一种水硬性石灰及其生产方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体来讲，涉及一种水硬性石灰及其生产方法。
背景技术
水硬性石灰可以作为建筑材料，其主要特征不同于石灰和水泥。与石灰相比，水硬性石灰具有凝结速度快，粘度好，附着力强，具有高耐水性，高机械强度；与水泥相比，可使墙壁透气，保持呼吸，有利于水蒸气的交换，并具有很好的抗冻性和耐碱性，柔韧性好，可加工性好，自修复能力强等特点。由于水硬性石灰的硬化速率较慢，水化放热量较低，从而避免了快速固化引起的内应力，使其具有良好的韧性。
在国外，水硬性石灰可以用于替代水泥制备装饰砂浆，清水混凝土，并大量用于文物保护与古建筑修复上。国内引进水硬性石灰主要应用于历史建筑的修缮加固等方面，可以消除硫酸盐对历史建筑的侵蚀。目前国内生产水硬性石灰的成本较高，对以造纸白泥来生产硬性水硬性石灰的研究属于空白。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于针对现有工艺生产水硬性石灰成本高的问题，提供一种工艺简单，生产成本低的水硬性石灰生产方法。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种水硬性石灰生产方法，所述生产方法可以包括以下步骤：将造纸白泥与黏土混合配制为原料，控制原料中氧化钙与氧化硅的质量比为0.89～10.41，所述原料的化学组成成分按质量百分比计包括，32.45％～50.27％的氧化钙、4.83％～36.55％的氧化硅以及不超过4.5％的氧化铝；将原料粉磨、预热，在950℃～1200℃温度条件下煅烧，冷却，消化，干燥，粉磨后得到水硬性石灰。
在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，所述煅烧的温度可以为980℃～1100℃，煅烧的升温速度可以为5℃/min～50℃/min，煅烧时间可以不超过1小时。
在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，所述消化可以包括测定煅烧冷却后产物中的游离氧化钙含量，在湿度为50％～90％的环境中循环消化，记录消化前后产物重量变化，在产物中的游离氧化钙消化率达到98％的情况下，消化结束。
在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，所述预热温度可以为750℃～900℃，预热时间可以为0.5小时～1小时。
在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，水硬性石灰的粒径过0.2mm筛余量可以不超过2％，且过0.09mm筛余量可以不超过15％。
在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，按质量百分比计，所述水硬性石灰中的氢氧化钙含量可以为15％～78％，三氧化硫含量不超过2％。
在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，所述方法可以通过控制所述原料中氧化钙与氧化硅的质量比来制备抗压强度不同的水硬性石灰，其中，将氧化钙与氧化硅的质量比控制为0.89～1.15，制备得到的水硬性石灰养护28天的抗压强度范围为5MPa～15MPa，水硬性石灰中的氢氧化钙含量不低于15％；将氧化钙与氧化硅的质量比控制为大于1.15且小于1.45，制备得到的水硬性石灰养护28天的抗压强度范围为3.5MPa～10MPa，水硬性石灰中的氢氧化钙含量不低于25％；将氧化钙与氧化硅的质量比控制为1.45～10.41，制备得到的水硬性石灰养护28天的抗压强度范围为2.0MPa～7.0MPa，水硬性石灰中的氢氧化钙含量不低于35％。
