本發(fā)明涉及低碳膠凝材料領(lǐng)域，尤其是一種利用大量固廢材料并且不用高溫煅燒就可以生產(chǎn)的具有低碳意義的高強(qiáng)度低堿低收縮白色膠凝材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)?jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的日益重視，建筑材料行業(yè)正面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切需求。傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)能耗高、碳排放量大，已成為全球溫室氣體排放的重要來源之一，據(jù)測(cè)算，每生產(chǎn)1t水泥會(huì)消耗大約95kg標(biāo)準(zhǔn)煤，1.5t石灰石，排放0.43t?co2，在人為產(chǎn)生的co2中水泥生產(chǎn)占到5％～7％。因此，研發(fā)低碳、高性能的新型水泥材料成為當(dāng)前建筑材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

2、白色硅酸鹽水泥是指由氧化鐵含量少的白色硅酸鹽水泥熟料、適量石膏及混合材料(石灰石和窯灰)磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，簡(jiǎn)稱白水泥。其中，為保證白度，白色硅酸鹽水泥熟料要選用較純?cè)希缂儍舻母邘X土、純石英砂、純石灰或白堊，在較高溫度(1500℃～1600℃)燒成熟料，生產(chǎn)過程需要消耗大量能源，碳排放較一般水泥更多。白色硅酸鹽水泥在現(xiàn)代應(yīng)用廣泛，主要用于建筑物的裝飾，如地面、樓梯、臺(tái)階、外墻飾面，彩色水刷石和水磨石制造，飾面砂漿、斬假石、水泥拉毛工藝，大理石及瓷磚鑲貼，混凝土雕塑工藝制品等，以及用于制造彩色水泥等，但是，由于硅酸鹽水泥本身化學(xué)成分的限制，其反應(yīng)產(chǎn)物中含有大量氫氧化鈣，導(dǎo)致堿度高，用在裝飾領(lǐng)域容易出現(xiàn)泛堿問題，影響裝飾效果。除此之外，白水泥收縮大，用于大型白色構(gòu)件或者大型板材生產(chǎn)有收縮開裂的風(fēng)險(xiǎn)，造成安全隱患以及經(jīng)濟(jì)損失。

3、目前國內(nèi)對(duì)于新型白色膠凝材料的研究還不多，相關(guān)產(chǎn)品性能不夠優(yōu)異。cn108793782b公開了一種利用工業(yè)廢渣堿渣制成的白色水泥及其制備方法，該制備方式中包含800度烘干焙燒這一步驟，能源消耗依然大，碳排放量不小，并且產(chǎn)品性能沒有低堿、低收縮的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度上限不高，3天抗折強(qiáng)度4.6兆帕，3天抗壓強(qiáng)度26.7兆帕，28天抗折強(qiáng)度7.9兆帕，28天抗壓強(qiáng)度53.1兆帕，對(duì)比阿爾博525白水泥3天抗折強(qiáng)度6.8兆帕，3天抗壓強(qiáng)度42.0兆帕，28天抗折強(qiáng)度8.8兆帕，28天抗壓強(qiáng)度64.0兆帕而言，強(qiáng)度方面沒有任何優(yōu)勢(shì)。

4、cn103819105b公開了一種生態(tài)型高強(qiáng)改性白水泥及其制備方法，里面添加了不少的燒制石灰以及硅酸鈉，產(chǎn)品的堿度高，并且沒有提及收縮方面的性能，強(qiáng)度和市售525白水泥也存在明顯差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種低碳高性能白色膠凝材料及其制備方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種低碳高性能白色膠凝材料，其原料組分重量百分比為：s95礦粉50-80％、石膏12-20％、白色硅酸鹽水泥熟料3-6％、鋰渣1-5％、白色填料10-30％、復(fù)合活性激發(fā)劑0.2-0.8％；

3、進(jìn)一步優(yōu)選后，各組分重量百分比為：s95礦粉60-70％、石膏14-16％、白色硅酸鹽水泥熟料3-5％、鋰渣3-5％、白色填料10-15％、復(fù)合活性激發(fā)劑0.6-0.8％。

4、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的s95礦粉，性能需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)gb/t?18046-2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中s95礦粉的要求；另外，由于最終產(chǎn)品白度要求不低，所用s95礦粉本身的亨特白度應(yīng)大于等于85，由于含鐵量會(huì)影響材料顏色，其fe2o3應(yīng)小于等于0.6％；通過大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，s95礦粉里面的al2o3含量極大影響硫酸鹽激發(fā)與低堿激發(fā)效果，為保證強(qiáng)度高，al2o3含量應(yīng)大于等于12％

