專利名稱：處理火山灰質(zhì)材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理粉煤灰形式的火山灰質(zhì)材料(pozzolans)的方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰用于生產(chǎn)混凝土、砂漿和其它含水泥混合物。粉煤灰是燃煤發(fā)電廠的副產(chǎn) 物并且全世界每年以大量產(chǎn)生。本方法消除了因煤化學組成和煤燃燒工藝參數(shù)的變化帶來的粉煤灰品質(zhì)的變動。 依據(jù)本發(fā)明方法處理火山灰質(zhì)材料即粉煤灰顯著提高了混凝土的性能并且以更高水平取 代標準波特蘭水泥，這導致顯著的經(jīng)濟和環(huán)境益處。粉煤灰通常包含約85%的微珠(cenosphere)顆粒形式的玻璃質(zhì)無定形組分。依 據(jù)ASTM C 618，粉煤灰被分成兩種類別C類和F類。F類粉煤灰通常含有超過70重量％ 的氧化硅、氧化鋁和鐵氧化物，而C類通常含有50%至70%。F類粉煤灰是煙煤燃燒的副產(chǎn) 物。C類粉煤灰具有較高的鈣含量，其是亞煙煤燃燒的副產(chǎn)物。根據(jù)美國煤灰協(xié)會，2006年在美國產(chǎn)生約7300萬噸的粉煤灰形式的煤灰，且僅有 約45%被用于不同的工業(yè)應用而其它部分大多以廢物形式堆積在填埋場。在美國，目前混 凝土中取代波特蘭水泥的僅為約10%。深入研究證實，與不含粉煤灰的波特蘭水泥混凝土相比，波特蘭水泥被粉煤灰以 超過50%的程度取代的高粉煤灰含量混凝土表現(xiàn)出更高的長期強度發(fā)展，較低的水滲透性 和氣體滲透性，高的氯離子耐受性等等。同時高粉煤灰含量混凝土存在明顯的缺點。一個缺點是在0到28天時段期間非 常長的固化時間和非常慢的強度發(fā)展，尤其是水/膠結(jié)材料的比率高于0. 50時。這些負面 效果將用以取代波特蘭水泥的粉煤灰水平降低至平均為15-20%。嚴重的問題還涉及粉煤灰品質(zhì)的穩(wěn)定性。通常所用煤的化學組成的變化和鍋爐操 作參數(shù)的頻繁改變引起晶相和準晶相(所謂的熔渣)的形成，這導致粉煤灰反應性(所謂 的凝硬活性)的降低。為了改善高粉煤灰含量混凝土的性能，已經(jīng)進行了若干努力，例如Malhotra， Concrete International J. ,Ool. 21, No 5，1999 年 5 月，第 61—66 頁。根據(jù) Malhotra，通 過顯著地增加粘結(jié)劑的含量(即水泥和微填料)以及大量降低水量能改善此類混凝土的強 度發(fā)展，但此方法需要增加減水摻合料的劑量來保持混凝土混合物具有可接受的稠度，這 將急劇增加混凝土的成本。已經(jīng)開發(fā)了許多涉及研磨粉煤灰的方法，以便通過研磨(這增加尺寸為約11微 米的粉煤灰顆粒的數(shù)量)并同時引入氧化鈣來改善其凝硬活性。美國專利6，818，058， 6，038，987，5，714，002，5，714，003，5，383，521 和 5，121，795 中描述了此類方法。所有上述 已知方法要么不能使作為混凝土成分的粉煤灰性能顯著提高，要么不能避免粉煤灰性能的 波動和保證最終產(chǎn)品的恒定品質(zhì)。本發(fā)明解決了上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明因此涉及一種處理包含粉煤灰例如F級和/或C級粉煤灰的火山灰質(zhì)材 料的方法，所述火山灰質(zhì)材料用于制備砂漿和混凝土，其特征在于，通過在研磨設(shè)備中進 行研磨使所述火山灰質(zhì)材料經(jīng)受高能機械處理，研磨至最終產(chǎn)物的細度為30微米篩余量 (retention)少于5%，由此在火山灰質(zhì)材料顆粒受到機械沖擊的同時粗熔渣(scoria)顆 粒形式的非微珠被破碎，且由此微珠研磨顆粒的表面被活化。可使用等不同類型的研磨設(shè)備如介質(zhì)球磨設(shè)備來實現(xiàn)本發(fā)明，例如攪拌式磨機、 離心式磨機、翻滾球磨設(shè)備或無介質(zhì)碾磨設(shè)備；例如將具有主要為剪切機械沖擊的噴射、沖 擊、輥子應用于經(jīng)受處理的顆粒并與空氣分級相結(jié)合。依據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，火山灰質(zhì)材料經(jīng)受預分級以分離出45微米篩 余量為至少90%的部分，并且這些過大顆粒被研磨至細度為30微米篩余量少于5%以達到 依據(jù)火山灰質(zhì)材料指標ASTM C 618規(guī)定的28天后強度彡75%。依據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案，火山灰質(zhì)材料經(jīng)受預分級以分離出45微米 篩余量為至少95%的部分，并且這些過大顆粒被研磨至細度為30微米篩余量少于5%。