。水菱镁矿(4MgCO3·
Mg(OH)2·
4H2O)的分解分为3个过程：失去结合水、脱羟基以及脱碳。三个过程发生的温度区间有重叠部分。为了煅烧得到MgO和无定形MgCO3的混合物，至少需要将Mg(OH)2中的羟基脱去，而在此分解过程发生时，无定形MgCO3也在分解。专利技术人对不同煅烧制度下得到的粉料进行XRD分析发现，在刚开始出现MgO衍射峰的粉料中，其MgO含量已经超过50％，更低煅烧温度下得到的粉料并无MgO衍射峰，只显示出水菱镁矿的部分特征峰，其产物仍处于4MgCO3·
Mg(OH)2阶段。因此，想要煅烧得到更低MgO含量的产物，其组分并非MgO与无定形碳酸镁的二元混合物，而是会存在4MgCO3·
Mg(OH)2。
[0018]在本专利技术的一些具体实施方式中，上述部分煅烧水菱镁矿的制备步骤包括：将研磨过筛后的水菱镁矿进行煅烧，得到部分煅烧水菱镁矿；其中，筛网目数为200目；升温速率为：室温～200℃，3～6℃/min；200℃～指定煅烧温度，8～12℃/min；煅烧温度为400℃～600℃，保温时间为60min～120min；或，煅烧温度为600℃～700℃，保温时间为0min～60min。
[0019]优选地，上述水菱镁矿中4MgCO3·
Mg(OH)2·
4H2O含量≥70％，Fe2O3含量≤2.0％。专利技术人在前期试验中发现，采用低品位水菱镁矿(4MgCO3·
Mg(OH)2·
4H2O含量约75％、Fe2O3含量＞2.5％)进行部分煅烧，Fe含量较高的水菱镁矿煅烧后粉料呈淡黄色，且随着煅烧温度升高，逐渐转变为红棕色，其激发矿物掺合料的效果大大降低。可见，水菱镁矿中Fe2O3的含量对早强胶凝材料的性能具有极大影响，为获得具有更好性能的早强胶凝材料，需控制Fe2O3含量≤2％。
[0020]更优选的，4MgCO3·
Mg(OH)2·
4H2O含量≥90％，Fe2O3含量≤1％。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料，其特征在于，其原料包括：部分煅烧水菱镁矿和矿粉；其中，所述部分煅烧水菱镁矿的组成包括：无定形碳酸镁、氧化镁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料，其特征在于，所述部分煅烧水菱镁矿中氧化镁的含量为50％～95％。3.根据权利要求1所述基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料，其特征在于，所述部分煅烧水菱镁矿的制备步骤包括：将研磨过筛后的水菱镁矿进行煅烧，得到部分煅烧水菱镁矿；其中，升温速率为：室温～200℃，3～6℃/min；200℃～指定煅烧温度，8～12℃/min；煅烧温度为400℃～600℃，保温时间为60min～120min；或，煅烧温度为600℃～700℃，保温时间为0min～60min。4.根据权利要求1所述基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料，其特征在于，所述水菱镁矿中，Fe2O3含量≤2.0％。5.根据权利要求1所述基于部分煅烧水菱镁矿的早强胶凝材料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡传林，刘叶冬阳，董烨民，王发洲，覃宇坤，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：