5、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的白色硅酸鹽水泥熟料應(yīng)滿足gb/t?2015-2017《白色硅酸鹽水泥》中的要求。

6、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的石膏為天然硬石膏與化學(xué)除雜后的白色磷石膏以1:3的混合石膏。磷石膏由于含有磷等雜質(zhì)，導(dǎo)致其在水中的溶解速率很慢，相比之下天然硬石膏的溶解速率更快，用部分天然硬石膏代替磷石膏可以顯著加快白色膠凝材料的早期反應(yīng)速率，提高早期強(qiáng)度。所用天然硬石膏應(yīng)符合gb/t5483-2008《天然石膏》中關(guān)于硬石膏的要求，品味應(yīng)選擇一級(jí)。所用磷石膏應(yīng)符合gb/t?23456-2018《磷石膏》中的要求，應(yīng)選擇一級(jí)指標(biāo)要求。

7、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的鋰渣為鋰輝石在1?000～1?200℃高溫煅燒后用硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰產(chǎn)生的工業(yè)殘?jiān)?，主要化學(xué)組分為sio2和al2o3，兩者總含量大于60％，表現(xiàn)出較高的火山灰活性。需滿足yb/t?4230-2010《用于水泥和混凝土中的鋰渣粉》中的相關(guān)要求。

8、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的白色填料為廢棄高溫白色陶瓷廢料，主要成分為sio2和al2o3，還有少量的cao，具有一定的火山灰活性以及高白度的特點(diǎn)，經(jīng)過超細(xì)粉磨后白度很高，活性進(jìn)一步提升，一方面作為填料可以有效增加產(chǎn)品的整體白度，另一方面可以促進(jìn)水化反應(yīng)進(jìn)行，提升強(qiáng)度。

9、本發(fā)明使用的復(fù)合活性激發(fā)劑是納米晶種早強(qiáng)劑與堿金屬乳酸鹽的混合物，具體說是納米水化硅酸鈣粉末與乳酸鈉粉末按質(zhì)量比1:2混合后的混合物。納米水化硅酸鈣粉末可以提供納米顆粒作為反應(yīng)活性中心，降低水化硅酸鈣凝膠生成的勢(shì)壘，促進(jìn)水化硅酸鈣凝膠快速生成，提升膠凝材料的早期強(qiáng)度。乳酸鈉溶于水中電離出的乳酸根陰離子是一種金屬陽離子螯合劑，能與礦渣玻璃體中的金屬陽離子形成水溶性絡(luò)合物，在后期對(duì)礦渣玻璃體的持續(xù)水解十分有利，能夠促進(jìn)鈣礬石和c-s-h的生成，使硬化漿體結(jié)構(gòu)更致密，進(jìn)一步提升膠凝材料的后期強(qiáng)度。

10、一種低碳高性能白色膠凝材料的制備方法，具體步驟為：

11、按比例稱取s95礦粉、石膏、白色硅酸鹽水泥熟料、鋰渣、白色填料、復(fù)合活性激發(fā)劑，將這幾種原料混合均勻，然后把所有原料放入全方位行星式球磨機(jī)研磨，設(shè)置轉(zhuǎn)速300r/min，球料比8:1，研磨時(shí)間60min，磨至比表面積800m2/kg得到低碳高性能白色膠凝材料。

12、本發(fā)明的技術(shù)原理是：

13、s95礦粉中的硅氧、鋁氧四面體是膠凝材料c-s-h的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，白色硅酸鹽水泥熟料提供體系堿度，石膏作為激發(fā)劑，在堿性環(huán)境下，硅鋁質(zhì)原料中的nsio2·mal2o3·qcao與氫氧化鈣和石膏反應(yīng)生成水化硅酸鈣和鈣礬石，在堿性條件下，鈣礬石是一個(gè)具有極低溶解度的復(fù)鹽，其溶度積常數(shù)為10-111.6，反應(yīng)生成后迅速以晶體的形式析出，使鋁硅酸鹽礦物與溶液中可溶鋁之間的溶解平衡被打破，加速鋁硅酸鹽礦物中鋁的溶解，并且加速鋁氧四面體從硅(鋁)氧四面體的聚合體中解離出來，然后重新聚合，生成水化硅(鋁)酸鈣凝膠。水化產(chǎn)物中針棒狀的鈣礬石晶體相互搭接，充填在水化硅酸鈣中，同時(shí)未水化的其它顆粒也會(huì)充填在水化產(chǎn)物的孔隙中，最終形成膠凝材料的水化硬化體。

