專利名稱：粉煤灰膠凝材料及其干混砂漿的制作方法
粉煤灰膠凝材料及其干混砂漿本發明涉及無機膠凝材料，具體來說是一種利用粉煤灰制備的膠凝材料和干混砂漿。粉煤灰是燃煤電廠中磨細煤粉在鍋爐中燃燒后從煙道排出被收塵器收集的粉狀 灰粒，其化學組成中主要是氧化物Si02、Al203和Fe2O3，三者總和一般均超過70%。對于普通 低鈣粉煤灰(又稱F級灰)，CaO含量不超過10%，一般少于5%。粉煤灰的礦物組成主要 是石英、莫來石、磁鐵礦、赤鐵礦、碳粒及鋁硅酸鹽玻璃體。通常粉煤灰中玻璃體含量較多， 但晶體物質的含量有時也比較高，粉煤灰中還含有少量未燃燒的碳粒。從化學成分上講，粉 煤灰具有潛在的火山灰活性的資源，因而可以循環利用，產生效益。但是，粉煤灰所含玻璃 體中的硅氧四面體聚合度很高，結構致密，化學性質穩定，其火山灰活性發揮的速度非常緩 慢。因此，必須加以激發才能充分發揮粉煤灰的潛在活性。通常，活性激發程度的大小決定 了粉煤灰的利用率的大小?，F有的粉煤灰活性激發方式有機械粉磨法、高溫激活、堿激發、 硫酸鹽激發，或者復合激發方法。但從目前的應用狀況來看，上述各種激發利用方式遍存在 激發速度慢、激發程度低的問題，粉煤灰的利用率一直難以大幅度提高。利用酸激發可以很快地激發出粉煤灰的化學活性。美國專利US4328037提出了 用粉煤灰與濃磷酸反應、再破碎、粉磨成細粉，制得水硬性水泥的方法。在最終破碎和粉 磨之前，與磷酸反應過的粉煤灰要加熱烘去多余的水。該水泥可以與砂和石子混合制備混 凝土。我國也有研究人員使用磷酸激發粉煤灰的活性來制備水泥(中國發明專利公開號 CN1554611A)，但是粉煤灰要事先經過磷酸溶液浸泡一段時間才能使用。因此，上述兩種方 法制備過程繁瑣、復雜；另外液體磷酸使用起來很不方便，而且磷酸具有較強的腐蝕性，生 產施工時不夠安全。粉煤灰也可以與磷酸鎂水泥一起使用，既降低了成本，又調節了水泥的顏色，使之 與普通水泥的顏色一致。美國專利US4749413和加拿大專利CA1252228公開了用氧化鎂、 磷酸鋁制備的建筑材料，可以摻用小部分粉煤灰，但是常溫條件下強度很低，發展緩慢。美 國專利US44756762公開了一種用氧化鎂、磷酸銨制備水泥的方法，粉煤灰在其中的用量也 很小。而且，該水泥在使用過程中會緩慢放出氨氣，不利于環境和人身安全。為了解決上述 問題，美國專利US5645518和世界專利組織的專利W002/24598A2都公開了用磷酸鉀和氧化 鎂、制備膠凝材料，該材料可以將無毒的工業廢棄物(例如低鈣粉煤灰)轉化為建筑材料， 也可以固化毒廢的工業棄物，但是此種水泥因存在潛在的放射性。所以，上述兩種水泥的應 用受到的極大的限制。本發明的一個目的是提高粉煤灰活性激發的程度，大幅度提高粉煤灰的資源化利用率。
本發明的另一個目的是提供一種使用方便的粉煤灰膠凝材料。本發明的另一個目的是提供一種使用方便的粉煤灰膠凝材料干混砂漿。本發明的另一個目的是克服現有技術磷酸鎂水泥中氨氣釋放的問題，消除現有技 術磷酸鎂水泥的放射性。發明采用了如下的技術方案實現發明的目的。粉煤灰膠凝材料，由鈉的磷酸鹽、 鎂砂、粉煤灰、緩凝劑劑組成；其質量組成為鈉的磷酸鹽7. 5-45%、鎂砂7. 5-45%、粉煤灰 10-85%，緩凝劑的摻量為總質量的0.5%-9.0%。其中，鈉的磷酸鹽是指磷酸二氫鈉、或磷 酸二氫鈉與磷酸氫二鈉的組合物。將上述材料在混料機中混合均勻即成為本發明的粉煤灰 膠凝材料。磷酸二氫鈉可單獨在本發明中使用；當采用磷酸二氫鈉和磷酸氫二鈉的組合物 時，其質量組成是，磷酸二氫鈉占40% _90%，磷酸氫二鈉占10% -60%;優選使用的配比范 圍是磷酸二氫鈉占60% -90%，磷酸氫二鈉占10% -40%。可以采用粉狀和顆粒狀的磷酸二氫鈉與磷酸二氫鈉，采用顆粒狀材料時，其顆粒 粒徑< 2. 