1.本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种以黄河泥沙为硅质原料的灰砂胶凝材料及其制备方法。
背景技术：
2.灰砂混凝土(即硅酸盐混凝土)是采用分布广、储量大的河砂、山砂、沙漠砂(甚至可以采用水泥混凝土工程中一般不用的细砂和特细砂)通过人工水热合成(在蒸压釜内高温、高压养护)工艺而得到的一种人造石材。其重要组分硅质材料主要来源于磨细的河砂和机制砂等结晶良好的材料。生石灰和磨细砂是主要的灰砂胶凝材料。由于灰砂胶凝材料能够有效减少通用水泥胶凝材料的应用，很大程度上减少对通用水泥等高碳排放胶凝材料的依赖，减少大气碳排放，符合国家减少碳排放的要求。而且，随着石灰石质原材料的日益紧缺，硅质胶凝材料必将取代通用水泥这一类钙质胶凝材料，成为未来胶凝材料的主流。
3.近年来，由于国内基建规模宏大，消耗了大量的河砂、机制砂等硅质石材；有的地区为了保护生态已经禁止开采天然河砂，导致混凝土原材料供应短缺、机制砂价格逐年上涨。因而，为了保证灰砂胶凝材料的可持续发展，需要寻找更加便宜，更加环保节能的硅质材料。
4.黄河泥沙来源于黄土高原第四纪沉淀物，由铝硅酸盐组成。以粒径0.05mm为界，小于 0.05mm的细颗粒是化学风化的产物，基本上是层状硅酸盐，属黏土，如伊利石、绿泥石、蒙脱石等；大于等于0.05mm的粗颗粒是物理风化的产物，如石英占35.6％～53.7％、长石 (naalsi3o8，氧化硅44.7％，氧化铝18.4％，氧化钾16.9％)占13.8％～46.6％，为架状硅酸盐，长石有钾长石、钠长石和钙长石之分。从其矿物组成和化学组成看，黄河泥沙完全可以替代河砂、山砂、沙漠砂作为灰砂胶凝材料的硅质材料来使用。从属性分析，黄河泥沙属于自然资源。近年来，黄河泥沙作为硅质材料已经得到材料科学工作者和水利工作者联合攻关，对黄河泥沙的资源情况、物理化学性能和工艺性能，以及工业应用等进行了较系统的探索，取得了可喜的成果和经验，如王萍在“利用黄河泥沙制作防汛备防石的试验研究”中以水泥和粉煤灰作胶结剂，黄河泥沙为骨料来制备黄河泥沙备防石；李浩等在“一种利用黄河泥沙制成的免烧砖及其生产方法”中以水泥、氟石膏粉为胶结剂，黄河泥沙为主要粒料，采用挤压成型的方式制作免蒸免烧砖；李珉安等在“一种利用黄河泥沙制备的加气混凝土砌块”中以水泥、粉煤灰、石灰为胶结剂，黄河泥沙为主要的骨料制作了加气混凝土砌块等制品多是以黄河泥沙作为惰性骨料直接进行加工使用。岳钦艳等在“赤泥黄河泥沙烧结砖及其制备方法”中采用赤泥与黄河泥沙的混合物进行高温焙烧成型烧结砖；吴建锋等在“黄河泥沙制备陶瓷清水砖的研究”中以黄河泥沙为主要原材料，采用挤出成型、高温焙烧的方式制作陶瓷清水砖；徐晓虹等在“黄河泥沙质陶瓷泥浆工艺性能的影响因素”中以黄河泥沙为主要原料成功地调制了适合于注浆成型的陶瓷泥浆，黄河泥沙的添加质量(下同)高达60％，高温焙烧来制作陶瓷酒瓶；曹珍珠等在“利用黄河泥沙制备陶瓷多孔颗粒”中，以山东省垦利县黄河泥沙为实验原料，外加碳粉和碳化硅为发泡剂，提出一种利用河沙制备多孔
陶瓷方法。
5.目前黄河泥沙资源化利用研究中主要的技术手段，分为二类：一方面，黄河泥沙作为一种优质的硅质材料，其中含有一定的粘土成分具有一定的活性，作为骨料来应用未能充分发挥材料的活性，限制了其应用的范围；另一方面，黄河泥沙属于硅质材料熔点高，对其进行烧结需要较高的温度，需要消耗较多的能源，降低了其资源化利用的性价比。因此，这两类技术手段在技术上、应用上存在一定的不足，且目前均尚没有形成规模，也没有形成牵动全局的产业。
6.如果将黄河泥沙作为灰砂胶凝体系中硅质材料的来源，把适宜品相特征的黄河泥沙进行胶凝化，即将黄河泥沙转化为胶凝材料，甚至成为目前广泛使用的通用硅酸盐水泥的替代品，则具有巨大的生态意义和工程应用前景。不仅解决了目前河砂、山砂等传统硅质材料短缺的问题，而且对解决黄河流域泥沙淤积造成的生态问题、安全问题提供了很好的解决方案，为黄河泥沙资源化利用提供了一条新途径。
技术实现要素：
7.本发明针对灰砂胶凝体系存在的问题，提供了一种绿色环保灰砂胶凝材料及其制备方法，提出并解决了河沙和山砂等传统硅质材料短缺，不可再生性的问题，实现了黄河泥沙的胶凝化利用，减少了水泥等高碳排放胶凝材料的使用。
8.本发明的技术方案：
9.一种以黄河泥沙为硅质材料的灰砂胶凝材料，体系中的钙硅比为0.5～0.9；水固比为 0.1～0.6。各物质的质量百分比为：水10％～40％；生石灰10％～25％；黄河泥沙45％～70％。
10.作为进一步的技术方案，所述生石灰中有效cao含量不低于80％，粉磨后过80um的筛子，比表面积不低于410m2/kg。
11.作为进一步的技术方案，所述黄河泥沙粒径小于80um的百分比不低于80％，二氧化硅含量不低于60％。
12.一种以黄河泥沙为硅质原料的灰砂胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
