专利摘要

本发明公开了一种速凝配料的制备方法，包括：(1)将研磨过筛后的珍珠岩粉末与氢氧化钠混匀，热活化，得到活化珍珠岩粉末；(2)称取硅藻土、铝灰和高钙污泥混匀，得到钙硅铝补释粉末；(3)将活化珍珠岩粉末与钙硅铝补释粉末混匀，研磨，得到速凝配料。本发明无毒环保的速凝配料可以有效缩短固化时间，同时提高胶砂强度及抗冻性，且速凝配料无毒环保；原料来源广泛，廉价易得，为铝灰和高钙污泥工业产废料的资源化利用提供了新方向；操作过程简单，设备要求低。

权利要求

1.一种速凝配料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将研磨过筛后的珍珠岩粉末与氢氧化钠混匀，热活化，得到活化珍珠岩粉末；

（2）称取硅藻土、铝灰和高钙污泥混匀，得到钙硅铝补释粉末；

（3）将活化珍珠岩粉末与钙硅铝补释粉末混匀，研磨，得到速凝配料；

其中，所述步骤（1）中氢氧化钠与珍珠岩粉末的质量百分比为2.5%~7.8%，热活化温度为250~450℃，热活化时间为2~6h；所述步骤（2）中硅藻土、铝灰和高钙污泥的质量比为1:2~4.3:5~10.3；所述步骤（3）中钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比为5%~16%。

2.根据权利要求1所述的速凝配料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中氢氧化钠与珍珠岩粉末的质量百分比为2.5%~7.5%。

3.根据权利要求1所述的速凝配料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中硅藻土、铝灰和高钙污泥的质量比为1:2~4:5~10。

4.根据权利要求1所述的速凝配料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比为5%~15%。

5.根据权利要求1所述的速凝配料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中研磨后的珍珠岩过100~300目筛。

6.根据权利要求1所述的速凝配料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）的研磨时间为2~4h。

说明书

技术领域

本发明涉及无机胶凝材料的制备方法，尤其涉及一种速凝配料的制备方法。

背景技术

速凝配料通常应用于喷射混凝土工艺中，面向隧道支护及大型基建项目。湿喷混凝土技术的推广使得对优质速凝配料的需求变大，品质要求变高。目前，市场上速凝配料产品质量良莠不齐，同时存在稳定性差、掺量大和成本高等诸多问题，严重地限制了速凝配料的推广与应用。

目前速凝配料分为碱性速凝配料和无碱速凝配料两大类。传统碱性速凝配料使用较为广泛，但其在使用过程中主要存在以下问题：配料掺胶砂后期强度出现损失；配料掺胶砂耐久性随着时间逐渐变差；配料自身具有一定毒性，在生产或施工过程中污染生态环境并危害人体健康。无碱速凝配料目前处在研发、推广阶段，其存在的问题包括：施工过程中用量大；配料中存在剧毒性和刺激性的氟化物；稳定性差，配料自身强度较低。除此之外，无论是碱性速凝配料还是无碱速凝配料在制造过程中均易产生二次污染。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种高效稳定、无毒环保的速凝配料的制备方法，速凝配料掺胶砂具有较高的抗压强度，还可提高水泥混凝土的抗冻性。

技术方案：本发明所述的速凝配料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将研磨过筛后的珍珠岩粉末与氢氧化钠混匀，热活化，得到活化珍珠岩粉末；

(2)称取硅藻土、铝灰和高钙污泥混匀，得到钙硅铝补释粉末；

(3)将活化珍珠岩粉末与钙硅铝补释粉末混匀，研磨，得到速凝配料。

其中，所述步骤(1)中氢氧化钠与珍珠岩粉末的质量百分比为2.5％～7.8％，优选为2.5％～7.5％。

所述步骤(1)的热活化温度为250～450℃，热活化时间为2～6h。

所述步骤(2)中硅藻土、铝灰和高钙污泥的质量比为1:2～4.3:5～10.3，优选为1:2～4:5～10。

所述步骤(3)中钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比为5％～16％，优选为5％～15％。

