一种水泥生态高活性低碳掺合料及其制备方法与流程

一种水泥生态高活性低碳掺合料及其制备方法
1.本技术是申请日为2022年01月18日、申请号为202210052731.5、发明名称为《一种水泥生态高活性低碳掺合料及其制备方法》的分案申请。
技术领域
2.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥生态高活性低碳掺合料及其制备方法。


背景技术：

3.锂及其化合物被广泛应用于新能源汽车、电子产品、储能系统和核能等领域。近年来随着锂离子电池在电子设备和电动汽车用量的快速增加，锂的产能也大幅度攀升，仅2020年1月到9月，中国国内碳酸锂总产量约1.56万吨、氢氧化锂约8.39万吨，同比增长31％以上。我国盐湖卤水镁锂比极高、自然条件恶劣，盐湖提锂受到限制，因此锂的来源以锂云母矿和锂辉石矿为主。宜春袒银矿伴生的锂云母矿是世界最大的锂云母矿资源，li2o可开采储量为110万吨，占全国矿石储量的30％，是我国重要的锂资源生产基地。锂云母渣中sio2和al2o3含量达到70％，且残留一定量的钠盐和碱，露天堆放和填埋会威胁周边环境和地下水资源的安全，因此对锂云母渣的综合利用，具有保护环境和节约资源的意义。
4.与此同时，水泥行业现已经成为我国继电力、机动车尾气排放之后第三大污染源。对近年来困扰我们的雾霾天气，水泥行业也有一定的责任，且水泥在生产过程中需要消耗大量燃料和电能，同时释放出颗粒等污染物。因此如何减少水泥用量实现碳减排也成为了未来发展的热门点。