在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，所述造纸白泥的化学成分可以按照质量百分数计包括，33.5％～55.0％的氧化钙、0％～10％的氧化硅以及0％～10％的氧化镁。
在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，所述黏土中含有的氧化硅按照质量百分数计可以不少于40％。
本发明的另一方面提供了一种水硬性石灰，所述水硬性石灰由以上所述的水硬性石灰生产方法所生产得到，所述水硬性石灰包括按质量百分比计，15％～78％的氢氧化钙以及不超过2％的三氧化硫，所述水硬性石灰在0.2mm筛余量不超过2％，0.09mm筛余量不超过15％。
与现有技术相比，本发明的方法利用造纸白泥为主要原料，能够实现将造纸白泥变废为宝，实现资源的合理利用，环境友好，工艺流程短，生产成本低，制备得到的水硬性石灰可以大量应用在文物保护，古建筑修复，历史建筑的修缮加固等方面，具有柔性和施工性好，粘性好并对墙体有很强的附着力，能使墙体透气保持呼吸有利于水蒸气的交换，具有较高的防水性，有很好的自我修复性，有很好的抗冻性，有很好的抗盐性，价格便宜，经济型好等优点。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例的水硬性石灰生产方法的流程示意图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的一种水硬性石灰及其生产方法。
总的来讲，在制浆造纸过程中，白泥中的硅含量较高，如果将白泥进行循环利用，势必会加剧碱回收的硅干扰，以使碱回收无法正常运行。因此白泥始终得不到妥善的处理，要么拉去填坑铺路，要么直接排入江河，既造成了环境污染，还得支付一定的排污费。本发明人通过研究发现，通过将造纸白泥与黏土按照一定的比例混合后作为原料，配合相应的生产工艺步骤及参数，可以将造纸白泥变废为宝，生产得到水硬性石灰。
图1示出了本发明一个示例性实施例的制备水硬性石灰方法的工艺流程图。
本发明的一方面提供了一种水硬性石灰生产方法，在本发明的水硬性石灰生产方法的一个示例性实施例中，如图1所示，所述生产方法包括：
步骤S01，配料。
在本实施例中，为了保证满足水硬性石灰所要求达到的性能，必须严格控制原料的化学成分含量。本发明利用造纸白泥为主要原料，添加黏土混合后配制为生产水硬性石灰的原料。所述原料中的氧化钙和氧化硅的质量比可以为0.89～10.41。所述造纸白泥和黏土配制混合后原料的化成成分可以包括，按质量百分数计，32.45％～50.27％的氧化钙、4.83％～36.55％的氧化硅以及不超过4.5％的氧化铝。进一步的，所述造纸白泥和黏土配制混合后原料的化成成分可以包括，按质量百分数计，35％～48％的氧化钙、5.0％～35％的氧化硅以及不超过4.0％的氧化铝，其他为一些造纸白泥和黏土中含有的常有物质。
在本实施例中，通过控制造纸白泥与黏土的配比，即控制原料中的氧化钙与氧化硅的比值，可以得到不同抗压强度性能的产品。当氧化钙与氧化硅的比值大约在0.89～1.15时，可以制备得到的水硬性石灰养护28天的抗压强度范围为(5MPa，15MPa)。当氧化钙与氧化硅的比值大约在大于1.15且小于1.45时，可以制备得到的水硬性石灰养护28天的抗压强度范围为(3.5MPa，10MPa)。当氧化钙与氧化硅的比值大约在1.45～10.41时，可以制备得到的水硬性石灰养护28天的抗压强度范围为(2.0MPa，7.0MPa)。并且，不同的氧化钙与氧化硅含量比值得到的水硬性石灰中的氢氧化钙含量对同。例如，当氧化钙与氧化硅的比值大约在0.89～1.15时，氢氧化钙的含量不低于15％；当氧化钙与氧化硅的比值为1.15～1.45时，氢氧化钙含量不低于25％；当氧化钙与氧化硅的比值为1.45～10.41时，氢氧化钙含量不低于35％。设置氧化钙与氧化硅质量配比为0.89～10.41的好处在于，如果低于上述设置的下限或者超过设置的上限，均会使生产制备的水硬性石灰中的氢氧化钙含量达不到要求，影响产品性能。