13.s1、按照上述以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料的配方，称取各个组分备用；
14.s2、将生石灰进行粉磨，粉磨后过80um筛子；
15.s3、调整黄河泥沙含水率不高于10％；将黄河泥沙过80um筛子；
16.s4、将步骤s2、s3得到的材料均匀混合；
17.s5、将步骤s4得到的混合料与水混合，并充分搅拌5min～10min；
18.s6、将步骤s5调配好的浆体浇筑于适当尺寸的钢制模具中，在温度不低于15℃、相对湿度不低于50％的环境中静置12h后脱模。
19.s7、将步骤s6制作好的试件放入蒸压釜中蒸养。条件设置为：压力0.8～1.2mpa，温度 174℃～200℃；升温时间1.5～2h，保温时间4～8h，降温时间1.5～2h。
20.本发明的有益效果为：
21.1、本发明将黄河泥沙作为硅质材料引入到灰砂胶凝体系中，以实现黄河泥沙胶凝化利用，为推动黄河泥沙资源化多联产技术提供基础保障。这一方面解决了黄河流域泥沙
淤积的生态问题，另一方面也解决硅质材料短缺、不可再生性的问题。并且灰砂胶凝体系的应用在一定程度上能够减少水泥等碳排放较高的胶凝材料的使用。
22.2、粒度较细的黄河泥沙经过简单地筛分，就可以直接作为灰砂胶凝材料的硅质材料。与传统的须经粉磨处理的河沙等材料相比，黄河泥沙具有较好的节能效益。河沙、山砂等硅质材料属于不可再生能源，黄河泥沙的来源主要是经黄河上游的岩石风化和黄土高原的水土流失，具有一定的可再生性，材料储备丰富，具有可持续性。
附图说明
23.附图1是灰砂胶凝材料的抗压强度与黄河泥沙掺量变化关系示意图。
具体实施方式
24.以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
25.实施例1
26.一种以黄河泥沙为硅质材料的灰砂胶凝材料，由以下重量百分比的组分组成：灰砂胶凝体系中的钙硅比为0.6；水固比为0.52。根据以上比例计算各种物质的质量百分比为：水34.4％；生石灰20.6％(有效cao含量为80％)；黄河泥沙45％(sio2含量为65％)。
27.其制备方法包括以下步骤：
28.s1、按照上述的一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料的配方，称取各个组分备用；
29.s2、将生石灰进行机械粉磨，然后过80um筛；
30.s3、调整黄河泥沙含水率不高于10％；将黄河泥沙过80um筛；
31.s4、将s2、s3均匀混合，搅拌5min；
32.s5、将s4得到混合料与水拌合，搅拌5min；
33.s6、将s5调配好的浆体倒入40mm*40mm*40mm的钢制模具中，静置12h。
34.s7、将步骤s6制作好的试件脱模后，将试件放入蒸压釜中。蒸压压强设置为1mpa，相应的温度为185℃。升温时间为1.5h，保温时间为5h，降温时间为1.5h。
35.本实例所得一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料性能如表1示。
36.表1实施例1性能测试结果
[0037][0038]
实施例2
[0039]
一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料，由以下重量百分比的组分组成：灰砂胶凝体系中的钙硅比为0.6；水固比为0.45。根据以上比例计算各种物质的质量百分比为：水31.0％；生石灰19.0％(有效cao含量为80％)；黄河泥沙50％(sio2含量为65％)。
[0040]
其制备方法包括以下步骤：
[0041]
s1、按照上述的一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料的配方，称取各个组分备用；
[0042]
s2、将生石灰进行机械粉磨，然后过80um筛；
[0043]
s3、将黄河泥沙过80um筛；调整黄河泥沙含水率不高于10％；
[0044]
s4、将s2、s3均匀混合，搅拌5min；
[0045]
s5、将s4得到混合料与水拌合，搅拌5min；
[0046]
s6、将s5调配好的浆体倒入40mm*40mm*40mm的钢制模具中，静置12h。
[0047]
s7、将步骤s6制作好的试件脱模后，将试件放入蒸压釜中。蒸压压强设置为0.8mpa，相应的温度为174℃。升温时间为1.5h，保温时间为6h，降温时间为1.5h。
[0048]
本实例所得一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料性能如表2示。
[0049]
表2实施例2性能测试结果
[0050][0051]
实施例3
[0052]
一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料，由以下重量百分比的组分组成：灰砂胶凝体系中的钙硅比为0.6；水固比为0.25。根据以上比例计算各种物质的质量百分比为：水24.2％；生石灰20.8％(有效cao含量为80％)；黄河泥沙55％(sio2含量为65％)。