0毫米，磷酸鹽中的有效物質含量皆> 98% ；鎂砂是指在1300°C以上煅燒的重 燒鎂砂、電熔鎂砂、海水鎂砂中的一種或者其組合物，鎂砂中的氧化鎂含量為80% -95%, 細度為45微米方孔篩篩余5% -40% ；粉煤灰為低鈣灰，其細度為45微米方孔篩篩余 5% -40% ；緩凝劑是硼的化合物，具體是硼酸鈉、硼酸、或其組合物，硼酸鈉是指含結晶水的 五硼酸鈉和四硼酸鈉中一種，或者其組合物，三者均為粉體，其中有效物質的含量> 98%。本發明的粉煤灰膠凝材料，其質量組成配比是鈉的 磷酸鹽10-40%、鎂砂 10-40%、粉煤灰20-80%，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5% -9. 0%。本發明的粉煤灰膠凝材料，其質量組成配比是鈉的磷酸鹽10-35%、鎂砂 10-35%、粉煤灰30-80%，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5% -8. 0%。本發明的粉煤灰膠凝材料，其質量組成配比是鈉的磷酸鹽10-30%、鎂砂 10-35%、粉煤灰35-80%，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5% -7. 0%。本發明的粉煤灰膠凝材料，其質量組成配比是鈉的磷酸鹽10-25%、鎂砂 10-25%、粉煤灰50-80%，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5% -6. 0%。本發明的粉煤灰膠凝材料，其質量組成配比是鈉的磷酸鹽10-20%、鎂砂 10-20%、粉煤灰60-80%，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5% -5. 0%。本發明的粉煤灰膠凝材料，其質量組成配比是鈉的磷酸鹽10-15%、鎂砂 10-15 %、粉煤灰70-80 %，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5 % -4. 0 %。本發明的粉煤灰膠凝材料干混砂漿，其組成是由粉煤灰膠凝材料和細骨料組成， 其中粉煤灰膠凝材料與細骨料質量之比為1 0.8-1. 5。所使用的細骨料是符合《水泥膠砂 強度檢驗方法(ISO法，GB/T17671-1999)))中規定的標準砂，或者符合國家標準《建筑用砂 (GB/T14684-2001)))的砂。將兩者在混料機中混合均勻即成為本發明的粉煤灰膠凝材料。為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的 內容不僅僅局限于下面的實施例。本發明的粉煤灰膠凝材料，由鈉的磷酸鹽、鎂砂、粉煤灰、緩凝劑組成；鈉的磷酸鹽是指磷酸二氫鈉、或磷酸二氫鈉與磷酸氫二鈉的混和物。其中，鎂砂是指在1300°C以上煅燒的重燒鎂砂、電熔鎂砂、海水鎂砂中的一種或者其組合物；緩凝劑是硼的化合物，是硼酸鈉、 硼酸、或其組合物，硼酸鈉是五硼酸鈉、四硼酸鈉中一種，或者其組合物，其中有效物質的含 量> 98 %。。鎂砂中氧化鎂含量為80 % -95 %，細度為45微米方孔篩篩余5 % -40 % ；粉煤灰 為低鈣灰，其細度為45微米方孔篩篩余5% -40% ；鈉的磷酸鹽采用磷酸二氫鈉、或者磷酸 二氫鈉與磷酸氫二鈉的組合物，其中磷酸二氫鈉占40% -90%，磷酸氫二鈉占10% -60% ； 若采用顆粒狀磷酸鹽原料，其顆粒粒徑< 1. 5毫米，有效物質含量皆> 98%。
