石灰+碳酸钠为激发剂的单组份碱激发胶凝材料.docx

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1、申请类型发明实用新型外观发明名称石灰+碳酸钠为激发剂的单组份碱激发胶凝材料 的配制及使用方法申 请 人名称或姓名组织机构代码或 身份证号码地址邮编第一发明人姓名第一发明人身份证号码其它发明人姓名联系人联系人电话联系人Email联系人地址权利要求书1、采用以“石灰+碳酸钠”为激发剂的单组份碱激发胶凝材料，其特征在于：所述的碱激发胶 凝材料由作为激发剂的“石灰+碳酸钠”和火山灰活性材料组成。2、根据权利要求1所述的单组份碱激发胶凝材料，其特征在于：石灰与碳酸钠摩尔比为1:1； 所述石灰为生石灰或熟石灰，两者可等摩尔量替代。火山灰活性材料包括粒化高炉矿渣、粉煤 灰、偏高岭土、微晶硅灰、火山灰等，火山

2、灰活性材料可单独使用或者混合使用。通过调整激 发剂掺量来可获得不同力学性能的单组份碱激发胶凝材料。3、根据权利要求1所述的单组份碱激发胶凝材料，其特征在于：作为激发剂的石灰（生石灰或 熟石灰）、碳酸钠以及火山灰活性材料都直接以粉状形式进行混合和搅拌，可制成单组份碱激 发胶凝材料（即直接加水即可使用）。4、一种如权利要求13所述的单组份碱激发胶凝材料，其配方为：以“石灰+碳酸钠”为激发 剂的单组份碱激发胶凝材料具体组份及其质量百分数为：碱激发剂碱当量（NazO wt.%） 3% 5%,熟石灰替代生石灰的摩尔量替代率为0%100%,即碳酸钠掺量为5.13%8.55%,生石灰 与熟石灰总重量为2.8

3、%6.48%,火山灰活性材料为91.9%85.82%。5、一种如权利要求14所述的单组份碱激发胶凝材料，其使用方法：1）称量：称量单组 份碱激发胶凝材料、河砂等材料待用，称量误差为不超过设计重量值1%； 2）干拌：将各材料 加入搅拌设备中，充分搅拌至均匀；3）加水搅拌：将称量完待用的水加入盛有已搅拌均匀的粉 料的搅拌设备中，随后搅拌至均匀；4）浇筑及养护：将拌合物倒入模具内，用塑料薄膜覆盖密 封，1天后拆模，随后进行养护，至合适龄期后方可使用。说明书摘要本发明公开了一种采用以“石灰+碳酸钠”为激发剂的单组份碱激发胶凝材料的配制及使用 方法，其由激发剂和火山灰活性材料两部分组成。配制方法：固定石

4、灰（生石灰或熟石灰，两 者可进行等摩尔量替代，替代比例为0%100%）和碳酸钠的摩尔比为1:1,以“石灰+碳酸钠” 作为激发剂，火山灰活性材料作为被激发对象，通过调整激发剂掺量来获得不同力学性能的胶 凝材料。使用方法：称量、干拌、加水搅拌、入模与养护。该胶凝材料具有（1）优异的力学性 能：同配合比下，其抗压强度为PQ 42.5水泥的1.21.3倍；（2）单组份：直接加水即可使用； （3）拌合初期碱性低：同等碱掺量（NazO wt.%）下，与氢氧化钠或水玻璃为激发剂的相比， 其早期PH值较低；（4）凝结时间适中且可调：通过调整碱掺量或生/熟石灰比例，可调节初/ 终凝结时间为6020Omin/10

5、030Omin。综上，该胶凝材料具有良好的工程应用前景。说明书技术领域本发明属于无机胶凝建筑材料技术领域，更具体涉及一种以“石灰+碳酸钠”为激发剂的单 组份碱激发胶凝材料的配制及使用方法。背景技术目前，全球经济迅速发展，建筑行业的发展尤为迅猛，混凝土使用量巨大，其中更涉及到 硅酸盐水泥的大量使用。硅酸盐水泥的生产原材料主要为高品质的石灰石及黏土矿物，需对自 然矿物资源大量开采，且硅酸盐水泥生产需“两磨一烧”工艺，期间涉及大量煤炭资源以及电力 资源消耗和二氧化碳等有害气体排放，硅酸盐水泥的生产极大地污染环境和损耗资源，且该问 题日渐显著。碱激发胶凝材料的使用极大地降低对环境的不利影响，其由各种具