在本实施例中，所述造纸白泥的主要化学成分可以包括，按照质量百分数计33.5％～55.0％的氧化钙、0％～10％的氧化硅、0％～10％的氧化镁，其他为造纸白泥含有的常规成分。当然，本发明的所使用的造纸白泥不限于此，市售或者天然的造纸白泥也可以使用。
在本实施例中，所述黏土可以为按照质量百分数计氧化硅不少于40％。
步骤S02，将原料粉磨、预热，在950℃～1200℃温度条件下煅烧，冷却，消化，干燥，粉磨后得到水硬性石灰。
在本实施例中，原料配制好后，需要对原料进行粉磨。对于粉磨的方式不限，例如可以对原料使用球磨机进行粉磨。可以粉磨1～3小时。粉磨完成后可以对粉磨后的原料进行筛分，例如，可以过160～190目筛。对原料的粉磨可以更加有助于原料的煅烧，达到更好的反应效果。
在本实施例中，原料的预热温度可以为750℃～900℃，优选的，预热温度可以为800℃～880℃，例如，可以为850℃。预热时间可以根据现场原料的量进行确定，例如，为了节约能耗的同时达到较好的预热效果，预热的时间可以为0.5小时～1小时。
在本实施例中，优选的，煅烧温度可以为950℃～1100℃，例如，煅烧温度可以为1040℃。煅烧的升温速度可以为5℃/min～50℃/min，煅烧时间不超过1小时。优选的，煅烧升温速度可以为10℃/min～40℃/min。煅烧可以使用立窑或者隧道窑进行煅烧。煅烧的好处在于，能够确保氧化钙和二氧化硅之间能够反应，升温速度越快反应完全的煅烧保温时间会越长，升温速度越慢所需保温时间越短。
在本实施例中，冷却可以在空气中进行自然冷却至室温。
在本实施例中，冷却完成后需要对产物进行消化。所述消化可以包括产物冷却完毕后测定冷却后产物中的游离氧化钙含量，在湿度为50％～90％的环境中循环消化，记录消化前后产物重量变化，当产物中的游离氧化钙消化率达到98％时，消化结束。
在本实施例中，产物消化完成后，可以对消化后的产物进行干燥，粉磨以使产品达到需要的粒度。干燥的温度和时间、粉磨的方式和时间均可以是经验值或者根据现场进行确定。例如，粉磨可以是球磨机进行粉磨，粉磨的时间可以为1小时～3小时。当然，本发明的粉磨不限于此。粉磨完成后，产品水硬性石灰的粒度满足0.2mm筛余量不超过2％，0.09mm筛余量为不超过15％。例如，0.09mm筛余量可以为5％～15％。水硬性石灰的堆积密度可以为453kg/m3-595kg/m3。
在本实施例中，按质量百分比计，所述水硬性石灰中的氢氧化钙含量为15％～78％，三氧化硫含量不超过2％。
在本实施例中，所述水硬性石灰标准养护7天的抗压强度可以达到0.4MPa～7.5MPa，标准养护28天的抗压强度可以达到2.0MPa～20MPa。
本发明的在另一方面提供了一种水硬性石灰，在本发明的水硬性石灰的一个示例性实施例中，所述水硬性石灰可以由以上所述的水硬性石灰制备方法所制备得到。所述水硬性石灰可以包括，按质量百分比计，15％～78％的氢氧化钙以及不超过2％的三氧化硫，所述水硬性石灰标准养护7天的抗压强度可以达到0.4MPa～7.5MPa，标准养护28天的抗压强度可以达到2.0MPa～20MPa。
在本实施例中，所述水硬性石灰0.2mm筛余量可以不超过2％，0.09mm筛余量可以不超过15％。例如，0.09mm筛余量可以为5％～15％。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
1)按照所需氧化钙和氧化硅的质量比0.89，将造纸白泥和黏土混合；
2)原料经粉磨1.5小时，至180目筛余量为2％；
3)将生料于高温炉中在900℃下预热分解0.5小时；
4)预热分解后在1050℃温度下煅烧0.5小时；煅烧完成后自然冷却至室温后测定其游离氧化钙含量；
5)在湿度为65％的环境中消化，记录消化前后产物重量变化，当产物中的游离氧化钙消化率达到98％时，消化结束；
6)消化完成并烘干后，粉磨2.3小时，当0.2mm筛余量不超过2％，0.09mm筛余量不超过15％时，即制得水硬性石灰。