本發明的粉煤灰膠凝材料干混砂漿，其組成是由前述的粉煤灰膠凝材料和細骨料 組成，其中粉煤灰膠凝材料與細骨料質量之比為1 0.8-1.5。所使用的細骨料是符合《水 泥膠砂強度檢驗方法(ISO法，GB/T17671-1999)》中規定的標準砂，或者符合國家標準《建 筑用砂(GB/T14684-2001)》的砂。實施例1 所采用的鎂砂是購自山東魯東耐火材料有限公司的重燒鎂砂，煅燒溫 度為150(TC，其中氧化鎂含量為91%，細度為45微米方孔篩篩余15% ；磷酸二氫鈉與磷 酸氫二鈉購自武漢華創化工有限公司，兩者中所含有效物質含量均為98%，均為顆粒狀，粒 度< 2. Omm ；粉煤灰為深圳媽灣電廠低鈣粉煤灰，屬于二級灰，細度為45微米方孔篩篩余 12% ；采用市購化學試劑硼砂(十水四硼酸鈉)作為緩凝劑。配制本發明的粉煤灰膠凝材料5Kg。按質量比例稱取上述各種材料，鎂砂34%，鈉 的磷酸鹽26 % (其中磷酸二氫鈉80 %，磷酸氫二鈉20 % )，粉煤灰40 %，硼砂占總膠凝材料 的2% ；然后在混料機中混合10分鐘使物料均勻。實施例2 配制本發明的粉煤灰膠凝材料5Kg。按質量比例稱取各種材料，鎂砂 28%，鈉的磷酸鹽22% (其中磷酸二氫鈉80%，磷酸氫二鈉20% )，粉煤灰50%，硼砂占總 膠凝材料的2% ；然后在混料機中混合10分鐘使物料均勻。實施例3 配制本發明的粉煤灰膠凝材料5Kg。按質量比例稱取各種材料，鎂砂 23%，鈉的磷酸鹽17% (其中磷酸二氫鈉80%，磷酸氫二鈉20% )，粉煤灰60%，硼砂占總 膠凝材料的2% ；然后在混料機中混合10分鐘使物料均勻。實施例4 配制本發明的粉煤灰膠凝材料干混砂漿10Kg。根據實施例1、2、3的粉 煤灰膠凝材料，按照質量比1 1的比例分別稱取粉煤灰膠凝材料和標準砂，在混料機中混 合10分鐘使物料均勻。測定砂漿的力學性能，參照《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法，GB/ T17671-1999)》，使用自來水為拌和水(水膠比為18% )，成型尺寸為40X40X 160mm的膠 砂試體。試體在室溫空氣中放置1、2、3天測定其抗壓強度，實驗結果見附

圖1.從結果可 以看出，粉煤灰在早期3天里強度發展較快，而且粉煤灰用量為50%的試體強度還略高于 40%粉用量的試體。實施例5 配制本發明的粉煤灰膠凝材料5Kg。按質量比例稱取各種材料，磷酸二 氫鈉15%、鎂砂15%、粉煤灰70%，共稱量5Kg，硼砂占總膠凝材料的2%，然后在混料機中 混合10分鐘使物料均勻。實施列6 配制本發明的粉煤灰膠凝材料5Kg。按質量比例稱取各種材料，磷酸二 氫鈉12. 5%、鎂砂12. 5%、粉煤灰75%，共稱量5Kg，硼砂占總膠凝材料的1. 5%，然后在混 料機中混合10分鐘使物料均勻。實施例7 配制本發明的粉煤灰膠凝材料5Kg。按質量比例稱取各種材料，磷酸二氫鈉10%、鎂砂10%、粉煤灰80%，共稱量5Kg，硼砂占總膠凝材料的1. 25%，然后在混料機 中混合10分鐘使物料均勻。實施例8 配制本發明的粉煤灰膠凝材料干混砂漿10Kg。根據實施例1、2、3的粉 煤灰膠凝材料，按照質量比1 1的比例分別稱取粉煤灰膠凝材料和標準砂，在混料機中混 合10分鐘使物料均勻。測定砂漿的力學性能，參照《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法，GB/ T17671-1999)》，使用自來水為拌和水(水膠比為26. 5% )，成型尺寸為40X40X 160mm的 膠砂試體。試體在室溫空氣中放置3、7、28天測定其抗壓強度，實驗結果見附圖2.從結果 可以看出，粉煤灰用量即使高達80%，膠凝材料的強度也有較好的發展趨勢。附圖1 實施例1、2、2的砂漿試體強度發展。附圖2 實施例5、6、7的砂漿試體強度發展。[發明的優點]本發明的優點之一提高了粉煤灰活性激發的程度，從而大大提高了粉煤灰的利用 率，克服了傳統激活技術的不足。本發明的另一個優點是提供使用方便的粉煤灰膠凝材料、或者干混砂漿。產品用途廣、使用方便、靈活，作為快速修復材料；可以用于生命線工程的快速搶修、搶建，機場跑 道、交通繁忙路段的快速修復；也可以根據需要改變模具方便地生產各種建筑材料制品，如 承重材料、輕質高強材料、高溫隔熱或者吸聲、隔聲材料等；該材料能夠在負溫環境下正常 施工，可以固化有毒的固體或液體工業廢棄物，也可以與土壤混合以穩定土壤，本發明的其它優點還包括，克服了現有技術磷酸鎂水泥釋放氨氣和存在放射性的 缺點。本發明能夠直接、大量利用較低質量等級的粉煤灰，也包括濕排灰。
