專利名稱：低鈣飛灰于常溫膠結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種以低鈣飛灰為主成分，于室溫膠結(jié)的低鈣凝膠材料組成物以及低鈣凝膠材料制造方法。
背景技術(shù)：
飛灰為燃煤汽電共生鍋爐的副產(chǎn)品。全球飛灰(粉煤灰)年排放量約為5億噸， 而中國(guó)的飛灰年排放量為1.6億噸，其中只有約15%的飛灰被再利用。剩余的大量飛灰被作為固體廢棄物就地堆放或填埋，不僅占用大量的土地，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。飛灰不僅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，物理上亦有許多優(yōu)越的性質(zhì)。飛灰應(yīng)用于工程材料已被普遍接受。然而，以飛灰為主要膠凝材料用于制造堿激發(fā)膠凝材料(alkali-activated cement)時(shí)，由于F級(jí)飛灰的氧化鈣含量較低，故已知作法為F級(jí)飛灰配合硅酸鈉(水玻璃) 與氫氧化鈉或氫氧化鉀，加水拌和后于常溫?zé)o法硬固，必須在高溫中催化數(shù)小時(shí)，才能使堿激發(fā)膠凝材料硬固，其XRD晶相分析主要為沸石礦物(zeolite =Na2Al2Si3Oltl)。或是于常溫中，飛灰必須配合偏高嶺土(metakolin)或水淬爐石(slag)或石膏及其他含鈣元素，亦即增加堿激發(fā)膠凝材料中鈣元素的含量，方能在常溫中硬固，此情形在使用F級(jí)飛灰(氧化鈣含量小于10% )制造堿激發(fā)膠凝材料時(shí)更為明顯。另一方面，一般水泥質(zhì)材料的含鈣量高，耐酸性及耐火性不佳，無(wú)法作為需要在酸性或高溫環(huán)境中使用的建筑材料。例如，一般預(yù)鑄下水道污水管必需另外噴涂高鋁水泥，由此增強(qiáng)其耐酸性。此作法將增加成本。另一方面混凝土在遇火害時(shí)，高溫約400度將會(huì)發(fā)生崩解現(xiàn)象，導(dǎo)致強(qiáng)度驟降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提供一種以低鈣飛灰(F級(jí)飛灰)為主成分的低鈣膠凝材料組成物，可供于室溫制成低鈣膠凝材料，由此提升低鈣飛灰的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明的另一目的在提供一種低鈣膠凝材料制造方法，可于室溫使用低鈣飛灰制成低鈣膠凝材料。以較佳實(shí)施例而言，低鈣飛灰為F級(jí)飛灰，室溫為35°C以下，但不限于此。本發(fā)明的低鈣膠凝材料組成物，其中氧化鈣的重量百分比小于等于10%，包含低鈣飛灰、堿劑以及調(diào)凝劑。低鈣飛灰相對(duì)于低鈣膠凝材料組成物的重量百分比大于30%。 低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于10%，較佳小于等于5%。低鈣飛灰的細(xì)度介于 2000cm2/gw至8000cm2/gW。堿劑選自堿土族金屬氫氧化物、堿金族金屬氫氧化物、偏硅酸鈉與硅酸鈉(SodiumSilicate，化學(xué)式=Na2SiO3,俗稱泡花堿，水溶液又稱為水玻璃)或其組成物，較佳為氫氧化鈉。調(diào)凝劑選自碳酸根金屬氧化物、硫酸根金屬氧化物、硝酸根金屬氧化物、磷酸根金屬氧化物、氫氧化鋁或其組成物。碳酸根金屬氧化物是選自碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸銨、碳酸鈉或其組成物。硫酸根金屬氧化物是選自硫酸亞錳、硫酸銅、硫酸亞鈷、硫酸亞鐵、硫酸鋅或其組成物。硝酸根金屬氧化物是選自硝酸銅、硝酸鐵或其組成物。磷酸根金屬氧化物是選自磷酸鈉、磷酸鋅或其組成物。低鈣膠凝材料組成物進(jìn)一步包含氟硅化物，氟硅化物較佳為氟硅酸鈉(化學(xué)式