14、鈣礬石復(fù)鹽形成具有納米直徑的針棒狀晶體從而對(duì)硬化體具有增強(qiáng)增韌效應(yīng)。利用水泥熟料、石膏微粉和礦渣微粉三者的協(xié)同激發(fā)效應(yīng)，在形成大量針棒狀復(fù)鹽晶體的同時(shí)，還形成大量近于非晶態(tài)的c-s-h凝膠和類沸石相，并緊緊將針棒狀復(fù)鹽晶體包裹起來，使整個(gè)體系的穩(wěn)定性大幅度提高。

15、少量鋰渣的加入可以縮短凝結(jié)時(shí)間，提升早期強(qiáng)度，這是因?yàn)殇囋衋l2o3的含量在20％以上，還含有大量無定形sio2，其活性成分含量比礦粉高。鋰渣易磨性比礦粉高，相同粉磨時(shí)間下鋰渣可以磨得更細(xì)，活性更高。鋰渣是一種具有較大內(nèi)表面積的多孔結(jié)構(gòu),吸附能力強(qiáng)，可以快速吸附各種離子，發(fā)生反應(yīng)。以上幾個(gè)因素使鋰渣反應(yīng)速率比礦渣快，先一步生成水化硅酸鈣和鈣礬石晶體，反過來又促進(jìn)礦渣的水解，從而使整體的凝結(jié)時(shí)間縮短，早期強(qiáng)度提高。

16、復(fù)合活性激發(fā)劑中納米水化硅酸鈣粉末可為水化產(chǎn)物的生長(zhǎng)提供更多的成核位點(diǎn)，促進(jìn)水化硅酸鈣凝膠的生成，生成的水化產(chǎn)物更多，相互搭接，填補(bǔ)了大孔徑并細(xì)化了小孔徑，使硬化漿體結(jié)構(gòu)更加均勻密實(shí)，從而明顯提升早期強(qiáng)度；水化后期，乳酸鈉水解產(chǎn)生的二齒配體的乳酸根陰離子，其具有螯合作用，能和礦渣玻璃體中的金屬離子形成水溶性絡(luò)合物，破壞玻璃體結(jié)構(gòu)，促進(jìn)尚未反應(yīng)的礦渣顆粒溶解，生成更多的鈣礬石和c-s-h凝膠，優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)后期強(qiáng)度。

17、上述過程本質(zhì)上是對(duì)礦粉的一種化學(xué)激發(fā)，本發(fā)明中同時(shí)還有物理激發(fā)方式，利用粉磨方式對(duì)各種原料混合后進(jìn)行超細(xì)粉磨，使原料顆粒超細(xì)化，是一種有效提高礦粉活性的物理激發(fā)方法，超細(xì)化不僅只是顆粒粒徑減小的過程，其晶體結(jié)構(gòu)及表面也會(huì)發(fā)生顯著變化。伴隨著磨細(xì)過程，礦粉的晶格鍵能減小、晶粒尺寸減小、晶體變形增大、結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，比表面積更大，暴露出更多的反應(yīng)面，其微觀填充作用和活性更高。加快礦粉中硅氧與鋁氧四面體在堿性環(huán)境中的解離與重新聚合，促進(jìn)早期水化產(chǎn)物的形成，改變水化產(chǎn)物的微觀形貌，對(duì)硬化體的力學(xué)性能和耐久性產(chǎn)生顯著影響。

18、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

19、1.本發(fā)明一種低碳高性能白色膠凝材料只需一道生產(chǎn)工藝，將所有原材料共同粉磨即可，在生產(chǎn)過程中不需要煅燒，熟料用量極少，是一種無需高溫煅燒、能耗低、碳排放少的低碳水泥，相比于傳統(tǒng)白水泥，各方面性能更為優(yōu)異，且成本更低，在防水涂料、水磨石、人造石、填縫劑、粘結(jié)劑、白色混凝土制品、裝飾品等方面應(yīng)用前景廣闊，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義；

20、2.原料來源廣泛，大量利用固廢，礦渣、磷石膏、鋰渣、廢棄高溫白瓷粉的總量在90％以上，不僅成本低，更具有固廢利用的綠色循環(huán)可持續(xù)發(fā)展意義；

21、3.通過科學(xué)的設(shè)計(jì)配比，優(yōu)選活性激發(fā)劑，在物理和化學(xué)雙重激發(fā)方式下，本發(fā)明白色膠凝材料具有高強(qiáng)度和高白度，除此之外，本產(chǎn)品還具有低堿、低收縮的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以更好的應(yīng)用于裝飾產(chǎn)品和大體積產(chǎn)品，避免泛堿和開裂。