本發(fā)明涉及水泥基材料開發(fā)的，具體涉及一種高活性改性火山巖粉摻合料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在水泥的生產(chǎn)中，需要摻入一部分原狀粉煤灰用作混合材，以調(diào)節(jié)水泥的標(biāo)號和降低制造成本。而在混凝土制備過程中，ii級及以上的風(fēng)選粉煤灰則常被用作摻合料，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本、減少水泥早期水化熱、提升耐久性的目的。我國火電企業(yè)逐漸減少煤燃料的使用，導(dǎo)致粉煤灰供應(yīng)日趨緊張。伴隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展，粉煤灰的作用也從單純的成本控制演變?yōu)樘嵘牧闲阅艿年P(guān)鍵組成部分，因此亟需尋找粉煤灰的替代材料。

2、我國地域廣袤，蘊(yùn)藏著豐富的火山巖資源，并堆存著大量火山巖尾礦。然而，由于這些礦石晶體礦物含量低，開發(fā)利用價值有限，目前僅在水處理領(lǐng)域中被少量用作過濾材料。然而，火山巖在成巖過程中經(jīng)歷了高溫熔融和急冷過程，巖體中含有一定量的非晶質(zhì)成分，其主要化學(xué)成分包括sio2、al2o3和cao，這些成分與粉煤灰的主要成分高度一致。因此，理論上通過科學(xué)的處置工藝，火山巖有望成為活性材料，替代粉煤灰用于水泥生產(chǎn)及混凝土制備。

3、然而，現(xiàn)有國內(nèi)外研究表明，火山巖粉經(jīng)常規(guī)粉磨后的活性指數(shù)通常僅在40%~50%之間，遠(yuǎn)低于工業(yè)應(yīng)用所需標(biāo)準(zhǔn)。采用傳統(tǒng)活化方式，其活性提升仍然有限，難以實(shí)現(xiàn)對粉煤灰的有效替代。因此，開發(fā)更加高效的改性和活化技術(shù)以提高火山巖粉的活性，對于推進(jìn)其在水泥和混凝土生產(chǎn)中的應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種高活性改性火山巖粉摻合料及其制備方法，通過改性，火山巖粉的活性指數(shù)能夠穩(wěn)定提高到70%以上，最高可以達(dá)到85%以上，優(yōu)于混凝土用ii級粉煤灰的活性指數(shù)。改性后的火山巖粉可以作為混合材以混拌的形式直接與粉磨后的熟料、石膏等粉體材料配制成火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，也可以全部替代目前的ii級粉煤灰作為摻合料應(yīng)用于混凝土的制備，效果達(dá)到并優(yōu)于原ii級粉煤灰的效果。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一方面，提供一種高活性改性火山巖粉摻合料，由以下質(zhì)量份的原料制成：火山巖粉120~180份、礦渣粉20~40份、生石灰粉3~7份、脫硫石膏5~18份、硫鋁酸鹽水泥熟料3~5份和助磨劑0.4~1.2份。

4、作為優(yōu)選，所述助磨劑由六偏磷酸鈉和乳酸鈉按照質(zhì)量比（1-3）：（1-3）混合而成。

5、作為優(yōu)選，所述火山巖粉由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的化學(xué)成分組成：

6、sio235%~50%、al2o312%~18%、fe2o38%~12%、cao?7%~13%、mgo?5%~7%、k2o?1%~3%、na2o?2%~4%、so30%~1%份，余量為不可避免的雜質(zhì)。

7、作為優(yōu)選，所述礦渣粉為s95級礦渣粉，比表面積為420~450m2/kg。

8、作為優(yōu)選，所述生石灰粉中cao的質(zhì)量含量≥90%，比表面積為300~330m2/kg。

9、作為優(yōu)選，所述脫硫石膏中so3質(zhì)量含量≥35%，比表面積為200~250m2/kg。

10、作為優(yōu)選，所述硫鋁酸鹽水泥熟料的堿度系數(shù)為0.9~1.0，鋁硫比為3.5~4.0。

11、本發(fā)明的第二方面，提供上述高活性改性火山巖粉摻合料的制備方法，包括以下步驟：

12、（1）將火山巖粉烘干后加入助磨劑進(jìn)行研磨得到超細(xì)火山巖粉；

13、（2）將硫鋁酸鹽水泥熟料和硫鋁酸鹽水泥熟料質(zhì)量7.5%-12.5%的脫硫石膏混合研磨得到硫鋁酸鹽水泥粉；

14、（3）將超細(xì)火山巖粉、礦渣粉、生石灰粉、剩余脫硫石膏和硫鋁酸鹽水泥粉均勻混合，得到高活性改性火山巖粉摻合料。

15、作為優(yōu)選，步驟（1）中，烘干的溫度為100～105℃，時間為30～45min；研磨轉(zhuǎn)速為45～55r/min，研磨時間為50～60min。