技术实现要素：

5.基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种水泥生态高活性低碳掺合料，旨在使其能够广泛运用于p.c32.5级水泥中，提高其工作性、耐久性和抗侵蚀性，并减少水泥的用量、降低生产成本。
6.为实现目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种水泥生态高活性低碳掺合料，其特征在于：所述掺合料用于替代水泥砂浆中的部分水泥原料；所述掺合料的原料包括质量比为9:1的锂云母渣和粉煤灰，还包括掺量占水泥砂浆中的水泥原料与掺合料质量总和的0.1％的液体活性激发剂；所述液体活性激发剂的各原料按重量份的构成为：
[0008][0009]
进一步地，所述水泥原料为p.c32.5级水泥。
[0010]
进一步地，所述锂云母渣和所述粉煤灰的比表面积皆不低于450m2/kg。
[0011]
进一步地，所述锂云母渣和所述粉煤灰的粒径皆不大于45μm。
[0012]
进一步地，所述掺合料的掺量占水泥砂浆中水泥原料质量的5～10％，最优为10％。
[0013]
本发明所述水泥生态高活性低碳掺合料的制备方法为：按配比将水、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、混合醇胺、糖蜜和甘油均匀混合，获得液体活性激发剂；将锂云母渣和粉煤灰分别研磨、过筛后，按配比混合，再加入液体活性激发剂，混合均匀，即获得水泥生态高活性低碳掺合料。
[0014]
本发明水泥生态高活性低碳掺合料中的锂云母渣是工业废渣，由于经过了950℃-1000℃焙烧，渣中的主要成分sio2及al2o3等晶格已发生了转变，由结晶致密状态变成了无定型的活性状态，近似于焙烧后的高岭土，故而锂云母渣是一种活性材料，可以用于水泥混合材料，在水化过程中，活性sio2和al2o3可以迅速和析出的ca(oh)2化合，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙胶凝材料，加速水泥水化硬化而提高水泥强度。粉煤灰磨细后不仅可以节约水泥的用量降低生产成本，还能提高水泥的耐久性。本发明水泥生态高活性低碳掺合料符合gb/t18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的标准，本发明大量利用工业废渣，减少了水泥用量，实现了节能减排的目标。
[0015]
本发明还公开了一种掺入有水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆，其制备方法为：
[0016]
将水泥生态高活性低碳掺合料与拌合水以及水泥进混合均匀，获得组合料a；将标准砂加入组合料a中并混合均匀，即获得外掺水泥生态活性低碳掺合料的水泥砂浆。
[0017]
本发明的有益效果体现在：
[0018]
1、本发明的水泥生态高活性低碳掺合料制备方法简单、易操作，生产设备简单便宜。
[0019]
2、本发明的水泥生态高活性低碳掺合料用于替代水泥砂浆中的水泥，可以提高混凝土和水泥的工作性，使其具有流动性好、保水性好、不泌水、不离析、坍落度经时损失小、泵送性好等优点，同时也提高了水泥和混凝土的抗折性及混凝土的耐磨性，提高了水泥和混凝土的强度等级，降低了拌和混凝土水泥的用量。
[0020]
3、本发明的水泥生态高活性低碳掺合料用于替代水泥砂浆中的水泥，改善了浆体与集料界面的粘结度，减少硬化水泥砂浆的孔隙，从而使其结构致密性以及整体稳定性提高，增强混凝土抵御各种化学侵蚀和抑制碱集料反应能力，显著提高水泥石的耐久性。
[0021]
4、本发明的水泥生态高活性低碳掺合料可以降低水泥用量，节约了大量的成本，有良好的经济效益。同时本发明是对固体废弃物的再利用，对保护环境、节约资源有着积极的促进作用，具有良好的环境效益。
[0022]
5、本发明的水泥生态高活性低碳掺合料在制备过程中不会对外界环境造成二次污染，且符合a类装饰装修材料标准。
[0023]
6、本发明的水泥生态高活性低碳掺合料还可起到矿化作用，替代部分碳酸钙，降低水泥生料煅烧温度，进而降低能耗、减少碳排放，实现低碳节能减排的目标。
附图说明
[0024]
图1为本发明外掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆的制备工艺流程图；
[0025]
图2为本发明外掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆的sem图片，其中：(a)为养护3天的含外掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆，(b)为养护3天的不含水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆，(c)为养护28天的含水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆，(d)为养护28天的不含水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆；
[0026]
图3为本发明外掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆样品与不掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆样品的xrd图谱。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述，以下所述的参考实施例仅用于解释说明的目的，但不以任何形式限制本发明。
[0028]
实施例1
[0029]
本实施例首先按如下步骤制备水泥生态高活性低碳掺合料：
[0030]
按质量比55:5:10:15:5:10，将水、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、混合醇胺、糖蜜和甘油均匀混合，获得液体活性激发剂；将锂云母渣和粉煤灰分别研磨、过筛后(二者比表面积在450～500m2/kg，细度(45μm)＜1％)，按质量比为9:1混合，再加入液体活性激发剂，混合均匀，即获得水泥生态高活性低碳掺合料。
[0031]
本实施例所用掺合料性能指标如下：
[0032]
1、产品细度
[0033]
比表面积450～500m2/kg，细度(45μm)＜1％。
[0034]
2、需水量
[0035]
由于超细微粉掺合料的填充和分散作用，很大程度降低了胶凝材料体系的孔隙率，因此体系的需水量没有因为比表面积的增加而增加。
[0036]