6、火山灰活性的工业废料 以及高碱性的激发剂制成，具备低能耗、工业废料再利用、低排放、力学及耐久性能优异等显 著特点。然而，目前碱激发胶凝材料常用的激发剂为水玻璃、氢氧化钠或两者混合使用，面临着激 发剂价格昂贵、需单独配制碱溶液（不便使用）、拌合初期高碱性溶液会对人体造成伤害、凝 结时间过快等种种问题，致使其长久以来难以在工程中推广，采用“石灰+碳酸钠”作为激发剂 可有效缓解甚至解决上述问题。专利“高强耐水石膏砖及其制备方法“（CNI884183）公开了一种高强耐水石膏破及其制备 方法。它是用下述重量百分比配比的原料：二水石膏4090份，水硬性胶凝材料1060份， 激发剂110份。经配料、磨细、过

7、筛、混合、掺水、搅拌、振动压制或挤压成型，蒸汽养护 制成。该发明使用冶炼或化工生产过程中产生的大量工业废渣为原料，减轻了企业堆放废渣的 成本，减少了废渣对环境的污染，解决了废渣中石膏耐水性差的问题。虽然该专利指出激发剂 是“石灰、硫酸钠、碳酸钠或明研”，通过该专利的实施例可知，其激发剂只是石灰、硫酸钠、 碳酸钠或明矶中的一种，而本发明专利则是采用了 “石灰+碳酸钠”复合激发剂，并明确其摩尔 比为1:1,这些均不能从该专利中得到启示，所以有明显的创新性。目前尚未有采用“石灰+碳酸钠”作为碱激发剂来获得碱激发胶凝材料并进行使用的专利，本 专利的激发剂特色在于石灰和碳酸钠的摩尔比为1:1,满足了碱性

8、可控、单组份、低成本的需求, 故本发明的出现将推动碱激发胶凝材料的推广应用。发明内容本发明旨在提供一种采用“石灰+碳酸钠”为激发剂的单组份碱激发胶凝材料的配制及使用 方法，它具有的方便使用、低碱性、适宜且可调的凝结时间（通过调整激发剂掺量或生石灰/熟 石灰比）、力学性能优良、低成本以及绿色环保等显著优点。为实现上述目的，本发明采用如下配制和使用方法：本发明的单组份碱激发胶凝材料由作为激发剂的“石灰+碳酸钠”和火山灰活性材料组成。 石灰与碳酸钠摩尔比为1:1；所述石灰为生石灰或熟石灰，两者可等摩尔量替代。火山灰活性材 料包括粒化高炉矿渣、粉煤灰、偏高岭土、微晶硅灰、火山灰等，火山灰活性材料可单独

9、使用 或者混合使用。通过调整激发剂掺量来可获得不同力学性能的单组份碱激发胶凝材料。作为激 发剂的石灰（生石灰或熟石灰）、碳酸钠以及火山灰活性材料都直接以粉状形式进行混合和搅 拌，可制成单组份碱激发胶凝材料（即直接加水即可使用）。单组份碱激发胶凝材料的配方为：以“石灰+碳酸钠”为激发剂的单组份碱激发胶凝材料具 体组份及其质量百分数为：碱激发剂碱当量（Na2wL%） 3%5%,熟石灰替代生石灰的摩尔 量替代率为0%100%,即碳酸钠掺量为5.13%8.55%,生石灰与熟石灰总重量为2.8% 6.48%,火山灰活性材料为91.9%85.82%单组份碱激发胶凝材料的使用方法：1）称量：称量单组份碱激发

10、胶凝材料、河砂等材料待 用，称量误差为不超过设计重量值1%； 2）干拌：将各材料加入搅拌设备中，充分搅拌至均匀； 3）加水搅拌：将称量完待用的水加入盛有已搅拌均匀的粉料的搅拌设备中，随后搅拌至均匀； 4）浇筑及养护：将拌合物倒入模具内，用塑料薄膜覆盖密封，1天后拆模，随后进行养护，至 合适龄期后方可使用。本发明配方中各组份的选择依据和作用：本发明激发剂为石灰（生石灰或熟石灰）与碳酸 钠。火山灰活性材料包括粒化高炉矿渣、粉煤灰、偏高岭土、微晶硅灰、火山灰等，火山灰活 性材料可单独使用或者多种按一定比例混合使用。将激发剂与火山灰活性材料充分搅拌均匀并 力口水搅拌后，发生如下反应 CaO + Na2

11、CO3 + H2O = 2 NaOH + Caeo3。）或 Ca（OH）2 + Na2CO3 = 2 NaOH + CaCO3（）o激发剂中的石灰（生石灰或熟石灰）和碳酸钠发生反应生成高碱性的NaOH, 这提供了高碱性环境，可完成对火山灰活性材料的激发，形成C-（A）-S-H凝胶，使材料具有强 度。因为使用石灰和碳酸钠为激发剂的目的就是通过两者的反应生成氢氧化钠和方解石（即 CaCO3）,方解石作为一种水化产物不仅自身力学性能好，且填充孔隙以及晶核作用加大凝胶 的生成量。石灰和碳酸钠反应的化学方程式中两者的摩尔比为1： 1,因此在本发明中固定石灰 和碳酸钠的摩尔比为1： 1。采用“熟石灰+碳酸