Na2SiF6) ο低鈣膠凝材料組成物進(jìn)一步包含早強(qiáng)劑，早強(qiáng)劑較佳為三乙醇胺。低鈣膠凝材料組成物進(jìn)一步包含排水劑，排水劑較佳為木質(zhì)纖維素。本發(fā)明的低鈣膠凝材料組成物，在室溫硬固后制成的低鈣膠凝材料經(jīng)由XRD晶相分析主要為莫來(lái)石礦物(Al6Si2O13)。本發(fā)明的低鈣膠凝材料制造方法，包含提供低鈣飛灰，其中低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于10% ；提供堿劑；提供調(diào)凝劑；以及于室溫將前述物料混合并靜置以形成低鈣膠凝材料。其中，低鈣膠凝材料提供步驟進(jìn)一步包含研磨低鈣飛灰，使低鈣飛灰細(xì)度介于2000cm7gw至8000cm7gw。低鈣膠凝材料制造方法進(jìn)一步包含在混合步驟前提供氟硅化物。低鈣膠凝材料制造方法進(jìn)一步包含在混合步驟前提供早強(qiáng)劑。低鈣膠凝材料制造方法進(jìn)一步包含在混合步驟前提供排水劑。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例流程圖；圖2A為莫來(lái)石礦物的XRD晶相圖；圖2B為本發(fā)明低鈣膠凝材料組成物在室溫硬固后制成的低鈣膠凝材料的XRD晶相圖；圖2C為已知作法中高溫催化數(shù)小時(shí)，才能硬固的堿激發(fā)膠凝材料XRD晶相圖；以及圖3為本發(fā)明的低鈣膠凝材料組成物于室溫所制成低鈣膠凝材料的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的低鈣膠凝材料組成物供于室溫制成一低鈣膠凝材料，低鈣膠凝材料主要為莫來(lái)石礦物(mullite，Al6Si2O13)。室溫較佳但不限為35°C以下，亦可泛指一般未加熱的自然環(huán)境溫度。低鈣膠凝材料組成物包含低鈣飛灰、堿劑以及調(diào)凝劑。低鈣飛灰相對(duì)于低鈣膠凝材料組成物的重量百分比介30%至95%。低鈣膠凝材料組成物當(dāng)中氧化鈣的重量百分比小于等于10%。低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于10%。具體而言，飛灰是指發(fā)電廠燃煤隨廢氣自燃燒室?guī)С?，而由集塵設(shè)備捕集的細(xì)顆粒物質(zhì)。在較佳實(shí)施例中，低鈣飛灰為F級(jí)飛灰，亦即氧化鈣的重量百分比小于等于10%。在更佳實(shí)施例中，低鈣飛灰的氧化鈣重量百分比小于等于5%。低鈣飛灰的細(xì)度較佳介于2000cm2/gw至8000cm2/gW。具體而言，可透過(guò)研磨等方式將低鈣飛灰原料的細(xì)度提高至2000cm7gW至8000cm7gW，使其更為均勻，以利膠凝材料硬固反應(yīng)的進(jìn)行。堿劑含量介于0. Iwt %至55wt%，選自堿土族金屬氫氧化物、堿金族金屬氫氧化物、偏硅酸鈉與硅酸鈉(Sodium Silicate，化學(xué)式=Na2SiO3，俗稱泡花堿，水溶液又稱為水玻璃)或其組成物，較佳為氫氧化鈉。其中，堿劑是具有激發(fā)劑的功效。具體而言，在膠凝材料硬固反應(yīng)中，低鈣膠凝材料組成物進(jìn)行水化反應(yīng)時(shí)，粉體遇水，表面生成膠結(jié)體，而膠體難溶于水，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)停滯。堿劑可侵蝕表面膠結(jié)體，使粉體露出，得以繼續(xù)與水反應(yīng)。另一方面，堿劑中的金屬離子更提供電荷平衡作用，有利粉體結(jié)合成3D膠體。調(diào)凝劑含量介于0. 至30wt%，選自碳酸根金屬氧化物、硫酸根金屬氧化物、 硝酸根金屬氧化物、磷酸根金屬氧化物、氫氧化鋁或其組成物。具體而言，調(diào)凝劑是用以促成及加速膠凝材料生成反應(yīng)的進(jìn)行。碳酸根金屬氧化物是選自碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸銨、碳酸鈉或其組成物。硫酸根金屬氧化物是選自硫酸亞錳、硫酸銅、硫酸亞鈷、硫酸亞鐵、硫酸鋅或其組成物。硝酸根金屬氧化物是選自硝酸銅、硝酸鐵或其組成物。磷酸根金屬氧化物是選自磷酸鈉、磷酸鋅或其組成物。在較佳實(shí)施例中，低鈣膠凝材料組成物進(jìn)一步包含氟硅化物，含量介于0. 至 20wt%。氟硅化物較佳為氟硅酸鈉。其中，氟硅化物的功用在于補(bǔ)充二氧化硅的含量。低鈣膠凝材料組成物進(jìn)一步包含早強(qiáng)劑，含量介于0. 至5wt%。