專(zhuān)利名稱(chēng)：用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類(lèi)膠凝材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用邊緣性石灰石巖礦常溫(20～40℃)下制造硅酸鈣類(lèi)膠凝材料的方法，屬建筑材料的制備技術(shù)，特別涉及地基灌漿材料的制備技術(shù)。
現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)技術(shù)是利用一定氧化鈣(CaO)含量范圍內(nèi)的石灰石或其它鈣質(zhì)材料加入硅鋁質(zhì)礦物(如粘土等)在高溫1400～1450℃下反應(yīng)生成硅酸鈣為主的熟料，再配入一定量石膏粉磨而成硅酸鹽水泥?！岸ヒ粺笔瞧渲饕に囂攸c(diǎn)，為此消耗高能量，每公斤硅酸鹽水泥達(dá)5300～7100KJ(干焦耳)，相當(dāng)于每噸硅酸鹽水泥耗標(biāo)準(zhǔn)煤183～245公斤(包括用電耗煤)。高能耗、高污染及消耗大量高純石灰石和粘土資源給水泥生產(chǎn)帶來(lái)高純石灰石資源短缺、高成本、消耗巨大能源，對(duì)環(huán)境和生態(tài)造成極大的污染等嚴(yán)重問(wèn)題。另外，現(xiàn)有的地基壓注灌漿技術(shù)可分為三大類(lèi)一是有機(jī)物化灌技術(shù)，利用有機(jī)化學(xué)材料(環(huán)氧樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂等)壓灌入地層，雖具有凝固速度快，灌漿阻力小、強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)，但成本高、耐久性差、對(duì)人有毒，因此形成水源污染；二是水玻璃化灌技術(shù)，這類(lèi)材料可灌性亦較好，凝結(jié)時(shí)間可調(diào)，但耐久性亦較差；三是超細(xì)水泥灌漿技術(shù)，具有良好的固結(jié)強(qiáng)度和耐久性，但灌漿阻力大，成本亦較高，生產(chǎn)超細(xì)水泥消耗高能源和造成高污染。
本發(fā)明的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有水泥生產(chǎn)存在高能耗、高成本、消耗大量高純石灰石，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染以及現(xiàn)有地基灌漿技術(shù)材料成本高、耐久性差、污染水源等的缺點(diǎn)和問(wèn)題，研究發(fā)明一種能在常溫下利用一般工業(yè)廢棄不用的低鈣高鎂石灰石、生產(chǎn)過(guò)程不污染環(huán)境、能耗低、且可在施工現(xiàn)場(chǎng)用簡(jiǎn)單的機(jī)械直接生產(chǎn)材料使用，不需設(shè)廠生產(chǎn)以及生產(chǎn)的材料可代替水泥用于地基灌漿、補(bǔ)強(qiáng)及墻體材料的膠凝材料的用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類(lèi)膠凝材料的方法。
本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類(lèi)膠凝材料的工藝流程框圖如

