一种绿色环保的高强型复合硅酸盐水泥材料及制备方法

本发明涉及水泥材料的一种高强复合水泥材料及制备方法，更具体地说，涉及一种绿色环保的高强型复合硅酸盐水泥材料及制备方法。

背景技术：

1、水泥作为目前建筑工程中最重要和消耗量最大的胶凝材料，在生产过程中不仅会消耗大量的能源和大量不可再生的天然矿物资源，同时也会产生大量二氧化碳排放，对环境保护和可持续发展造成非常负面的影响。

2、随着全球基础设施建设的高速发展，水泥的需求量快速增长，而传统原料资源有限，水泥需求的剧增与传统矿物资源的紧缺造成了供需矛盾。粉煤灰作为常用硅酸盐水泥掺合料，属于cao-sio2-al2o3-fe2o3体系，具有火山灰活性，可与水泥水化产生的ca(oh)2发生火山灰反应，生成c-s-h等胶凝物质。

3、粉煤灰硅酸盐水泥具有后期强度增进率大等优点，然而，粉煤灰的反应活性较差，反应速度较慢，大量掺入时会导致水泥的早期强度降低显著。这是因为相比水泥熟料，粉煤灰的反应活性较差，在没有外部激发的条件下，反应速度非常缓慢，导致粉煤灰硅酸盐水泥早期强度较低、凝结时间长等问题，从而影响混凝土工程的拆模周期与工程进度，制约了粉煤灰硅酸盐水泥的实际工程应用。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种绿色环保的高强型复合硅酸盐水泥材料及制备方法，由于飞灰对水泥早期强度发展有利而粉煤灰对水泥后期强度有利，同时飞灰可较好激发粉煤灰的火山灰效应，通过将水洗预处理的垃圾焚烧飞灰和粉煤灰复合作为掺合料添加到硅酸盐水泥中，利用两种掺合料的性能互补及协同作用，最大限度激活其中的活性成分，协同改善早期和后期力学性能，同时实现废弃物的资源化利用，减少水泥的用量，降低水泥的生产成本，具有重要的理论和现实意义。

2、本发明的技术方案是：

3、一、一种绿色环保的高强型复合硅酸盐水泥材料，按重量份数计，包括以下原料：

4、硅酸盐水泥500-600份；

5、粉煤灰200-240份；

6、飞灰125-150份。

7、所述硅酸盐水泥为pi硅酸盐水泥。

8、所述飞灰为水洗预处理的生活垃圾焚烧飞灰。

9、所述生活垃圾焚烧飞灰为炉排炉飞灰，其中sio2含量不低于25％，cao含量不低于30％，al2o3含量不低于10％。

10、所述粉煤灰是一、二、三级灰或统灰，其中sio2含量不低于35％，cao含量不低于3％，al2o3含量不低于20％。

11、所述飞灰与所述粉煤灰复合共同形成的掺合料中sio2含量不低于30％，cao含量不低于12％，al2o3含量不低于15％。

12、所述高强型复合硅酸盐水泥材料中，cl离子含量0.051％～0.057％，满足规范对cl；离子含量的要求(≤0.06％)。

13、其中具体地，所述粉煤灰的主要化学成分为：sio2为38.2％，al2o3为24.6％，fe2o3为4.18％，cao为3.24％。所述飞灰的主要化学成分为：sio2为27.9％，al2o3为13.3％，cao为32.5％，fe2o3为0.78％。

14、二、高强型复合硅酸盐水泥材料的制备方法，方法包括以下步骤：

15、(1)将飞灰与自来水混合后的混合溶液置于恒温振荡器中振荡处理；

16、(2)振荡结束后，对混合溶液进行固液分离，将固体过滤取出；

17、(3)重复以上步骤(1)～(2)进行2次，最后将过滤后的固体置于65℃烘干箱中烘干2d，烘干结束后获得结块飞灰，将结块飞灰通过物理研磨方法进行粉末制备处理即制得水洗预处理的飞灰，其中cl离子的质量百分比＜5％；

