一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法

1.本发明属于无机凝胶材料技术领域，具体涉及一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前，在建筑领域最常使用的水泥是硅酸盐水泥。但硅酸盐水泥在生产过程中煅烧温度高，释放大量的二氧化碳（约占人为产生的二氧化碳的5%～7%），加剧了全球的温室效应，且在制备过程中需要湿养护消耗大量的水资源。随着对环境的关注日益增加，发展绿色环保水泥已成发展趋势。
3.氯氧镁水泥（moc）是一种低碳水泥，与传统的硅酸盐水泥相比具有低碱性、固化时间短、机械强度高、耐磨性好且无需湿固化等优势。然而，氯氧镁水泥的耐水性低，以及在使用过程中有返卤泛霜等问题严重限制了它的发展。氯氧镁水泥的强度主要来源于氯氧镁水泥中的五相晶体（5mg (oh)2·
mgcl2·
8h2o），但五相在与水接触时容易转化成三相晶体（3mg(oh)2·
mgcl2·
8h2o）和氢氧化镁，从而降低氯氧镁水泥的强度。在之前的研究中，通常采用磷酸、磷酸盐、硫酸盐等添加剂改性氯氧镁水泥的耐水性，然而加入这些改性剂会降低氯氧镁水泥的抗压强度。
4.因此，研究开发具有耐水性的氯氧镁胶凝材料技术，克服其本质性的缺点才能充分发挥氯氧镁水泥的工程应用性能。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种耐水型氯氧镁胶凝材料及其制备方法，可应用于氯氧镁水泥建筑材料的生产与应用，该材料具有良好的耐水性能和力学性能。
6.一种耐水型氯氧镁胶凝材料，包括以下重量份的组分：130～200份的轻烧氧化镁、70～90份的六水合氯化镁和20～40份的耐水改性剂。
7.上述耐水改性剂按重量计，由50%～70%的除尘灰、20%～35%的脱硫灰、5%～20%的赤泥和0.5%～2%的助熔剂混合均匀后在450℃～600℃煅烧1h～3h，降温后经破碎、粉磨制成。
8.上述除尘灰为钢铁工业炼铁过程中由除尘系统收集得到的粉尘，按重量计其主要化学组成为：cao 20%～30%、sio
2 5%～15%、fe2o
3 8%～20%、al2o
3 2%～10%、cl 10～20%、k2o 5～12%、na2o 3～12%、烧失量3%～10%。
9.上述脱硫灰为循环流化床锅炉脱硫产生的尾灰，按重量计其主要化学组成为：cao 35%～45%、so
2 10%～20%、so
3 3%～8%、sio
2 8%～15%、fe2o
3 0.5%～3%、al2o
3 2%～10%、mgo 0.5%～2%、烧失量4%～10%。
10.上述赤泥按重量计主要化学组成为：cao 41%～47%、sio
2 18%～25%、fe2o
3 5%～10%、al2o
3 4%～8%、mgo 1%～3%、na2o 1.5%～3.5%、tio
2 1%～3.5%、烧失量3%～10%。
11.上述助熔剂，为碳酸锂、硫酸锂、碳酸铜、硫酸铜或硫酸铁中的任意一种或任意多
种组合。
12.上述耐水改性剂的制备方法，按重量计，将50%～70%的除尘灰、20%～35%的脱硫灰、5%～20%的赤泥和0.5%～2%的助熔剂干物料混合均匀，加水搅拌均匀制成块料或球料；然后，在110℃～150℃干燥1h～2h，再升温至450℃～600℃煅烧1h～3h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂。
13.上述耐水改性剂的比表面积为450
㎡
/kg～600
㎡
/kg。
14.上述耐水型氯氧镁胶凝材料的制备方法，按重量计，将130～200份的轻烧氧化镁、70～90份的六水合氯化镁和20～40份的耐水改性剂混合均匀制得。
15.本发明的积极有益效果：本发明以除尘灰、脱硫灰、赤泥和助熔剂制成耐水改性剂，与氯氧镁胶凝材料协调作用生成低溶度积的复合水化产物，能够大幅度提高氯氧镁胶凝材料的耐水性能，并且会维持其较高的抗压强度，解决了其在潮湿环境中的应用问题。本发明利用工业废渣制备耐水改性剂，制备工艺简单、耐水改性效果好、生产成本低，对拓展氯氧镁胶凝材料的应用范围具有积极的推动作用。
具体实施方式
16.以下结合实施例对本发明作详细说明。本发明的实施例和对比例制成净浆试块养护28天，按照《水泥胶砂强度检验方法gb/t1761—1999》进行强度测试，按照《石膏砌块jc/t698—2010》计算软化系数。所用除尘灰的主要化学组成：cao 26.76%、sio
2 9.77%、fe2o
3 16.54%、al2o
3 4.52%、cl 13.40%、k2o 7.47%、na2o 8.64%、烧失量7.92%。所用脱硫灰的主要化学组成：cao 42.54%、so
2 11.86%、so
3 4.74%、sio
2 13.27%、fe2o
3 1.73%、al2o
3 8.84%、mgo 1.03%、烧失量8.53%。所用赤泥的主要化学组成：cao 45.63%、sio