圖1所示。其方法步驟為(1)選料及破碎石灰石可選用低鈣的泥質(zhì)灰?guī)r(氧化鈣CaO≤48％，二氧化硅SiO2≥8％)，或高鎂白云質(zhì)灰?guī)r(CaO≤35％，氧化鎂MgO＞10％)；然后可用通用用的礦石破碎機(jī)進(jìn)行破碎(上述的石灰?guī)r的CaO、SiO2、MgO的含量可通過(guò)通用的化學(xué)全分析方法確定)；(2)預(yù)粉磨成粗粉及儲(chǔ)存把破碎后的石灰石礦采用干法或濕法粉磨并均采用0.4～0.6％的硅酸鈉作為助磨劑，預(yù)粉磨成中值粒徑D50達(dá)15μm以下的粗粉，作配料儲(chǔ)存；(3)工業(yè)水玻璃改性及檢驗(yàn)、儲(chǔ)存采用模數(shù)M(SiO2/Na2O重量比)為2.0～3.5、玻美度Be＞38°的工業(yè)水玻璃，經(jīng)通用的氟硅酸鉀法和鹽酸滴定法準(zhǔn)確測(cè)定其SiO2濃度及Na2O濃度后，定量加入工業(yè)級(jí)燒堿(NaOH)固體；預(yù)先亦須準(zhǔn)確測(cè)定其N(xiāo)a2O含量，使配制后的改性水玻璃SiO2/Na2O摩爾比為1.80±0.05，混合后的液固相系統(tǒng)需在水冷卻條件下攪拌直至完全均勻?yàn)橹?，均勻的?biāo)準(zhǔn)是分上中下三層抽樣檢查SiO2/Na2O摩爾比偏差不超過(guò)±1％，或玻美度偏差不超過(guò)±0.8％；檢驗(yàn)合格后，作配料儲(chǔ)存在使用之前，一般都要攪拌機(jī)再次攪拌均勻；(4)高速攪拌均勻及漿體超細(xì)粉磨把上述方法步驟預(yù)先粉磨成的粗粉與改性后的工業(yè)水玻璃按下述基本配方配制后，直接在膠體磨中進(jìn)行超細(xì)漿體濕磨，超細(xì)粉磨后最終粉體的中值粒徑D50應(yīng)在2μm以下，并且要使這種粉體在儲(chǔ)漿桶內(nèi)一直攪拌以保持最佳分散狀態(tài)直至使用；(5)成品預(yù)制或地基現(xiàn)場(chǎng)灌漿利用膠體磨直接進(jìn)行超細(xì)漿體濕磨配制好的改性水玻璃——石灰石混合物后，便可制作預(yù)制件成品或在地基現(xiàn)場(chǎng)灌漿，漿液灌注(使用)前都必須高速攪拌混合物1～2分鐘，使細(xì)顆粒充分分散懸??；成品預(yù)制工藝是改性水玻璃——石灰石粉混合物漿料與骨料混合、攪拌后倒入成型模中成型，然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，便制成了成品；地基現(xiàn)場(chǎng)灌漿是把漿料高速攪拌后用灌漿泵直接灌進(jìn)地層中，并適當(dāng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；其使用基本配方為若要使?jié){液在1小時(shí)左右凝固(失去流動(dòng)性)及7～14天固砂強(qiáng)度達(dá)3～5MPa，石灰石水玻璃漿液的液/固重量比(L/S)應(yīng)控制在0.4～0.8范圍內(nèi)；若考慮到漿液粘度及流動(dòng)性要進(jìn)一步放寬，可以適當(dāng)稀釋改性后的水玻璃溶液，使玻美度從43°～45°的起始值降至38°～40°，經(jīng)配制及高速攪拌均勻后的石灰石水玻璃漿液的粘度約為200～1200厘泊范圍內(nèi)；如果需要延長(zhǎng)漿液的凝固時(shí)間，可以進(jìn)一步稀釋改性的水玻璃漿液，使其玻美度降至36°～38°，但要付出降低強(qiáng)度的代價(jià)；一般維持玻美度在36°～38°時(shí)，固砂強(qiáng)度仍可維持在2MPa以上；(6)材料養(yǎng)護(hù)將漿液經(jīng)向地層飽滿(mǎn)注漿以后，一般在7天之內(nèi)發(fā)揮80～90％的強(qiáng)度，此時(shí)溫度不應(yīng)過(guò)低，應(yīng)保持20℃以上；灌漿后的地層7天之內(nèi)不應(yīng)有壓力水的灌入；在作膠凝材料使用時(shí)，應(yīng)把其固化后的試體或制品放在20～40℃、RH≥95％條件下養(yǎng)護(hù)7天以上；應(yīng)當(dāng)在濕空氣中或完全密封保濕條件下養(yǎng)護(hù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本發(fā)明完全利用低鈣高雜質(zhì)含量的石灰石巖礦資源，可利用資源范圍很廣。并且用在常溫附近的化學(xué)方法生產(chǎn)有一定硅酸鈣含量的膠凝材料，可以代替水泥生產(chǎn)地基灌漿及補(bǔ)強(qiáng)材料、墻體材料等膠凝材料，目前本發(fā)明生產(chǎn)的材料固結(jié)強(qiáng)度雖仍比不上水泥，但在用于上述兩類(lèi)材料時(shí)是足夠的。