示例2
1)按照所需氧化钙和氧化硅的质量比1.0，将造纸白泥和黏土混合；
2)原料经粉磨1.5小时，至180目筛余量为2％；
3)将生料于高温炉中在900℃下预热分解0.5小时；
4)预热分解后在1050℃温度下煅烧0.5小时；煅烧完成后自然冷却至室温后测定其游离氧化钙含量；
5)在湿度为65％的环境中消化，记录消化前后产物重量变化，当产物中的游离氧化钙消化率达到98％时，消化结束；
6)消化完成并烘干后，粉磨2.3小时，当0.2mm筛余量不超过2％，0.09mm筛余量不超过15％时，即制得水硬性石灰
示例3
1)按照所需氧化钙和氧化硅的质量比1.20，将造纸白泥和黏土混合；
2)原料经粉磨1.5小时，至180目筛余量为2％；
3)将生料于高温炉中在850℃下预热分解0.5小时；
4)预热分解后在1050℃温度下煅烧0.5小时；煅烧完成后自然冷却至室温后测定其游离氧化钙含量；
5)在湿度为65％的环境中消化，记录消化前后产物重量变化，当产物中的游离氧化钙消化率达到98％时，消化结束；
6)消化完成并烘干后，粉磨2.3小时，当0.2mm筛余量不超过2％，0.09mm筛余量不超过15％时，即制得水硬性石灰
示例4
1)按照所需氧化钙和氧化硅的质量比1.5，将造纸白泥和黏土混合；
2)原料经粉磨1.5小时，至180目筛余量为2％；
3)将生料于高温炉中在900℃下预热分解0.5小时；
4)预热分解后在1100℃温度下煅烧0.5小时；煅烧完成后自然冷却至室温后测定其游离氧化钙含量；
5)在湿度为65％的环境中消化，记录消化前后产物重量变化，当产物中的游离氧化钙消化率达到98％时，消化结束；
6)消化完成并烘干后，粉磨2.3小时，当0.2mm筛余量不超过2％，0.09mm筛余量不超过15％时，即制得水硬性石灰
示例5
1)按照所需氧化钙和氧化硅的质量比2.5，将造纸白泥和黏土混合；
2)原料经粉磨1.5小时，至180目筛余量为2％；
3)将生料于高温炉中在900℃下预热分解0.5小时；
4)预热分解后在1100℃温度下煅烧0.5小时；煅烧完成后自然冷却至室温后测定其游离氧化钙含量；
5)在湿度为65％的环境中消化，记录消化前后产物重量变化，当产物中的游离氧化钙消化率达到98％时，消化结束；
6)消化完成并烘干后，粉磨2.3小时，当0.2mm筛余量不超过2％，0.09mm筛余量不超过15％时，即制得水硬性石灰
示例6
1)按照所需氧化钙和氧化硅的质量比10.41，将造纸白泥和黏土混合；
2)原料经粉磨1.5小时，至180目筛余量为2％；
3)将生料于高温炉中在900℃下预热分解0.5小时；
4)预热分解后在1150℃温度下煅烧0.5小时；煅烧完成后自然冷却至室温后测定其游离氧化钙含量；
5)在湿度为65％的环境中消化，记录消化前后产物重量变化，当产物中的游离氧化钙消化率达到98％时，消化结束；
6)消化完成并烘干后，粉磨2.3小时，当0.2mm筛余量不超过2％，0.09mm筛余量不超过15％时，即制得水硬性石灰
对水硬性石灰的抗压强度进行测试。称取水硬性石灰450±2g，标准砂1350±5g，水270±1g，水灰比根据其松散堆积密度确定，制成40mm×40mm×160mm标准试样，将制备好的试块在恒温恒湿标准养护箱中养护。分别测定水硬性石灰的各项指标。
示例1～6的水硬性石灰的性能如表1所示：
表1
综上所述，本发明的方法利用造纸白泥为主要原料，能够实现将造纸白泥变废为宝，实现资源的合理利用，环境友好，工艺流程短，生产成本低，制备得到的水硬性石灰可以大量应用在文物保护，古建筑修复，历史建筑的修缮加固等方面，具有柔性和施工性好，粘性好并对墙体有很强的附着力，能使墙体透气保持呼吸有利于水蒸气的交换，具有较高的防水性，有很好的自我修复性，有很好的抗冻性，有很好的抗盐性，价格便宜，经济型好等优点。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