2 23.57%、fe2o
3 6.35%、al2o
3 5.81%、mgo 2.32%、na2o 2.16%、tio
2 1.65%、烧失量5.46%。
17.实施例一（1）将65%的除尘灰、20%的脱硫灰、13%的赤泥和2%的碳酸锂干物料混合均匀，加干物料重量10%的水搅拌均匀用成型机制成球料；然后，球料在110℃干燥2h，再升温至600℃煅烧1h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为462
㎡
/kg。
18.（2）往130份的轻烧氧化镁、80份的六水合氯化镁和20份的耐水改性剂制成的混合料中加入92份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
19.实施例二（1）将50%的除尘灰、29%的脱硫灰、20%的赤泥和1%的碳酸锂干物料混合均匀，加干物料重量10%的水搅拌均匀用成型机制成球料；然后，球料在120℃干燥1.5h，再升温至550℃煅烧2h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为587
㎡
/kg。
20.（2）往150份的轻烧氧化镁、70份的六水合氯化镁和20份的耐水改性剂制成的混合料中加入96份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
21.实施例三（1）将70%的除尘灰、23.5%的脱硫灰、5%的赤泥和1.5%的硫酸铜干物料混合均匀，加干物料重量10%的水搅拌均匀用成型机制成球料；然后，球料在150℃干燥1h，再升温至450℃煅烧3h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为531
㎡
/kg。
22.（2）往170份的轻烧氧化镁、90份的六水合氯化镁和30份的耐水改性剂制成的混合
料中加入116份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
23.实施例四（1）将60%的除尘灰、35%的脱硫灰、4.5%的赤泥和0.5%的硫酸铜干物料混合均匀，加干物料重量10%的水搅拌均匀用成型机制成球料；然后，球料在140℃干燥1.5h，再升温至500℃煅烧2.5h，降温后经破碎、粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为506
㎡
/kg。
24.（2）往200份的轻烧氧化镁、85份的六水合氯化镁和40份的耐水改性剂制成的混合料中加入130份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
25.空白例往200份的轻烧氧化镁和85份的六水合氯化镁混合料中加入130份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
26.对比例一（物料配比与实施例三相同，其耐水改性剂未经高温煅烧）（1）将70%的除尘灰、23.5%的脱硫灰、5%的赤泥和1.5%的助熔剂干物料混合均匀，粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为526
㎡
/kg。
27.（2）往170份的轻烧氧化镁、90份的六水合氯化镁和30份的耐水改性剂制成的混合料中加入116份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
28.对比例二（物料配比与实施例四相同，其耐水改性剂未经高温煅烧）（1）将60%的除尘灰、35%的脱硫灰、4.5%的赤泥和0.5%的助熔剂干物料混合均匀，粉磨制成粉状的耐水改性剂，比表面积为518
㎡
/kg。
29.（2）往200份的轻烧氧化镁、85份的六水合氯化镁和40份的耐水改性剂制成的混合料中加入130份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
30.对比例三（市售磷酸盐类耐水剂，与实施例三对比）往170份的轻烧氧化镁、90份的六水合氯化镁和30份的市售磷酸盐类耐水剂制成的混合料中加入116份水搅拌均匀，注入三联试模中，试块脱模后标养28天，然后进行测试。
31.表1 实施例与对比例的对比试验结果
实施例一～四：加入了本发明制备的耐水改性剂，其抗压软化系数由空白例的0.37提高至0.83～0.88，提高了1.2～1.3倍，耐水性得到了大幅度提高；其绝干抗压强度与空白例接近，有的甚至有所提高。
32.空白例：不加耐水改性剂，其抗压软化系数仅为0.37。
33.对比例一、二：其中的耐水改性剂物料没有经过高温煅烧，其抗压软化系数仅有小幅度的提高，与实施例一～四相差甚远，其抗压绝干强度仅为空白例抗压绝干强度的70%。
34.对比例三：采用了市售磷酸盐类耐水剂，其抗压软化系数仅为0.64，达不到实施例一～四的水平，其抗压绝干强度仅为空白例抗压绝干强度的74%。