早強(qiáng)劑較佳為三乙醇胺。 早強(qiáng)劑的功用在于進(jìn)一步加速膠凝材料生成反應(yīng)的進(jìn)行。低鈣膠凝材料組成物進(jìn)一步包含排水劑，含量介于0. 至5wt%。排水劑較佳為木質(zhì)纖維素。與已知技術(shù)相較，本發(fā)明的低鈣膠凝材料組成物是低鈣飛灰為主成分，無(wú)須添加偏高嶺土或水淬爐石或硝石粉或石膏及其他含鈣元素的活性(反應(yīng)性)較佳粉體，即可于室溫制成低鈣膠凝材料，可提升低鈣飛灰的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。另一方面，使用本發(fā)明的低鈣膠凝材料組成物制成的低鈣膠凝材料因?yàn)殁}含量低，所以具有良好的耐酸性與耐火性，可供需要高耐酸性與耐高溫的建筑結(jié)構(gòu)使用。例如，預(yù)鑄下水道污水管若以此低鈣膠凝材料為材料， 不需另外噴涂高鋁水泥，本身具有良好耐強(qiáng)酸特性，可降低成本。例如，防火建材與構(gòu)件若以此低鈣膠凝材料為材料，不需另外噴涂防火披覆，本身具有良好耐火特性，可降低成本。如圖1所示，本發(fā)明的低鈣膠凝材料制造方法，包含例如以下步驟步驟1010，提供低鈣飛灰，含量介于30wt%至95wt%，其中該低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于10%。在較佳實(shí)施例中，是提供經(jīng)過(guò)研磨的細(xì)度為2000cm2/gw至 8000cm2/gw而氧化鈣的重量百分比小于等于5%的飛灰。步驟1030，提供堿劑，含量介于0. 至55wt%。堿劑是選自堿土族金屬氫氧化物、堿金族金屬氫氧化物、硅酸鈉、偏硅酸鈉或其組成物。在較佳實(shí)施例中，堿劑使用氫氧化鈉。步驟1050，提供調(diào)凝劑，含量介于0. 至30wt%。調(diào)凝劑選自碳酸根金屬氧化物、硫酸根金屬氧化物、硝酸根金屬氧化物、磷酸根金屬氧化物、氫氧化鋁或其組成物。在較佳實(shí)施例中，調(diào)凝劑是使用碳酸根金屬氧化物、硫酸根金屬氧化物。步驟1070，于室溫將前述物料混合并靜置以形成低鈣膠凝材料。其中，經(jīng)由晶相分析，可確認(rèn)本發(fā)明低鈣膠凝材料組成物在室溫硬固后制成的低鈣膠凝材料主要為莫來(lái)石礦物(mullite, Al6Si2O13)。具體而言，圖2A為莫來(lái)石礦物(mullite, Al6Si2O13)的XRD晶相圖，其中M為莫來(lái)石礦物的縮寫(xiě)；圖2B為本發(fā)明低鈣膠凝材料組成物在室溫硬固后制成的低鈣膠凝材料的XRD晶相圖。經(jīng)由晶相分析即比對(duì)圖2A及圖2B可知，本發(fā)明低鈣膠凝材料組成物在室溫硬固后制成的低鈣膠凝材料的晶相與莫來(lái)石礦物的晶相一致，故可確認(rèn)本發(fā)明低鈣膠凝材料組成物在室溫硬固后制成的低鈣膠凝材料主要為莫來(lái)石礦物。另一方面，圖2C為已知作法中高溫催化數(shù)小時(shí)，才能硬固的堿激發(fā)膠凝材料XRD晶相圖；其中，Ch為chabazite (菱沸石)，P為Na-Pl (gismondine 斜方鈣沸石)，N為 hydroxysodalite(方沸石)，A 為 Linde Type A(A 型沸石)，Q 為 quartz (石英)，M 為 mullite(莫來(lái)石)，H為hematite (赤鐵礦)。由圖2C可知，已知作法中高溫催化數(shù)小時(shí)， 才能硬固的堿激發(fā)膠凝材料，大都為沸石礦物(zeolite)。如圖1所示，在較佳實(shí)施例中，低鈣膠凝材料制造方法進(jìn)一步包含步驟1061，提供氟硅化物，含量介于0. 至20wt%。其中，氟硅化物較佳為氟硅酸鈉。步驟1062，提供早強(qiáng)劑，含量介于0. Iwt %至5wt%。其中，早強(qiáng)劑較佳為三乙醇胺。步驟1063，提供排水劑，含量介于0. 01wt%至5wt%。其中，排水劑較佳為木質(zhì)纖維素。特別說(shuō)明的是，步驟1010、1030、1050、1061、1062、及1063的先后次序可任意更動(dòng)，亦即各物料僅需在步驟1070前提供即可。以下舉例說(shuō)明本發(fā)明的低鈣膠凝材料組成物于室溫所制成低鈣膠凝材料的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。其中，表1及表2分別為不同的配比一及配比二的低鈣膠凝材料組成物，其于室溫所制成低鈣膠凝材料的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如圖3所示。表1(配比一)