弱地基固結(jié)后強(qiáng)度可達(dá)2～5MPa，墻體材料可達(dá)3～6MPa，完全滿(mǎn)足這兩種材料的要求。其最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，把硅酸鈣類(lèi)材料的生成溫度從1200～1450℃降到常溫附近。其次是利用邊緣性石灰石資源，不與水泥及冶金行業(yè)搶奪高純度石灰石礦；(2)采用本發(fā)明生產(chǎn)的材料進(jìn)行地基灌漿，最大優(yōu)點(diǎn)是大大降低成本，其成本約為超細(xì)水泥灌漿的1/3～1/4，化灌成本的1/5～1/8，水玻璃化灌材料的1/4～1/5。本發(fā)明亦可用于工民建的旋噴固化之中，每噸漿液的成本亦比水泥漿液成本低30％～40％ 左右；(3)本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是與水泥灌漿材料相比有較好的可灌性；與水玻璃類(lèi)灌漿材料相比有較高的固結(jié)強(qiáng)度及耐久性，與化灌材料相比無(wú)毒且耐久性大大增加；(4)與現(xiàn)有的膠凝材料(水泥)生產(chǎn)技術(shù)相比，最明顯的優(yōu)點(diǎn)是大大降低能耗。如果用作灌漿材料，每米3超細(xì)水泥漿液的材料(1087Kg水泥)生產(chǎn)能耗平均約為6739MJ(兆焦耳)。而每米3水玻璃——石灰石漿液中有約788Kg水玻璃，電爐法生產(chǎn)能耗約為630MJ，加上石灰石粉磨能耗180MJ，合計(jì)約為810MJ，只為超細(xì)水泥漿液能耗的12％左右，而且大大減少了對(duì)環(huán)境的污染；(5)與現(xiàn)有的灌漿技術(shù)相比，本發(fā)明能保證有很好的材料耐久性，可與水泥媲美，并有很好的可灌性，不污染地下水源，是一種低成本、低污染、高耐久性、使用方便的新型膠凝材料；(6)本發(fā)明利用膠體磨直接濕法粉磨配制好的改性水玻璃——石灰石粗粉混合物，可以大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，并且提高漿液的性能。這種生產(chǎn)方法可以實(shí)現(xiàn)直接在灌漿現(xiàn)場(chǎng)邊磨漿邊灌注，或在制品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)邊磨漿邊成型的生產(chǎn)方法，大大降低施工或生產(chǎn)成本；(7)本發(fā)明不需設(shè)廠生產(chǎn)材料、低能耗、低污染、綜合利用資源，符合21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展策略的綠色環(huán)保的目標(biāo)。
下面對(duì)說(shuō)明書(shū)附圖進(jìn)一步說(shuō)明如下圖1是用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類(lèi)膠凝材料的工藝流程圖。
本發(fā)明的實(shí)施方式，只要按上面說(shuō)明書(shū)所述的方法步驟逐步進(jìn)行操作便能較好地實(shí)施本發(fā)明。發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期的研究、試驗(yàn)，有很多的實(shí)際的實(shí)施例，下面僅舉兩例說(shuō)明如下在實(shí)施過(guò)程中，石灰石巖礦的破碎可用顎式破碎機(jī)；預(yù)先粉磨成粗粉的粉磨機(jī)可用球磨粉磨機(jī)；工業(yè)水玻璃的改性工藝的攪拌機(jī)可用漿葉式攪拌機(jī)；水玻璃石灰石漿液的高速攪拌分散機(jī)可用每分鐘轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)的攪拌機(jī)；石灰石水玻璃漿液超細(xì)濕磨機(jī)可用GSM-III型水泥濕磨機(jī)；儲(chǔ)漿攪拌機(jī)可選轉(zhuǎn)速300r/min的攪拌機(jī)；預(yù)制件成型攪拌機(jī)可選轉(zhuǎn)速60r/min的攪拌機(jī)；地基現(xiàn)場(chǎng)灌注灌漿泵可選壓力7Mpa的灌漿泵。