3、化学成分分析
[0037]
本实施例所得水泥生态高活性低碳掺合料的主要化学成分如下表所示：
[0038]
表1水泥生态高活性低碳掺合料的主要化学成分
[0039]
[0040]
将本实施例的水泥生态高活性低碳掺合料掺入p.c32.5级水泥，掺量为水泥的5％，并参照gb/t 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的标准测定掺合料的活性指数，结果如表2所示。由表2可知，掺入水泥生态高活性低碳掺合料的样品与基准样相比3d活性指数提高了3％、28d活性指数提高了7％，且流动度也提高了3mm。
[0041]
表2外掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆与p.c32.5级水泥砂浆对比试验
[0042][0043]
实施例2
[0044]
本实施例水泥生态高活性低碳掺合料的制备方法与实施例1相同。
[0045]
将本实施例的水泥生态高活性低碳掺合料掺入p.c32.5级水泥，掺量为水泥的10％，并参照gb/t 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的标准测定掺合料的活性指数，结果如表3所示。由表3可知，掺入水泥生态高活性低碳掺合料的样品与基准样相比3d活性指数提高了5％、28d活性指数提高了10％，且流动度也提高了7mm。
[0046]
表3外掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆与p.c32.5级水泥砂浆对比试验
[0047][0048]
性能表征：
[0049]
1、水泥生态高活性低碳掺合料放射性研究
[0050]
根据《建筑材料放射性核素限量》，gb6556-2010要求：对于a类装饰装修材料中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足ira≤1.0和ir≤1.3。a类装饰装修材料产销与使用范围不受限制。不满足a类装饰装修材料要求但同时满足ira≤1.3和ir≤1.9要求的为b类装饰装修材料。b类装饰装修材料不可用于i类民用建筑的内饰面，但可用于ii类民用建筑物、工业建筑内饰面及其他一切建筑的外饰面。不满足a、b类装饰材料要求但满足ir≤2.8要求的为c类装饰装修材料。c类装饰装修材料只可用于建筑物的外饰面及室外其他用途。
[0051]
如表4所示，本实施例的水泥生态高活性低碳掺合料进行放射性检测结果满足a类装饰装修材料。
[0052]
表4水泥生态高活性低碳掺合料放射性与gb 6556-2010对比
[0053][0054]
2、外掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆sem图片分析
[0055]
取含10％掺合料的3d和28d龄期的水泥砂浆样本以及不含掺合料的3d和28d龄期的水泥砂浆样本，对样本的水化产物进行sem分析，结果如图2所示，图2中(a)、(c)和(d)的标尺均为2μm，(b)的标尺为10μm。
[0056]
从图2(a)中可清晰的看到均匀分布的针棒状钙矾石，发育良好，镶嵌在水泥石的空隙中，这是水泥试样早期强度的主要因素。图2(b)中c-s-h凝胶的分布不明显，只有少量的网状(ⅱ型)水化c-s-h凝胶，ca(oh)2的形状呈薄片状很清晰、数量较少结构松散，从图中也可以看到没反应的大量树叶状c2s和少量c3s呈板块状。
[0057]
从图2(c)中明显看到的是大量网络状粒子，称为ⅱ型c-s-h，呈互相连锁的网状构造，发育基本完全，形成水泥石是主体框架，也可以看到水化铝酸盐，它们分布在c-s-h凝胶之中，28d的活性物质得到了充分的反应。图2(d)中有未反应完的ca(oh)2和c2s。说明了水泥生态高活性低碳掺合料对水泥水化有着促进作用，进而改善水泥基材料的综合性能。
[0058]
3、外掺水泥生态高活性低碳掺合料的水泥砂浆的x射线衍射分析
[0059]
取含10％掺合料的28d龄期的水泥砂浆样本以及不含掺合料的28d龄期的水泥砂浆样本，对样本进行x射线衍射分析，结果如图3所示。可以看出，水泥水化产物均由ch、c-s-h、aft等组成，其中掺加水泥生态高活性掺合料的水泥砂浆中ch、c-s-h、aft的吸收峰较强，体现了水泥生态高活性掺合料对水泥水化具有促进作用。
[0060]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水泥生态高活性低碳掺合料，其特征在于：所述掺合料用于替代水泥砂浆中的部分水泥原料；所述掺合料的原料包括质量比为9:1的锂云母渣和粉煤灰，还包括掺量占水泥砂浆中的水泥原料与掺合料质量总和的0.1％的液体活性激发剂；所述液体活性激发剂的各原料按重量份的构成为：所述锂云母渣和所述粉煤灰的比表面积皆不低于450m2/kg；所述锂云母渣和所述粉煤灰的粒径皆不大于45μm；所述锂云母渣为工业废渣，所述工业废渣包括sio2和al2o3，所述sio2和al2o3为无定形态；所述掺合料的主要化学成分及比例为：cao 15.84％，al2o323.07％，sio240.21％，fe2o32.38％，cl-0.030％和so32.43％。2.一种权利要求1所述的水泥生态高活性低碳掺合料的制备方法，其特征在于：按配比将水、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、混合醇胺、糖蜜和甘油均匀混合，获得液体活性激发剂；将锂云母渣和粉煤灰分别研磨、过筛后，按配比混合，再加入液体活性激发剂，混合均匀，即获得水泥生态高活性低碳掺合料。3.一种水泥砂浆，其特征在于：在所述水泥砂浆中掺入有权利要求1所述的水泥生态高活性低碳掺合料，以部分替代水泥原料；所述掺合料的掺量占水泥砂浆中水泥原料质量的5～10％；所述水泥原料为p.c32.5级水泥。

技术总结
本发明公开了一种水泥生态高活性低碳掺合料及其制备方法，其是以粉煤灰、锂云母渣等固体废弃物为基本原料，并加入专用的液体活性激发剂。本发明掺入水泥生态高活性低碳掺合料制得的水泥砂浆试块28d活性相对与基准水泥砂浆活性提高7～10％，抗压强度优越，可减少水泥用量、显著降低生产成本、提高产品性能，并符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的标准。粒化高炉矿渣粉》的标准。粒化高炉矿渣粉》的标准。


技术研发人员：徐子芳 戴涛 马梁 孙钦付
受保护的技术使用者：淮南众诺环境科技有限公司
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2023/7/20