所述步骤(1)中研磨后的珍珠岩过100～300目筛。

所述步骤(3)的研磨时间为2～4h。

将珍珠岩粉末与氢氧化钠混合，高温活化下将珍珠岩粉末中晶体态非活性硅铝酸盐转化成不定型态活性硅铝酸盐。添加不同比例的硅藻土、铝灰、高钙污泥与活性珍珠岩粉末混合研磨，可以通过机械活化作用平衡添加剂中活性钙、硅、铝分配比例。将高效速凝配料掺入到水泥中，在胶砂固化过程初期，由于水泥中水化反应的进行，生成大量层状水化物。配料珍珠岩粉末中不定型态活性硅铝酸盐与高钙污泥中释放的含钙物质反应，快速生成大量硅酸钙和地质聚合矿物，形成二维矿物固化层。二维矿物固化层填充在水化物层间空隙。在固化中期，随着硅酸钙和地质聚合矿物的不断积累，二维矿物固化层逐渐向三维晶体结构转变。一些金属阳离子从硅藻土和高钙污泥中释放出来，渗透到水化物及三维晶体结构间，平衡三维晶体结构的负电位。在固化后期，硅藻土的活性硅盐与铝灰中释放出含铝物质的反应开始占据主导地位，持续性生成硅铝胶体。硅铝胶体通过化学胶合作用，加速层状水化物与二维矿物固化层融合并同步促进层状结构向三维晶体结构转变。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点是：(1)速凝配料可以有效缩短水泥凝结时间，初凝时间为42分钟，终凝时间为201分钟，同时提高胶砂强度及抗冻性，强度活性指数最高为1.41，冻融循环100次后，本发明高效速凝配料掺水泥混凝土试件重量损失率为32.21％，而传统水泥混凝土试件重量损失率高达46.76％；(2)本发明速凝配料无毒环保；(3)原料来源广泛，廉价易得，为铝灰和高钙污泥工业产废料的资源化利用提供了新方向；(4)操作过程简单，设备要求低。

附图说明

图1是本发明的流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比对高效速凝配料掺水泥胶砂强度的影响

速凝配料的制备：如图1所示，将珍珠岩粉碎、研磨，过100目筛，得到珍珠岩粉末。按氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比为2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、3.5％、4.5％、5.5％、6.5％、7.5％、7.6％、7.7％、7.8％，分别称取氢氧化钠与珍珠岩粉末，混合均匀，在250℃条件下，热活化6h，得到活化珍珠岩粉末。按硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比为1:2:5，分别称取硅藻土、铝灰、高钙污泥，混合均匀，得到钙硅铝补释粉末。按钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比为5％，分别称取钙硅铝补释粉末和活化珍珠岩粉末，混合，研磨2h，得到高效速凝配料。

为了测试本发明的速凝配料对胶砂抗压强度的影响，分别制备了高效速凝配料掺水泥胶砂和水泥胶砂。按高效速凝配料与水泥按质量百分比为20％，分别称取高效速凝配料与水泥，混合均匀，得到高效速凝配料掺水泥。水泥胶砂及高效速凝配料掺水泥胶砂的制备、养护以及试件龄期的选择、试件抗压强度的测量均依据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》GB/T 17671-1999标准执行。其中，水泥采用《混凝土外加剂》GB8076-2008附录A中规定的基准水泥；所掺沙采用《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》GB/T17671-1999规定的ISO标准沙；水采用自来水。

强度活性指数等于高效速凝配料掺水泥制备的相应龄期的受检胶砂的抗压强度(MPa)与水泥制备的基准胶砂的相应龄期的抗压强度(MPa)的比值，测试结果见表1。

表1氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比对高效速凝配料掺水泥胶砂强度的影响

由表1可看出，当氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比低于2.5％时，(如表1中，氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比＝2.4％、2.3％、2.2％以及表1中未列举的更低比值)，高温活化下珍珠岩粉末中较少晶体态非活性硅铝酸盐转化成不定型态活性硅铝酸盐。在胶砂固化过程初期，配料珍珠岩粉末中不定型态活性硅铝酸盐与高钙污泥中释放的含钙物质反应较慢，二维矿物固化层生成量较少，导致高效速凝配料掺水泥胶砂强度活性指数均小于1。当氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比等于2.5％～7.5％时，高温活化下珍珠岩粉末中有充分的晶体态非活性硅铝酸盐转化成不定型态活性硅铝酸盐，从而保证胶砂固化过程顺利进行，高效速凝配料掺水泥胶砂强度活性指数均大于1.1。当氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比高于7.5％时，(如表1中，氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比＝7.6％、7.7％、7.8％以及表1中未列举的更高比值)，由于固化中期金属阳离子过量，三维晶体结构电位失衡，层状水化物与二维矿物固化层融合过程受损，导致高效速凝配料掺水泥胶砂强度活性指数不升反降。总体而言，结合效益与成本，氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比为2.5％～7.5％时，最有利于提高高效速凝配料掺水泥胶砂强度。