例1采用廣東翁源地區(qū)一種高鎂石灰?guī)r(CaO32.55％，MgO19.17％)，廣東產(chǎn)工業(yè)水玻璃，其模數(shù)M＝3.15，玻美度Be‘＝40°，化學(xué)純NaOH石灰石經(jīng)超細(xì)粉磨后，5～1μm顆粒占52.2％，＜1μm的顆粒占38.7％，最可幾粒徑約為1.25μm；當(dāng)液/固＝0.75時(shí)，不同濃度水玻璃——石灰石漿液凝固時(shí)間為水玻璃玻美度45.55°時(shí)，凝固時(shí)間為0.5小時(shí)；玻美度為38.50°時(shí)，凝固時(shí)間為0.75小時(shí)；水玻璃——石灰石漿液的固砂強(qiáng)度為液/固比為0.435時(shí)，齡期7天為6.88MPa，14天齡期為8.63MPa；液/固比為0.58時(shí)，齡期7天為13.2MPa，14天為18.6MPa，試體尺寸2×2×2cm。
例2采用廣東英德地區(qū)一種低鈣石灰?guī)r(CaO34.40％，SiO210.42％)，廣東產(chǎn)工業(yè)水玻璃，其模數(shù)M＝3.50，玻美度Be‘＝39°，化學(xué)純NaOH。
石灰石經(jīng)超細(xì)粉磨后，5μm的顆粒占75.7％，中值粒徑D50為2.0μm。水玻璃玻美度為46.4°，當(dāng)液/固比為0.58時(shí)，水玻璃——石灰石漿液凝固時(shí)間為0.6小時(shí)，粘度為1170厘泊，固砂強(qiáng)度，7天齡期為2.93MPa，14天齡期為4.78MPa。試體尺寸4×4×16cm。
例3采用廣東梅州地區(qū)一種高鎂石灰?guī)r(CaO34.74％，MgO13.77％)，廣東產(chǎn)工業(yè)水玻璃，其模數(shù)M＝2.84，玻美度Be‘＝38°，化學(xué)純NaOH。石灰石粗粉中值粒徑D50為13.5μm。水玻璃玻美度45°，當(dāng)液/固比為0.58時(shí)，水玻璃——石灰石漿液凝固時(shí)間為0.5小時(shí)，粘度為750厘泊，固砂強(qiáng)度7天齡期為6.42MPa，14天齡期為9.56MPa。試體尺寸Φ3×3cm。
權(quán)利要求
1.一種用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸類(lèi)膠凝材料的方法，其特征在于其方法步驟為(1)選料及破碎石灰石可選用低鈣的泥質(zhì)灰?guī)r，其氧化鈣CaO≤48％，二氧化硅SiO2≥8％，或高鎂白云質(zhì)灰?guī)r，其CaO≤35％，氧化鎂MgO＞10％；然后可用通用的礦石破碎機(jī)進(jìn)行破碎；(2)預(yù)粉磨成粗粉及儲(chǔ)存把破碎后的石灰石礦采用干法或濕法粉磨并均采用0.4～0.6％的硅酸鈉作為助磨劑，預(yù)粉磨成中值粒徑D50達(dá)15μm以下的粗粉，當(dāng)配料儲(chǔ)存；(3)工業(yè)水玻璃改性及檢驗(yàn)、儲(chǔ)存采用模數(shù)M，即SiO2/Na2O重量比為2.0～3.5、玻美度Be＞38°的工業(yè)水玻璃，經(jīng)通用的氟硅酸鉀法和鹽酸滴定法準(zhǔn)確測(cè)定其SiO2濃度及Na2O濃度后，定量加入工業(yè)級(jí)燒堿固體；預(yù)先亦須準(zhǔn)確測(cè)定其N(xiāo)a2O含量，使配制后的改性水玻璃SiO2/Na2O摩爾比為1.80±0.05，混合后的液固相系統(tǒng)需在水冷卻條件下攪拌直至完全均勻?yàn)橹?