權(quán)利要求
1.一種低鈣膠凝材料組成物，其中氧化鈣的重量百分比小于等于10%，供于室溫制成一低鈣膠凝材料，其中在室溫硬固后制成的該低鈣膠凝材料主要為莫來(lái)石礦物，包含一低鈣飛灰，含量介于30wt%至95wt%，其中該低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于10% ；一堿劑，含量介于0. 1襯％至55襯％ ；以及一調(diào)凝劑，含量介于0. 1 丨％至30 1%。
2.如權(quán)利要求1所述的低鈣膠凝材料組成物，其中室溫較佳但不限為35°C以下，亦可泛指一般未加熱的自然環(huán)境溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于5%。
4.如權(quán)利要求1所述的低鈣膠凝材料組成物，該低鈣飛灰的細(xì)度介于2000cm2/gw至 8000cm2/gwo
5.如權(quán)利要求1所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該堿劑選自堿土族金屬氫氧化物、 堿金族金屬氫氧化物、硅酸鈉、偏硅酸鈉或其組成物。
6.如權(quán)利要求1所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該調(diào)凝劑選自碳酸根金屬氧化物、 硫酸根金屬氧化物、硝酸根金屬氧化物、磷酸根金屬氧化物、氫氧化鋁或其組成物。
7.如權(quán)利要求6所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該碳酸根金屬氧化物選自碳酸鎂、 碳酸鉀、碳酸銨、碳酸鈉或其組成物。
8.如權(quán)利要求6所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該硫酸根金屬氧化物選自硫酸亞錳、硫酸銅、硫酸亞鈷、硫酸亞鐵、硫酸鋅或其組成物。
9.如權(quán)利要求6所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該硝酸根金屬氧化物選自硝酸銅、 硝酸鐵或其組成物。
10.如權(quán)利要求6所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該磷酸根金屬氧化物選自磷酸鈉、 磷酸鋅或其組成物。
11.如權(quán)利要求1所述的低鈣膠凝材料組成物，進(jìn)一步包含一氟硅化物，含量介于 0. Iwt %至 20wt%。
12.如權(quán)利要求11所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該氟硅化物為氟硅酸鈉。
13.如權(quán)利要求1所述的低鈣膠凝材料組成物，進(jìn)一步包含一早強(qiáng)劑，含量介于 0.5wt%。
14.如權(quán)利要求13所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該早強(qiáng)劑為三乙醇胺。
15.如權(quán)利要求1所述的低鈣膠凝材料組成物，進(jìn)一步包含一排水劑，含量介于 0. 0^%至 5wt%。
16.如權(quán)利要求15所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該排水劑為木質(zhì)纖維素。
17.—種低鈣膠凝材料制造方法，包含提供一低鈣飛灰，含量介于30wt%至95wt%，其中該低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于10% ；提供一堿劑，含量介于0. Iwt %至55wt% ；提供一調(diào)凝劑，含量介于0. Iwt %至30wt% ；以及于室溫將前述物料混合并靜置以形成一低鈣膠凝材料。