16、本發(fā)明的第三方面，提供上述高活性改性火山巖粉摻合料在制備水泥或混凝土中的應(yīng)用。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、1、本發(fā)明將火山巖粉、礦渣粉、生石灰粉、脫硫石膏、硫鋁酸鹽水泥熟料和助磨劑進(jìn)行復(fù)配，選用s95級礦渣粉，可以參與改性火山巖粉的二次水化，緩釋補(bǔ)充改性火山巖粉水化所需的活性硅鋁成分；生石灰粉起到激發(fā)礦渣粉和火山巖粉中玻璃體結(jié)構(gòu)解聚和提供活性硅鋁成分水化需要的鈣質(zhì)成分；脫硫石膏為工業(yè)副產(chǎn)品，可以提供改性火山巖粉水化過程中所需要的so42-離子，激發(fā)火山巖粉中活性al2o3的溶出和水化起到激發(fā)礦渣粉和火山巖粉中玻璃體結(jié)構(gòu)解聚和提供活性鋁相成分水化生成鈣礬石（aft）需要的硫質(zhì)成分；硫鋁酸鹽水泥熟料可以在膠凝材料的水化初期快速生成大量的細(xì)小aft晶粒，提供膠凝材料中火山巖粉水化生成aft所需要的晶核，提高膠凝材料硬化體中的膨脹組分，通過調(diào)控硫鋁酸鹽水泥熟料的含量，可以精準(zhǔn)調(diào)控膠凝材料水化后期的抗收縮率；另外，在研磨的過程中加入助磨劑，六偏磷酸鈉在火山巖的超細(xì)粉磨過程中起到助磨作用，消除超細(xì)顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，并在混凝土拌合物中起到防止沉降泌水，有效改善拌合物的和易性；乳酸鈉在改性火山巖粉的水化過程中，可以對改性劑礦渣粉及火山巖中的硅鋁網(wǎng)絡(luò)體的解聚與水化起到激發(fā)作用；通過改性劑和助磨劑之間的協(xié)同作用，顯著提高了火山巖粉的活性指數(shù)。

19、2、通過改性，火山巖粉的活性指數(shù)能夠穩(wěn)定提高到70%以上，最高可以達(dá)到85%以上，優(yōu)于混凝土用ii級粉煤灰的活性指數(shù)，改性后的火山巖粉可以作為混合材以混拌的形式直接與粉磨后的熟料、石膏等粉體材料配制成火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，也可以全部替代目前的ii級粉煤灰作為摻合料應(yīng)用于混凝土的制備，效果達(dá)到并優(yōu)于原ii級粉煤灰的效果。本發(fā)明解決了火電廠因取消燃煤而造成的水泥及混凝土用粉煤灰短缺的問題，同時也解決了火山巖資源豐富地區(qū)的活性混凝土摻合料短缺問題，減少了水泥混凝土制造過程中的碳排放，并改善了混凝土的性能。利用本發(fā)明制備高活性改性火山巖粉體材料制成的p.p32.5、p.p42.5等級水泥的能都能夠達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求，同比例替代ii級粉煤灰制備的c30、c50混凝土，其拌合性能、力學(xué)性能和耐久性能都能夠達(dá)到并優(yōu)于粉煤灰參照樣的指標(biāo)。并且，在不添加膨脹劑的情況下，依靠改性火山巖粉摻合料的特性就能夠顯著減小硬化試件的干縮率，有效提高混凝土材料水化后期的抗開裂性能。

技術(shù)特征：

1.一種高活性改性火山巖粉摻合料，其特征在于，由以下質(zhì)量份的原料制成：火山巖粉120~180份、礦渣粉20~40份、生石灰粉3~7份、脫硫石膏5~18份、硫鋁酸鹽水泥熟料3~5份和助磨劑0.4~1.2份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性改性火山巖粉摻合料，其特征在于，所述助磨劑由六偏磷酸鈉和乳酸鈉按照質(zhì)量比（1-3）：（1-3）混合而成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性改性火山巖粉摻合料，其特征在于，所述火山巖粉由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的化學(xué)成分組成：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性改性火山巖粉摻合料，其特征在于，所述礦渣粉為s95級礦渣粉，比表面積為420~450m2/kg。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性改性火山巖粉摻合料，其特征在于，所述生石灰粉中cao的質(zhì)量含量≥90%，比表面積為300~330m2/kg；所述脫硫石膏中so3質(zhì)量含量≥35%，比表面積為200~250m2/kg。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性改性火山巖粉摻合料，其特征在于，所述硫鋁酸鹽水泥熟料的堿度系數(shù)為0.9~1.0，鋁硫比為3.5~4.0。

7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的高活性改性火山巖粉摻合料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，烘干的溫度為100～105℃，時間為30～45min。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，研磨轉(zhuǎn)速為45～55r/min，研磨時間為50～60min。

10.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的高活性改性火山巖粉摻合料在制備水泥或混凝土中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高活性改性火山巖粉摻合料及其制備方法，所述高活性改性火山巖粉摻合料由以下質(zhì)量份的原料制成：火山巖粉120~180份、礦渣粉20~40份、生石灰粉3~7份、脫硫石膏5~18份、硫鋁酸鹽水泥熟料3~5份和助磨劑0.4~1.2份。本發(fā)明將火山巖粉、礦渣粉、生石灰粉、脫硫石膏、硫鋁酸鹽水泥熟料和助磨劑進(jìn)行復(fù)配，通過改性，火山巖粉的活性指數(shù)能夠穩(wěn)定提高到70%以上，最高可以達(dá)到85%以上，優(yōu)于混凝土用II級粉煤灰的活性指數(shù)，改性后的火山巖粉可以作為混合材以混拌的形式直接與粉磨后的熟料、石膏等粉體材料配制成火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，也可以全部替代目前的II級粉煤灰作為摻合料應(yīng)用于混凝土的制備，效果達(dá)到并優(yōu)于原II級粉煤灰的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：安樹好,杜傳偉,滕琳,鞏璇,薩默爾,陳家豪,郭永民,褚天樂,陳可欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6