權利要求
粉煤灰膠凝材料，由磷酸鹽、鎂砂、粉煤灰、緩凝劑劑組成；本發明的特征是，其質量組成為鈉的磷酸鹽為7.5-45％、鎂砂為7.5-45％、粉煤灰為10-85％，緩凝劑的摻量為總質量的1.0％-9.0％，其中，鈉的磷酸鹽是指磷酸二氫鈉、或磷酸二氫鈉與磷酸氫二鈉的組和物。
2.如權項1的粉煤灰膠凝材料，其特征是當鈉的磷酸鹽采用磷酸二氫鈉和磷酸氫二鈉 的組合物時，其質量組成是，磷酸二氫鈉占40% _90%，磷酸氫二鈉占10% -60%;優選使用 的配比范圍是磷酸二氫鈉占60% -90%，磷酸氫二鈉占10% -40%。
3.如權項1的粉煤灰膠凝材料，其特征是緩凝劑是硼酸鈉、硼酸中一種或其組合物；硼 酸鈉是含有結晶水的五硼酸鈉或四硼酸鈉中一種，或者其組合物。
4.如權項1粉煤灰膠凝材料，其特征是材料質量組成為，鈉的磷酸鹽10-40%、鎂砂 10-40%、粉煤灰20-80%，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5% -9. 0%。
5.如權項1粉煤灰膠凝材料，其特征是材料質量組成為，鈉的磷酸鹽10-35%、鎂砂 10-35%、粉煤灰30-80%，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5% -8. 0%。
6.如權項1粉煤灰膠凝材料，其特征是材料質量組成為，鈉的磷酸鹽10-30%、鎂砂 10-35%、粉煤灰35-80%，緩凝劑的摻量為其總質量的0. 5% -7. 0%。
7.如權項1的粉煤灰膠凝材料，其特征是材質量組成為，鈉的磷酸鹽10-25%、鎂砂 10-25%、粉煤灰50-80%，緩凝劑的摻量為總質量的0. 5% -6. 0%。
8.如權項1的粉煤灰膠凝材料，其特征是材料質量組成為，鈉的磷酸鹽10-20%、鎂砂 10-20%、粉煤灰60-80%，緩凝劑的摻量為總質量的0. 5% -5. 0%。
9.如權項1的粉煤灰膠凝材料，其特征是材料質量組成為，鈉的磷酸鹽15-20%、鎂砂 15-20%、粉煤灰60-70%，緩凝劑的摻量為總質量的0. 5% -4. 0%。
10.粉煤灰膠凝材料干混砂漿，其特征是，由權利要求1的粉煤灰膠凝材料和細骨料組 成，其中粉煤灰膠凝材料與細骨料質量之比為1 0.8-1.5。
全文摘要
利用粉煤灰制備的膠凝材料及其干混砂漿。粉煤灰膠凝材料組合物由鈉的磷酸鹽、鎂砂、粉煤灰、緩凝劑劑組成，其質量組成為鈉的磷酸鹽7.5-45％、鎂砂7.5-45％、粉煤灰10-85％，緩凝劑的摻量為總質量的1.0％-9.0％。粉煤灰膠凝材料干混砂漿，由粉煤灰膠凝材料和細骨料組成，其中粉煤灰膠凝材料與細骨料質量之比為1∶0.8-1.5。本發明的優點是粉煤灰用量大，提高了粉煤灰活性激發的程度，大幅度提高了粉煤灰的利用率。產品用途廣、使用方便、靈活，可作為工程的快速修復材料、搶修搶建材料；也可以根據需要改變模具方便地生產各種建筑材料制品，如承重材料、輕質高強材料、高溫隔熱或者吸聲、隔聲材料等。
文檔編號C04B7/26GK101811837SQ20091010551
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月23日 優先權日2009年2月23日
發明者丁鑄, 董必欽, 邢鋒 申請人:深圳大學