一种低碳胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种低碳胶凝材料及其制备方法。该材料主要包括以下原料：25.0

【技术实现步骤摘要】
一种低碳胶凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，尤其是涉及一种低碳胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]煤矸石是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，一般在煤炭开采、挖掘等生产过程中产生的一般固废。煤矸石中包含多种矿物：高岭石、石英、云母、方解石及含铁矿物相等，其中石英和高岭石是主要的矿物成分。现有的煤矸石循环利用的思路一般是将煤矸石作为水泥混合材使用，由于煤矸石或多或少含有一定量有机碳，这会导致水泥和混凝土表面变成黑色，以及有机碳的存在会导致减水剂使用量增加，这也影响了煤矸石作为混合材使用的范围。另外，将煤矸石掺入水泥生料中补充硅铝质原料，但是由于煤矸石含有热值，掺量大于5％则会引起预热器堵塞，从而导致水泥生产的不稳定性。
[0003]中国专利技术专利(CN 113045227 B)提到了一种煤矸石活化煅烧方法，其特征在于，在煅烧工序中，混合物球体在900
‑
1000℃及氧化环境中进行煅烧活化，没有还原气氛控制，如果煤矸石中铁元素矿物含量＞5％，则煅烧后的煤矸石成暗红色，将会对水泥和混凝土产生着色问题。此外，煤矸石中高岭石一般煅烧温度不宜高于850℃，不然则会导致偏高岭土活性大幅度下降。中国专利技术专利(CN103864325B)提到了一种悬浮态煅烧煤矸石的生产系统，由于煤矸石中含有一定量的有机挥发物，其挥发温度范围一般在260
‑
550℃，而在预热器悬浮煅烧情况下，煤矸石为进入分解炉前就在在1
‑
>3级预热器内就达到了有机物的挥发温度范围，那么大量的有机挥发物则会产生爆燃，甚至烧穿预热器设备，引起安全事故。煤矸石在回转窑系统内煅烧，由于颗粒偏大，换热效率差，煅烧不完全，活性比较差。
[0004]综上所述，煤矸石的热活化利用难题就是煤矸石中含有挥发应有机物，如果煅烧不全则会影响产品着色问题，采用回转窑煅烧，微观结构下呈现蜂窝状，限制了活性发挥。而在预热器系统下煅烧则会因为挥发性有机物在进入分解炉之前就产生爆燃，并导致预热器结皮堵塞、甚至烧穿现象。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供了一种低碳胶凝材料及其制备方法，首次提出将热活化煅烧煤矸石与碳化钢渣与硅酸盐水泥熟料复合制备一种新型的低碳胶凝材料料，实现了对煤矸石微粉的悬浮状态煅烧，为大宗固废煤矸石和钢渣的高效利用提供一种有效途径。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种低碳胶凝材料，主要包括以下原料：25.0
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40.0质量份煅烧煤矸石粉，28.0
‑
50.0质量份硅酸盐水泥熟料，20.0
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30.0质量份碳化钢渣微粉，2.0
‑
5.0质量份石膏，外掺占总质量0
‑
0.1％的表面活性剂。
[0008]作为优选的技术方案，所述煅烧煤矸石粉是由高岭石质量含量为40％
‑
80％的煤
矸石经过热活化煅烧制备，煅烧煤矸石粉的烧失量≤1.0％。
[0009]作为优选的技术方案，所述碳化钢渣微粉中包括12
‑
20wt％的微纳米级方解石晶体石以及8
‑
12wt％的无定形SiO2；和/或，碳化钢渣微粉比表面积为450～550m2/kg。
[0010]作为优选的技术方案，所述煅烧煤矸石的比表面积为600～700m2/kg，这是由于煅烧后煤矸石粉的气孔率增加了，所以其比表面积比煅烧前有所增大。
[0011]作为优选的技术方案，硅酸盐水泥熟料的比表面积为350
‑
400m2/kg。
[0012]作为优选的技术方案，石膏的比表面积为350
‑
400m2/kg。
[0013]作为优选的技术方案，所述表面活性剂包括烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、月桂醇硫酸钠、月桂酰谷氨酸、硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
[0014]作为优选的技术方案，该低碳凝胶材料的含碳量为0.14
‑
0.224wt％。