[0053]
其制备方法包括以下步骤：
[0054]
s1、按照上述的一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料的配方，称取各个组分备用；
[0055]
s2、将生石灰进行机械粉磨，然后过80um筛；
[0056]
s3、将黄河泥沙过80um筛；调整黄河泥沙含水率不高于10％；
[0057]
s4、将s2、s3均匀混合，搅拌5min；
[0058]
s5、将s4得到混合料与水拌合，搅拌5min；
[0059]
s6、将s5调配好的浆体倒入40mm*40mm*40mm的钢制模具中，静置12h。
[0060]
s7、将步骤s6制作好的试件脱模后，将试件放入蒸压釜中。蒸压压强设置为0.8mpa，相应的温度为174℃。升温时间为1.5h，保温时间为6h，降温时间为1.5h。
[0061]
本实例所得一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料性能如表3示。
[0062]
表3实施例3性能测试结果
[0063][0064]
实施例4
[0065]
一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料，由以下重量百分比的组分
组成：灰砂胶凝体系中的钙硅比为0.6；水固比为0.21。根据以上比例计算各种物质的质量百分比为：水17.6％；生石灰22.4％(有效cao含量为90％)；黄河泥沙60％(sio2含量为60％)。
[0066]
其制备方法包括以下步骤：
[0067]
s1、按照上述的一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料的配方，称取各个组分备用；
[0068]
s2、将生石灰进行机械粉磨，然后过80um筛；
[0069]
s3、将黄河泥沙过80um筛；调整黄河泥沙含水率不高于10％；
[0070]
s4、将s2、s3均匀混合，搅拌5min；
[0071]
s5、将s4得到混合料与水拌合，搅拌5min；
[0072]
s6、将s5调配好的浆体倒入20mm*20mm*20mm的钢制模具中，静置12h。
[0073]
s7、将步骤s6制作好的试件脱模后，将试件放入蒸压釜中。蒸压压强设置为0.8mpa，相应的温度为174℃。升温时间为1.5h，保温时间为6h，降温时间为1.5h。
[0074]
本实例所得一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料性能如表4示。
[0075]
表4实施例4性能测试结果
[0076][0077]
实施例5
[0078]
一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料，由以下重量百分比的组分组成：灰砂胶凝体系中的钙硅比为0.6；水固比为0.17。根据以上比例计算各种物质的质量百分比为：水14.3％；生石灰15.7％(有效cao含量为90％)；黄河泥沙70％(sio2含量为60％)。
[0079]
其制备方法包括以下步骤：
[0080]
s1、按照上述的一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料的配方，称取各个组分备用；
[0081]
s2、将生石灰进行机械粉磨，然后过80um筛；
[0082]
s3、将黄河泥沙过80um筛；调整黄河泥沙含水率不高于10％；
[0083]
s4、将s2、s3均匀混合，搅拌5min；
[0084]
s5、将s4得到混合料与水拌合，搅拌5min；
[0085]
s6、将s5调配好的浆体倒入40mm*40mm*40mm的钢制模具中，静置12h。
[0086]
s7、将步骤s6制作好的试件脱模后，将试件放入蒸压釜中。蒸压压强设置为0.8mpa，相应的温度为174℃。升温时间为1.5h，保温时间为6h，降温时间为1.5h。
[0087]
本实例所得一种以黄河泥沙为硅质材料的绿色环保灰砂胶凝材料性能如表5示。
[0088]
表5实施例5性能测试结果
[0089][0090]
黄河下游的粒径较细的黄河泥沙属于天然的硅质材料，是由上游黄土高原上的岩石风化颗粒，经黄河水源源不断的输送到下游，因此具有一定的可再生性。将黄河泥沙引入到灰砂胶凝体系中具有重要的战略意义。黄河下游黄河泥沙大量淤积在河道中，甚至形成地上河，每年黄河汛期都会发生黄河决堤的情况，严重威胁到黄河周边群众的生命安全。黄河是我们的母亲河，如何科学合理的利用这些泥沙资源成为了目前迫切需要解决的问题。
[0091]
本发明提出了将黄河泥沙胶凝化的解决方案，充分利用黄河泥沙具有可再生性的资源优势。黄河泥沙胶凝化可实现以点带面多方向、多产业地多联发技术，为推动黄河泥沙资源的大规模利用，提供了理论技术支持。