一种碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法技术

一种碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法，涉及一种胶凝材料及其制备方法。本发明专利技术是要解决海洋工程建设施工中从内陆运输建筑材料导致施工速度慢和运输成本高的问题。该碱激发海底沉积物胶凝材料由海底沉积物和碱性激发剂制备而成。制备方法：取海底沉积物，并使用贝壳或珊瑚调整海底沉积物中氧化钙和氧化硅的质量比；通过熔炼处理、水淬处理、破碎、烘干、磨细和筛分处理，得到活化后的海底沉积物粉末；将其与碱性激发剂混合，得到碱激发海底沉积物胶凝材料。本发明专利技术胶凝材料具有水硬性，快硬、高强、内部结构致密和抗渗性能好。制备所需材料均为就地取材，避免了在运输成本高、运输时间长的问题；本发明专利技术适用于制备胶凝材料。

【技术实现步骤摘要】
一种碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法
本专利技术涉及一种胶凝材料的制备方法。
技术介绍
我国属于海洋大国，拥有的海岸线长达3.2万公里，管辖海域达470多万平方公里，同时还分布有大小岛屿7600多个。在很长一个时期内，海上平台、人工岛、岛礁扩建等海洋基础设施是我国建设的重点。然而，海洋基础设施建设需大量的建筑材料，如果从内陆运输，不但影响建设速度，而且由于运输成本高导致建设成本提高。常见的建筑用胶凝材料主要是通用水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。传统水泥制备采用“两磨一烧”工艺，每生产1t水泥需要消耗石灰石约1.2t以及大量的黏土质原料，消耗了大量的矿产资源，同时需要消耗标准煤0.11t，生产过程中要排放温室气体二氧化碳约0.9t及大量的NOx等有害气体和粉尘。海底沉积物按粒级进行分类，可分为砂质沉积物和泥质沉积物两类。砂质沉积物即海砂的主要矿物组分是石英(SiO2)和长石(RAlSi3O8，R表示碱金属)；泥质沉积物即海泥主要由非黏土质矿物和黏土质矿物组成，黏土质矿物主要指伊利石、蒙脱石等，非黏土质矿物主要指石英和长石等。海砂和海泥这两种物质均是由硅铝酸盐、硅氧化物、铝氧化物构成，能提供丰富的SiO2和Al2O3。此外，在海底沉积物中，还存在一定的生物碎屑和自生矿物等物质，其中含有大量的钙质成分，如贝壳、珊瑚、有孔虫软泥等，生物碎屑和自生矿物等物质均能成为CaO的主要来源。
技术实现思路
本专利技术是要解决海洋工程建设施工中从内陆运输建筑材料导致的施工速度慢和运输成本高的问题，提出一种碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法。本专利技术碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法按以下步骤进行：一、取海底沉积物，并使用贝壳或珊瑚调整海底沉积物中氧化钙和氧化硅的质量比至(1～3)：1，得到海底沉积物原料；所述海底沉积物选取依据国家标准GB18668-2002中“表1第三类”进行；二、将海底沉积物原料进行熔炼处理得到海底沉积物熔液；所述熔炼处理在电炉中进行；所述熔炼处理的温度为1600～2000℃；三、海底沉积物熔液倒入水池中进行水淬处理，得到颗粒状水渣；其中，水淬处理为将熔融态海底沉积物熔液倒入水中进行冷却，熔融态海底沉积物熔液水淬处理时，熔液骤冷凝固并炸裂成颗粒，骤冷能够阻止海底沉积物熔液结晶，使海底沉积物熔液形成化学不稳定的玻璃体，并碎裂成细小的颗粒；四、将颗粒状水渣依次经破碎、烘干、磨细和筛分，得到粒径小于80μm的活化后的海底沉积物粉末原料；五、将煅烧海底沉积物粉末原料与碱性激发剂混合并搅拌均匀后，得到碱激发海底沉积物胶凝材料；所述活化后的海底沉积物粉末原料与碱性激发剂的质量比为1：(0.26～0.85)；所述碱性激发剂的质量浓度为11～64％；所述碱性激发剂为水玻璃；所述水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃；所述水玻璃的模数为1.0～2.0。本专利技术碱激发海底沉积物胶凝材料的硬化过程为：在水化初期，水玻璃水解为Si(OH)4和ROH(碱金属氢氧化物)；在水化早期，活化后的海底沉积物粉末在碱液中分散、溶解，在强碱作用下，海底沉积物中Si-O、Al-O键发生断裂，海底沉积物解体，转变成大量的Si低聚体和Al低聚体；水化中期，溶解的Si低聚体和Al低聚体由颗粒表面向颗粒间隙扩散；水化后期，低聚体积累到一定程度后，发生缩聚反应形成凝胶状结构，最后生成难溶于水的水化硅酸钙凝胶、水化硅铝酸钙或水滑石等水化产物。其中，使用贝壳或珊瑚等钙质成分调整海底沉积物中氧化钙和氧化硅的质量比至(1～3)：1后，能够保证水化反应过程中有足够的钙生成水化硅酸钙凝胶、水化硅铝酸钙或水滑石。