依據(jù)本發(fā)明又一個優(yōu)選實施方案，火山灰質(zhì)材料經(jīng)受預分級以分離出45微米篩 余量為至少99%的部分，并且這些過大顆粒被研磨至細度為30微米篩余量少于5%。依據(jù)本發(fā)明的再一個優(yōu)選實施方案，在所述預分級之后，火山灰質(zhì)材料經(jīng)受搭配 粉磨(intergrinding)至細度為30微米篩余量少于5%。依據(jù)本發(fā)明的更加優(yōu)選的實施方案，火山灰質(zhì)材料經(jīng)受研磨，使得最終產(chǎn)物具有 下列顆粒尺寸分布彡5 微米 15-25%，彡10 微米 30-40%，彡 30 微米 90-95%。依照本發(fā)明處理過的火山灰質(zhì)材料可通過添加波特蘭水泥進一步處理。依據(jù)本發(fā) 明的一個優(yōu)選實施方案，在火山灰質(zhì)材料的所述處理期間或之后，以最高10重量％的量向 所述火山灰質(zhì)材料中加入波特蘭水泥。還優(yōu)選在火山灰質(zhì)材料的所述處理期間或之后，向所述火山灰質(zhì)材料中加入粉末 形式的減水劑、固化時間調(diào)節(jié)劑、和/或強度促進摻合料。本發(fā)明的主要優(yōu)點是所述的粉煤灰處理使得煤成分變化和鍋爐條件對粉煤灰性 能的影響最小化。另一個優(yōu)點是有可能增加在混凝土中對波特蘭水泥的取代量，這顯著地 減少與波特蘭水泥生產(chǎn)相聯(lián)系的溫室氣體排放和能量消耗。
具體實施例方式實施例依照本發(fā)明對具有由表1和表2所示的化學組成和顆粒尺寸分布(PSD)的根據(jù) ASTM C的F級粉煤灰進行測試。表1.化學組成
權(quán)利要求
一種處理包含粉煤灰例如F級和/或C級粉煤灰的火山灰質(zhì)材料的方法，所述火山灰質(zhì)材料用于制備砂漿和混凝土，其特征在于，通過在研磨設(shè)備中進行研磨使該火山灰質(zhì)材料經(jīng)受高能機械處理，研磨至最終產(chǎn)物的細度為30微米篩余量少于5％，由此在火山灰質(zhì)材料顆粒受到機械沖擊的同時粗熔渣顆粒形式的非微珠被破碎，且由此微珠研磨顆粒的表面被活化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使火山灰質(zhì)材料經(jīng)受預分級以分離出45微 米篩余量為至少90%的部分，并且過大的顆粒被研磨至細度為30微米篩余量少于5%，從 而達到依據(jù)火山灰質(zhì)材料指標ASTM C 618規(guī)定的28天后強度彡75%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使火山灰質(zhì)材料經(jīng)受預分級以分離出45微 米篩余量為至少95%的部分，并且過大的顆粒被研磨至細度為30微米篩余量少于5%。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使火山灰質(zhì)材料經(jīng)受預分級以分離出45微 米篩余量為至少99%的部分，并且過大的顆粒被研磨至細度為30微米篩余量少于5%。
5.如權(quán)利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，在所述預分級之后，該火山灰質(zhì)材料 經(jīng)受搭配粉磨至細度為30微米篩余量少于5%。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，火山灰質(zhì)材料經(jīng)受研磨使得最終產(chǎn)物具有 下列顆粒尺寸分布≤5 微米 15-25%,≤ 10 微米 30-40%，≤ 30 微米 90-95%。
7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，在火山灰質(zhì)材料的所述處理期間 或之后，以最高10重量％的量向所述火山灰質(zhì)材料中加入波特蘭水泥。
8.如權(quán)利要求1-7任一項所述的方法，其特征在于，在火山灰質(zhì)材料的所述處理期間 或之后，向所述火山灰質(zhì)材料中加入粉末形式的減水劑、固化時間調(diào)節(jié)劑、和/或強度促進 摻合料。
全文摘要
用于制備砂漿和混凝土的包含粉煤灰例如F級和/或C級粉煤灰的火山灰質(zhì)材料的處理方法，其特征在于，通過在研磨設(shè)備中進行研磨使該火山灰質(zhì)材料經(jīng)受高能機械處理，研磨至最終產(chǎn)物的細度為30微米篩余量少于5％，由此在火山灰質(zhì)材料顆粒受到機械沖擊的同時粗熔渣顆粒形式的非微珠被破碎，且由此微珠研磨顆粒的表面被活化。
文檔編號C04B40/00GK101965318SQ200880115737
公開日2011年2月2日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者C·W·派克, I·龍尼, V·龍尼 申請人:普洛希多企業(yè)公司