12、钠”时，熟石灰直接与碳酸钠反应生成氢氧化钠和碳酸钙，生成氢氧化 钠的速度快，孔隙液PH值增长快，反应周期短，凝结速度快。采用生石灰+碳酸钠为激发剂时， 生石灰先与水反应生成熟石灰，熟石灰再与碳酸钠反应生成氢氧化钠和碳酸钙，生成氢氧化钠 的速度慢，孔隙液PH值增长慢，反应周期长，凝结速度慢；其拌合初期碱性不高，对使用者人 身伤害较小。当使用熟石灰替代部分生石灰时，与使用生石灰+碳酸钠以及熟石灰+碳酸钠的 效果相比，其生成氢氧化钠的速度、孔隙液PH值增长、反应周期和凝结速度均适中。本发明单 组份碱激发胶凝材料逐步产生的碳酸钙晶体不仅自身拥有优异力学性能，且其晶粒生长可提高 材料密实性，提高碱激发材

13、料的晶胶比，对该胶凝材料的力学系性能和耐久性有利。本发明的显著优点在于：（1）成本低：相对采用氢氧化钠、水玻璃或混合使用作为激发剂的碱激发胶凝材料，本发 明中的“石灰+碳酸钠”激发剂成本较低；（2）单组份，方便使用：可先将石灰、碳酸钠、火山灰活性材料进行混合，待使用时直接 加水搅拌即可;（3）拌合阶段碱性低：拌合阶段，其浆体碱性较弱（PH较低），不会对使用者人身产生 较大伤害，安全可靠；（4）凝结时间适宜并可控：通过调整本发明单组份碱激发胶凝材料的碱掺量或生/熟石灰 比例，可调节初/终凝结时间在60200min100300min,凝结时间适宜，适合工程使用。（3）性能优异：在同等碱掺量情况下，

14、采用本发明的单组份碱激发胶凝材料的抗压强度比 使用氢氧化钠为激发剂制备的碱激发胶凝材料的高10%20%;同配合比下，本发明的单组份 碱激发胶凝材料抗压强度为PQ 42.5水泥的1.21.3倍；且折压比高，韧性和抗裂性能好；（4）绿色环保：在火山灰活性材料中充分利用各种工业固体废弃物，资源再利用，保护环 境。具体实施方式1、以“石灰+碳酸钠”为激发剂的单组份碱激发胶凝材料具体组份及其质量百分数为：碱 激发剂碱当量（NazO wt.%） 3%5%,熟石灰替代生石灰的摩尔量替代率为0%100%,即碳 酸钠掺量为5.13%8.55%,生石灰与熟石灰总重量为2.8%6.48%,火山灰活性材料为91.9%

15、- 85.82%o2、单组份碱激发胶凝材料的使用方法：1）称量：称量单组份碱激发胶凝材料、河砂等材料 待用，称量误差为不超过设计重量值1%； 2）干拌：将各材料加入搅拌设备中，充分搅拌至均 匀；3）加水搅拌：将称量完待用的水加入盛有已搅拌均匀的粉料的搅拌设备中，随后搅拌至均 匀；4）浇筑及养护：将拌合物倒入模具内，用塑料薄膜覆盖密封，1天后拆模，随后进行养护, 至合适龄期后方可使用。最佳实施例以“石灰+碳酸钠”为激发剂的单组份碱激发胶凝材料具体组份及其质量百分数为：碱激发 剂碱当量（Na2O wt.%） 3.87%,熟石灰替代生石灰的摩尔量替代率为50%,即碳酸钠掺量为 6.62%,生石灰掺量

16、为1.75%,熟石灰掺量为2.31%,矿渣掺量（火山灰活性材料的一种）为89.32%。使用方法的具体步骤：1）称量：按单组份碱激发胶凝材料：河砂=1:2 （质量比）称量材料 待用，称量误差为不超过设计重量值1%； 2）干拌：将单组份碱激发胶凝材料和河砂加入搅拌 设备中，充分搅拌至均匀；3）加水搅拌：将称量完待用的水（为单组份碱激发胶凝材料质量的 45%）加入盛有已搅拌均匀的粉料的搅拌设备中，随后搅拌至均匀；4）浇筑及养护：将拌合物 倒入模具内，用塑料薄膜覆盖密封，1天后拆模，随后进行养护，至合适龄期。该以“石灰+碳酸钠”为激发剂的单组份碱激发胶凝材料制备的砂浆初终凝时间初/终凝时间 为71/126 min, 28天抗压强度37.2 MPa,