本专利技术原理及有益效果为：1、海砂和海泥为硅质材料，其主要成分为石英和长石，能够提供SiO2和Al2O3，贝壳和珊瑚的主要成分为碳酸钙，提供CaO；海砂、海泥、贝壳或珊瑚经高温煅烧分解成Al2O3、SiO2和CaO，随着温度的进一步升高，生成了以硅酸盐和硅铝酸盐为主的熔融物，石英和长石的物理性质和化学性质均十分稳定，但是经过高温煅烧成熔液并水淬处理后，晶体结构的石英和长石转变为形成质地疏松且多孔的粒状玻璃体形态，化学活性得到明显改善；制备得到的活化后的海底沉积物粉末的粒径小于80μm时，具有较高活性；活化后的海底沉积物粉末在碱性激发剂的激发作用下，具有水硬性，可以作为胶凝材料；2、本专利技术胶凝材料为水硬性胶凝材料，具备与水泥基胶凝材料相同的功能，可用于制备砌块和砌筑浆体，还能够作为胶凝材料配置成混凝土，替代传统混凝土材料用以浇筑成梁、板、柱、墙、基础等结构构件；3、本专利技术的材料均为就地取材，避免了在施工过程中建筑材料运输造成的难度大、成本高、运输时间长等问题；4、本专利技术碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法简单，只需要对原料进行煅烧、水淬、磨细和加入碱性激发剂搅拌，制作过程环保；5、本专利技术碱激发海底沉积物胶凝材料具有快硬、高强、内部结构致密和抗渗性能好等优点。经试验，本专利技术胶凝材料的28d抗压强度达到72.24MPa，3d和7d的抗压强度分别达到28d抗压强度的72％和88％，因此，本专利技术碱激发海底沉积物胶凝材料具有快硬和早强特性，碱激发海底沉积物胶凝材料的水化产物为水化硅酸钙凝胶、水化硅铝酸钙或水滑石等，水化硅酸钙凝胶、水化硅铝酸钙和水滑石的结构致密，所以本专利技术碱激发海底沉积物胶凝材料的抗渗性能和强度高。同时，本专利技术碱激发海底沉积物胶凝材料的硬化产物中不含极易遭受侵蚀的氢氧化钙，因此耐腐蚀效果好，适用于含有Cl-、SO42-等海洋腐蚀环境。具体实施方式：本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。具体实施方式一：本实施方式碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法按以下步骤进行：一、取海底沉积物，并使用贝壳或珊瑚调整海底沉积物中氧化钙和氧化硅的质量比至(1～3)：1，得到海底沉积物原料；二、将海底沉积物原料进行熔炼处理得到海底沉积物熔液；所述熔炼处理在电炉中进行；所述熔炼处理的温度为1600～2000℃；三、海底沉积物熔液倒入水池中进行水淬处理，得到颗粒状水渣；四、将颗粒状水渣依次经破碎、烘干、磨细和筛分，得到粒径小于80μm的活化后的海底沉积物粉末原料；五、将活化后的海底沉积物粉末原料与碱性激发剂混合并搅拌均匀后，得到碱激发海底沉积物胶凝材料。本实施方式原理及有益效果为：1、海砂和海泥为硅质材料，其主要成分为石英和长石，能够提供SiO2和Al2O3，贝壳和珊瑚的主要成分为碳酸钙，提供CaO；海砂、海泥、贝壳或珊瑚经高温煅烧分解成Al2O3、SiO2和CaO，随着温度的进一步升高，生成了以硅酸盐和硅铝酸盐为主的熔融物，石英和长石的物理性质和化学性质均十分稳定，但是经过高温煅烧成熔液并水淬处理后，晶体结构的石英和长石转变为形成质地疏松且多孔的粒状玻璃体形态，化学活性得到明显改善；制备得到的活化后的海底沉积物粉末的粒径小于80μm时，具有较高活性；活化后的海底沉积物粉末在碱性激发剂的激发作用下，具有水硬性，可以作为胶凝材料；2、本实施方式胶凝材料为水硬性胶凝材料，具备与水泥基胶凝材料相同的功能，可用于制备砌块和砌筑浆体，还能够作为胶凝材料配置成混凝土，替代传统混凝土材料用以浇筑成梁、板、柱、墙、基础等结构构件；3、本实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法，其特征在于：该制备方法按以下步骤进行：一、取海底沉积物，并使用贝壳或珊瑚调整海底沉积物中氧化钙和氧化硅的质量比至(1～3)：1，得到海底沉积物原料；二、将海底沉积物原料进行熔炼处理得到海底沉积物熔液；所述熔炼处理在电炉中进行；所述熔炼处理的温度为1600～2000℃；三、海底沉积物熔液倒入水池中进行水淬处理，得到颗粒状水渣；四、将颗粒状水渣依次经破碎、烘干、磨细和筛分，得到粒径小于80μm的活化后的海底沉积物粉末原料；五、将活化后的海底沉积物粉末原料与碱性激发剂混合并搅拌均匀后，得到碱激发海底沉积物胶凝材料。

【技术特征摘要】
1.一种碱激发海底沉积物胶凝材料的制备方法，其特征在于：该制备方法按以下步骤进行：一、取海底沉积物，并使用贝壳或珊瑚调整海底沉积物中氧化钙和氧化硅的质量比至(1～3)：1，得到海底沉积物原料；二、将海底沉积物原料进行熔炼处理得到海底沉积物熔液；所述熔炼处理在电炉中进行；所述熔炼处理的温度为1600～2000℃；三、海底沉积物熔液倒入水池中进行水淬处理，得到颗粒状水渣；四、将颗粒状水渣依次经破碎、烘干、磨细和筛分，得到粒径小于80μm的活化后的海底沉积物粉末原料；五、将活化后的海底沉积物粉末原料与碱性激发剂混合并搅拌均匀后，得到碱激发海底沉积物胶凝材料。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文忠，邹梦娜，王英，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23