实施例2

硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比对高效速凝配料掺水泥胶砂强度的影响

高效速凝配料制备：将珍珠岩粉碎、研磨，过200目筛，得到珍珠岩粉末。按氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比为5％，分别称取氢氧化钠与珍珠岩粉末，混合均匀，在350℃条件下，热活化4小时，得到活化珍珠岩粉末。按硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比1:1.7:4.7、1:1.8:4.8、1:1.9:4.9、1:2:5、1:2:7.5、1:2:10、1:3:5、1:3:7.5、1:3:10、1:4:5、1:4:7.5、1:4:10、1:4.1:10.1、1:4.2:10.2、1:4.3:10.3，分别称取硅藻土、铝灰、高钙污泥，混合均匀，得到钙硅铝补释粉末。按钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比为10％，分别称取钙硅铝补释粉末和活化珍珠岩粉末，混合，研磨3h，得到高效速凝配料。

速凝配料对胶砂抗压强度影响的测试同实施例1，测试结果见表2。

表2硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比对高效速凝配料掺水泥胶砂强度的影响

由表2可看出，当硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比低于1:2:5时，(如表2中，硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比＝1:1.9:4.9、1:1.8:4.8、1:1.7:4.7以及表2中未列举的更低比值)，高效速凝配料中钙、硅、铝分配不均衡，二维矿物固化层形成及三维晶体结构间转变均不同程度受到影响，导致高效速凝配料掺水泥胶砂强度的活性指数均低于1。当硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比为1:2～4:5～10时，在机械活化作用下配料中活性钙、硅、铝分配比合理，固化反应均衡进行，二维矿物固化层填充在水化物层间空隙并持续向三维晶体结构转变，高效速凝配料掺水泥胶砂强度的活性指数均大于1.2。当硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比高于1:4:10时，(如表2中，硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比＝1:4.1:10.1、1:4.2:10.2、1:4.3:10.3以及表2中未列举的更高比值)，过量金属阳离子从高钙污泥中释放出来，渗透到水化物及三维晶体结构间，促使三维晶体结构电位失衡，从而影响层状水化物与二维矿物固化层融合及层状结构向三维晶体结构转变，导致高效速凝配料掺水泥胶砂强度活性指数不升反降。总体而言，结合效益与成本，硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比为1:2～4:5～10最有利于提高高效速凝配料掺水泥胶砂强度。

实施例3

钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比对高效速凝配料掺水泥胶砂强度的影响

高效速凝配料制备：将珍珠岩粉碎、研磨，过300目筛，得到珍珠岩粉末。按氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比为5％，分别称取氢氧化钠与珍珠岩粉末，混合均匀，在450℃条件下，热活化2h，得到活化珍珠岩粉末。按硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比为1:4:7.5，分别称取硅藻土、铝灰、高钙污泥，混合均匀，得到钙硅铝补释粉末。按钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比为4.7％、4.8％、4.9％、5％、7％、9％、11％、13％、15％、15.2％、15.4％、15.6％，分别称取钙硅铝补释粉末和活化珍珠岩粉末，混合，研磨4h，得到高效速凝配料。