[0015]作为优选的技术方案，上述煅烧煤矸石粉的制备方法如下：
[0016]1)将煤矸石原矿经破碎、烘干后喂入球磨机粉磨；
[0017]2)先在竖式管式炉内通入浓度100％的还原性气体，然后将粉磨后的煤矸石粉送入竖式管式炉内顶部的喂料器内，经喂料器将煤矸石粉送入竖式管式炉内，煤矸石粉在下降的过程中处于悬浮状态，炉内煅烧温度控制在750
‑
850℃，悬浮煅烧时间控制在5
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10s；
[0018]3)经冷却后获得煅烧煤矸石微粉。
[0019]本专利技术还公开了一种低碳胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
[0020]步骤一、称取相应质量份的硅酸盐水泥熟料、煅烧煤矸石粉、碳化钢渣微粉、石膏以及表面活性剂备用；
[0021]步骤二、将步骤一的硅酸盐水泥熟料磨成粉；
[0022]步骤三、将步骤一取得的石膏磨成粉；
[0023]步骤四、将步骤一、二和三取得的碳化钢渣微粉、煅烧煤矸石粉、硅酸盐水泥熟料粉、石膏粉及表面活性剂混合均匀，即得所述低碳胶凝材料。
[0024]本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0025]1、本专利技术通过在竖式管式炉实现了对煤矸石微粉的悬浮状态煅烧，调控了煅烧后煤矸石微观形貌呈球体型状(见附图1所示)，而煤矸石微粉在马弗炉内静态煅烧或者回转窑内煅烧的煤矸石微观下则类似蜂窝状(见附图2所示)。悬浮煅烧煤矸石提高了反应活性，减少了低碳胶凝材料的需水量。
[0026]2、悬浮煅烧将煤矸石中的有机碳基本烧掉了，解决了残余碳对水泥和混凝土产品的着色问题，并降低减水剂使用量。而马弗炉或者回转窑内的煅烧，有机碳存在煅烧不充分，烧失量偏大(见表3所示)，残余碳不仅会对水泥和混凝土产生着色，而且还会引起减水剂使用量增加等问题。
[0027]3、竖式管式炉内可以通入还原气氛或者保护气体，可以将煤矸石中的氧化铁变成氧化亚铁的形式存在，解决了氧化气氛下铁矿物被氧化成三氧化二铁带来的产品着红色问题。
[0028]4、将钢渣碳化后消除了安定性不良，参入水泥可以形成负碳水泥产品，利用碳化钢微粉中的原位形成的微纳米级球形方解石晶体(见附图3和4)替代天然石灰石，不仅减少了天然石灰石资源的消耗，而且微纳米级的方解石晶体比天然石灰石具有更高的反应活
性，钢渣中C2S和C3S等矿物在碳化过程中被CO2夺走了CaO，在形成方解石的同时生成了无定形且具有表面缺陷的SiO2，其具有比硅灰更高的反应活性，这有利于快速提高碳化钢渣微粉在煅烧煤矸石与普通硅酸水泥复合体系中化学反应活性，提高低碳胶凝材料的早期强度性能。
[0029]5、本专利技术使用表面活性剂提高了低碳胶凝材料体系化学反应效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低碳胶凝材料，其特征在于，主要包括以下原料：25.0
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40.0质量份煅烧煤矸石粉，28.0
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50.0质量份硅酸盐水泥熟料，20.0
‑
30.0质量份碳化钢渣微粉，2.0
‑
5.0质量份石膏，外掺占总质量0
‑
0.1％的表面活性剂。2.如权利要求1所述的低碳胶凝材料，其特征在于，所述煅烧煤矸石粉是由高岭石质量含量为40％
‑
80％的煤矸石经过热活化煅烧制备，煅烧煤矸石粉的烧失量≤1.0％。3.如权利要求1所述的低碳胶凝材料，其特征在于，所述碳化钢渣微粉中包括12
‑
20wt％的微纳米级方解石晶体石以及8
‑
12wt％的无定形SiO2；和/或，碳化钢渣微粉比表面积为450～550m2/kg。4.如权利要求1所述的低碳胶凝材料，其特征在于，所述煅烧煤矸石的比表面积为600～700m2/kg。5.如权利要求1所述的低碳胶凝材料，其特征在于，硅酸盐水泥熟料的比表面积为350
‑
400m2/kg。6.如权利要求1所述的低碳胶凝材料，其特征在于，石膏的比表面积为350
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400m2/kg。7.如权利要求1所述的低碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩辉，赵琳，彭学平，
申请(专利权)人：天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：