18、(4)取水洗预处理的飞灰、粉煤灰和硅酸盐水泥按照配比混合搅拌均匀，即得绿色环保的高强型复合硅酸盐水泥材料。

19、所述步骤(1)中，将飞灰与自来水按1：5的质量比混合后的混合溶液置于恒温振荡器中，以180r/min的振荡频率振荡5min。

20、生活垃圾焚烧飞灰(简称：飞灰)是垃圾焚烧发电的固体废料之一，通过对飞灰的化学组成分析及大量研究发现，飞灰与粉煤灰具有相似的成分，都具有潜在的火山灰活性。但是以飞灰作为掺合料会提高水泥的早期强度，但会降低后期强度。

21、但是本发明开发一种绿色环保的高强型复合硅酸盐水泥材料，利用生活垃圾焚烧飞灰、粉煤灰的化学成分与水泥接近、且具有胶凝活性、可作为混凝土的掺合料的特性，改善硅酸盐水泥的早期和后期力学性能，同时实现废弃物的资源化利用，减少水泥的用量，降低水泥的生产成本，具有重要的理论和现实意义。

22、本发明将特殊的飞灰材料与水泥的水化产物ca(oh)2发生反应生成c-s-h等胶凝物质，具有一定的胶凝作用；同时飞灰中适量的cl离子可促进水泥早期的水化，此外飞灰呈碱性且含有大量的ca元素，可较好地激发粉煤灰的活性。

23、本发明将水洗预处理的垃圾焚烧飞灰和粉煤灰复合作为掺合料，利用了飞灰对水泥早期强度发展有利而粉煤灰对水泥后期强度有利，通过两种掺合料的性能互补及协同作用，制备出绿色环保的高强型复合硅酸盐水泥。

24、本发明在采用pi 52.5级硅酸盐水泥的情况下，3d抗压强度可达41.5mpa～42.3mpa，28d抗压强度达51.6mpa～55.6mpa，90d抗压强度达62mpa～64.1mpa，具有较高的早期和后期强度，同时可以最大限度地实现废弃物的资源化利用，减少环境污染，节约自然资源，缓解资源短缺压力。

25、本发明中：

26、1.粉煤灰含有较高量的火山灰活性物质，可与水泥的水化产物ca(oh)2发生反应生成c-s-h等胶凝物质，从而具有一定的胶凝作用，可作为水泥掺合料。然而粉煤灰的活性受水泥水化进程的影响，早期强度较低，化学反应较慢，不适合于早强型水泥；

27、2.飞灰中含有较高量的cl元素，cl元素是市场上常用的早强剂，可促进水泥的水化反应，加快水泥的硬化速度。将飞灰掺入水泥中，可降低水泥的凝结时间并提高早期强度；

28、3.飞灰呈碱性，且含有大量的ca元素，可作为粉煤灰火山灰反应的激发剂，较好地激发粉煤灰的活性，提高水泥的早期和后期强度。

29、综上所述，将粉煤灰和焚烧飞灰按比例混合后作为掺合料可生产一种新型复合硅酸盐水泥，该水泥既具有较好的早期强度，又具有较好的后期强度。

30、本发明的有益效果是：

31、与现有技术相比，本发明通过在硅酸盐水泥中掺加粉煤灰、飞灰，使粉煤灰和飞灰中的活性组分得到充分激活与发挥，生成较多的水化产物，从而使材料具有较高的早期强度与后期强度。采用pi 52.5级硅酸盐水泥的情况下，其3天抗压强度可达41.5mpa～42.3mpa，28天抗压强度可达51.6mpa～55.6mpa，90d抗压强度达62mpa～64.1mpa，大大改善了硅酸盐水泥的早期和后期力学性能。

32、本发明通过将粉煤灰和飞灰掺加到硅酸盐水泥中，实现了粉煤灰、飞灰等废弃物的资源化利用；同时本发明提出的复合硅酸盐水泥材料中废弃物的利用率高达40.0％，不但显著降低了水泥的生产成本，也大幅减少了生产过程中废弃物的排放量，起到环境保护与可持续发展的目的。