18.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中室溫為35°C以下。
19.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料制造方法，在室溫硬固后制成的該低鈣膠凝材料的主要為莫來(lái)石礦物。
20.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該低鈣膠凝材料提供步驟進(jìn)一步包含研磨該低鈣飛灰，使該低鈣飛灰細(xì)度介于2000cm2/gW至8000cm7gW。
21.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于5%。
22.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料組成物，其中該堿劑選自堿土族金屬氫氧化物、堿金族金屬氫氧化物、硅酸鈉、偏硅酸鈉或其組成物。
23.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該調(diào)凝劑選自碳酸根金屬氧化物、硫酸根金屬氧化物、硝酸根金屬氧化物、磷酸根金屬氧化物、氫氧化鋁或其組成物。
24.如權(quán)利要求23所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該碳酸根金屬氧化物選自碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸銨、碳酸鈉或其組成物。
25.如權(quán)利要求23所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該硫酸根金屬氧化物選自硫酸亞錳、硫酸銅、硫酸亞鈷、硫酸亞鐵、硫酸鋅或其組成物。
26.如權(quán)利要求23所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該硝酸根金屬氧化物選自硝酸銅、硝酸鐵或其組成物。
27.如權(quán)利要求23所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該磷酸根金屬氧化物選自磷酸鈉、磷酸鋅或其組成物。
28.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料制造方法，進(jìn)一步包含在該混合步驟前提供一氟硅化物，含量介于0. Iwt %至20wt%。
29.如權(quán)利要求28所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該氟硅化物為氟硅酸鈉。
30.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料制造方法，進(jìn)一步包含在該混合步驟前提供一早強(qiáng)劑，含量介于0. ^^%至5襯％。
31.如權(quán)利要求30所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該早強(qiáng)劑為三乙醇胺。
32.如權(quán)利要求17所述的低鈣膠凝材料制造方法，進(jìn)一步包含在該混合步驟前提供一排水劑，含量介于0. 0 Iwt %至5wt %。
33.如權(quán)利要求32所述的低鈣膠凝材料制造方法，其中該排水劑為木質(zhì)纖維素。
全文摘要
一種低鈣膠凝材料組成物，其中氧化鈣的重量百分比小于等于10％，供于室溫以下制成一低鈣膠凝材料，包含低鈣飛灰、堿劑以及調(diào)凝劑。低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于10％。低鈣膠凝材料制造方法包含提供低鈣飛灰(F級(jí)飛灰)，其中低鈣飛灰中氧化鈣的重量百分比小于等于10％；提供堿劑；提供調(diào)凝劑；以及于室溫以下將前述物料混合并靜置以形成低鈣膠凝材料。
文檔編號(hào)C04B7/26GK102531430SQ20111004003
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者尹衍樑, 李元?jiǎng)P, 楊景鼎 申請(qǐng)人:潤(rùn)弘精密工程事業(yè)股份有限公司