速凝配料对胶砂抗压强度影响的测试同实施例1，测试结果见表3。

表3钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比对高效速凝配料掺水泥胶砂强度的影响

由表3可看出，当钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比低于5％时，(如表3中，钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比＝4.9％、4.8％、4.7％以及表3中未列举的更低比值)，配料中通过钙硅铝补释粉末引入的性钙、硅、铝较少，不仅影响胶砂固化过程初期，而且不利于层状水化物与二维矿物固化层融合及层状结构向三维晶体结构的转变，导致高效速凝配料掺水泥胶砂的强度活性指数均低于1。当钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比为5％～15％时，水化物及二维矿物固化层持续生成，二维矿物固化层填充在水化物层间空隙并持续向三维晶体结构转变，高效速凝配料掺水泥胶砂强度的活性指数均大于1.2。当钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比高于15％时，(如表3中，钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比＝15.2％、15.4％、16％以及表3中未列举的更高比值)，过量金属阳离子从硅藻土和高钙污泥中释放出来，渗透到水化物及三维晶体结构间，促使三维晶体结构电位失衡，从而影响层状水化物与二维矿物固化层融合及层状结构向三维晶体结构转变，导致高效速凝配料掺水泥胶砂强度活性指数不升反降。同时在固化后期过量硅藻土的活性硅盐与铝灰中释放出含铝物质的反应开始占据主导地位，持续性生成硅铝胶体，改善层状水化物与二维矿物固化层融合过程。在这两种对立作用下，最终导致高效速凝配料掺水泥胶砂略微升高。总体而言，结合效益与成本，钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比为5％～15％最有利于提高高效速凝配料掺水泥胶砂强度。

对比例1

水泥混凝土试件和高效速凝配料掺水泥混凝土试件冻融循环后试件的重量损失率对比

高效速凝配料制备：将珍珠岩粉碎、研磨，过300目筛，得到珍珠岩粉末。按氢氧化钠与珍珠岩粉末质量百分比为5％，分别称取氢氧化钠与珍珠岩粉末，混合均匀，在350℃条件下，热活化4h，得到活化珍珠岩粉末。按硅藻土、铝灰、高钙污泥质量比为1:3:7.5，分别称取硅藻土、铝灰、高钙污泥，混合均匀，得到钙硅铝补释粉末。按钙硅铝补释粉末与活化珍珠岩粉末质量百分比10％，分别称取钙硅铝补释粉末和活化珍珠岩粉末，混合，研磨3h，得到高效速凝配料。

为了比较水泥混凝土试件和高效速凝配料掺水泥混凝土试件冻融循环性能，进行如下测试：按高效速凝配料与水泥质量百分比20％，分别称取高效速凝配料与水泥，混合均匀，得到高效速凝配料掺水泥制备。水泥混凝土试件和高效速凝配料掺水泥混凝土试件的制作及养护参照国家标准《水泥混凝土试件和速凝胶凝粉末混凝土试件》(GBJ82-85)执行。其中水泥采用《混凝土外加剂》GB 8076-2008附录A中规定的基准水泥。

采用抗冻性能试验(慢冻法)测试两种试件，按照国家标准《水泥混凝土试件和速凝胶凝粉末混凝土试件》(GBJ 82-85)执行。

N次冻融循环后试件的重量损失率ΔW_n按照下面公式计算：ΔW_n＝(G₀-G_n)/G₀，G₀等于冻融循环试验前的试件重量(公斤)，G_n等于N次冻融循环试验前的试件重量(公斤)，试验结果见表4。

表4水泥混凝土试件和高效速凝配料掺水泥混凝土试件冻融循环后试件的重量损失率对比

由表4结果可知，相比于水泥混凝土试件，高效速凝配料掺水泥混凝土试件在相同冻融循环次数后，具有较小的重量损失率，表明高效速凝配料可以提高水泥混凝土的抗冻性。

对比例2

水泥和高效速凝配料掺水泥初凝时间和终凝时间对比

高效速凝配料制备：同对比例1

为了比较水泥和高效速凝配料掺水泥初凝时间和终凝时间的不同，进行如下测试：按高效速凝配料与水泥质量百分比20％，分别称取高效速凝配料与水泥，混合均匀，得到高效速凝配料掺水泥制备，其中水泥采用《混凝土外加剂》GB 8076-2008附录A中规定的基准水泥。水泥和高效速凝配料掺水泥的初凝时间和终凝时间按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346-2001进行检验确定。测试结果见表5。

表5水泥和高效速凝配料掺水泥初凝时间和终凝时间对比

由表5结果可知，相比于基准水泥，高效速凝配料掺水泥初凝时间和终凝时间均明显较短，表明高效速凝配料可以提高水泥速凝性。

一种速凝配料的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。