，均勻的?biāo)準(zhǔn)是分上中下三層抽樣檢查SiO2/Na2O摩爾比偏差不超過(guò)±1％，或玻美度偏差不超過(guò)±0.8％；檢驗(yàn)合格后，作配料儲(chǔ)存；在使用之前都要攪拌機(jī)再次攪拌均勻；(4)高速攪拌均勻及漿體超細(xì)粉磨把上述方法步驟預(yù)先粉磨成的粗粉與改性后的工業(yè)水玻璃按下述基本配方配制后，直接在膠體磨中進(jìn)行超細(xì)漿體濕磨，超細(xì)粉磨后最終粉體的中值粒徑D50應(yīng)在2μm以下，并且要使這種粉體在儲(chǔ)漿桶內(nèi)一直攪拌以保持最佳分散狀態(tài)直至使用；(5)成品預(yù)制或地基現(xiàn)場(chǎng)灌漿利用膠體磨直接進(jìn)行超細(xì)漿體濕磨配制好的改性水玻璃——石灰石粗粉混合物后，便可制作預(yù)制件成品或在地基現(xiàn)場(chǎng)灌漿，漿液灌注、使用前都必須高速攪拌混合物1～2分鐘，使細(xì)顆粒充分分散懸?。怀善奉A(yù)制工藝是改性水玻璃——石灰石粉混合物漿料與骨料混合、攪拌后倒入成型模中成型，然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，便制成了成品。地基現(xiàn)場(chǎng)灌漿是把漿料高速攪拌后用灌漿泵直接灌進(jìn)地層中，并適當(dāng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；其使用基本配方為若要使?jié){液在1小時(shí)左右凝固失去流動(dòng)性及7～14天固砂強(qiáng)度達(dá)3～5Mpa，石灰石水玻璃漿液的液/固重量比應(yīng)控制在(L/S)為0.4～0.8范圍內(nèi)；若考慮到漿液粘度及流動(dòng)性要進(jìn)一步放寬，可以適當(dāng)稀釋改性后的水玻璃溶液，使玻美度從43°～45°的起始值降至38°～40°，經(jīng)配制及高速攪拌均勻后的石灰石水玻璃漿液的粘度約為200～1200厘泊范圍內(nèi)；如果需要延長(zhǎng)漿液的凝固時(shí)間，可以進(jìn)一步稀釋改性的水玻璃漿液，使其玻美度降至36°～38°；一般維持玻美度在36°～38°時(shí)，固砂強(qiáng)度仍可維持在2MPa以上；(6)材料養(yǎng)護(hù)將漿液經(jīng)向地層飽滿(mǎn)注漿以后，一般在7天之內(nèi)發(fā)揮80～90％的強(qiáng)度，此時(shí)溫度不應(yīng)過(guò)低，應(yīng)保持20℃以上；灌漿后的地層7天之內(nèi)不應(yīng)有壓力水的灌入；在作膠凝材料使用時(shí)，應(yīng)把其固化后的試體或制品放在20°～40℃、RH≥95％條件下養(yǎng)護(hù)7天以上；應(yīng)當(dāng)在濕空氣中或完全密封保濕條件下養(yǎng)護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明是用邊緣性石灰石巖礦常溫下制造硅酸鈣類(lèi)膠凝材料的方法,其步驟為:(1)選低鈣泥質(zhì)灰?guī)r或高鎂白云質(zhì)灰?guī)r進(jìn)行破碎;(2)加助磨劑預(yù)磨成粗粉;(3)改性工業(yè)水玻璃;(4)把預(yù)磨成粗粉的石灰石與改性水玻璃配制后進(jìn)行漿體超細(xì)濕磨;(5)經(jīng)超細(xì)濕磨后的水玻璃—石灰石漿液便可制作預(yù)制件或可地基現(xiàn)場(chǎng)灌漿,然后再進(jìn)行材料養(yǎng)護(hù)。本發(fā)明所用邊緣性石灰石資源豐富、不需設(shè)廠生產(chǎn)、工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能、低成本、低污染、材料高耐久性。
文檔編號(hào)C04B28/26GK1245786SQ99117089
公開(kāi)日2000年3月1日 申請(qǐng)日期1999年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月10日
發(fā)明者文梓蕓, 殷素紅, 尹茂 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)