CN101456685A - 一种抗裂型碱激发生态水泥 - Google Patents

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Abstract

一种抗裂型碱激发生态水泥，由A、B和C组成，A、B、C固相质量比为5～10∶75～90∶5～15。A.为激发剂，其组成按质量计，模数0.7～1.4水玻璃占≥80％，硫酸钠、磷酸钠、碳酸钠、氯化钠和氯化镁中一种或几种占≤20％，配成固含量≥40％的溶液使用。B.为矿物掺和料，其组成按质量计，矿渣粉30％～70％，其它掺和料30％～70％，其他掺和料是硅灰、粉煤灰、偏高岭土、赤泥、烧页岩、煤矸石、钢渣和合金渣中一种或几种，磨成比表面350～800m2/g粉。C.为活性氧化镁，其中MgO的质量含量≥70％。活性氧化镁700～1000℃烧成后和B混合粉磨。该水泥为早强、耐久、抗渗、抗腐蚀、抗冻融、水化热低、抗裂性好、经济环保的低碳排放生态水泥，用于土木建筑、水利、国防、油井及矿道支护工程。

Description

一种抗裂型碱激发生态水泥
技术领域
本发明涉及一种具有良好抗裂性的碱激发生态水泥的配方及制备方法。
背景技术
1957年，乌克兰基辅建筑科技大学的格鲁霍夫斯基(ВДГлуховский)发明了碱激发水泥，是用高浓度的碱或碱金属硅酸盐和碳酸盐来激活矿渣粉等制备的系列胶凝材料，目前在很多领域都有所应用。碱激发矿渣水泥有很多波特兰水泥不具备的优良性能如早强高强、强度增长持续、低需水量、高抗渗性、低水化热、高抗冻融性能、护筋作用强、节能、低碳排放和大量利用废渣，但是这种水泥也有诸多缺点：如过快的凝结时间、泛碱、粉化、过大的强度变异，还有人担心其碱集料反应的可能性，最重要的是其收缩开裂十分严重。其严重的开裂问题极大制约了这种水泥的推广应用。
碱激发水泥收缩开裂的根本原因是由于其水化产物中主要是凝胶状的C-S-H，基本不含结晶相，由于这种凝胶体积收缩率高，因此其抗裂性差。另外本申请者对碱激发水泥和普通硅酸盐水泥的微观结构进行了比较研究，研究表明：碱激发水泥水化物中孔结构和普通硅酸盐水泥相比比较细，孔隙液表面张力比较高；其水化物相C-S-H的凝胶颗粒也比较小，因此其水化膜比较厚，这些原因导致了其比较高的体积收缩，因此其抗裂性急剧变差。
本申请者在碱激发水泥中也加入一定量的活性氧化镁，在氧化镁水化形成氢氧化镁的过程中导致成固相体积的膨胀(大约148％)，只要控制好氧化镁的烧成温度，避免其死烧，则可以避免其在强度形成后产生过大不均匀膨胀而导致安定性不良，不仅达到增强作用也起到补偿收缩，在水化产物中也引入了一定的晶相，因此能大幅度改善其抗裂性能。
发明内容
本发明目的旨在针对普通的碱激发水泥抗裂性差的缺陷，提供一种抗裂型碱激发生态水泥。
本发明通过在碱激发水泥中加入活性氧化镁，利用氧化镁水化生产氢氧化镁的过程中的体积膨胀来补偿收缩并改善水化物组成，从而达到提高抗裂性的目的。
本发明的一种抗裂型的碱激发水泥，由A、B和C组分组成，A、B、C三组分的固相质量比为5～10：75～90：5～15，A组分为激发剂，为水玻璃与硫酸钠、磷酸钠、碳酸钠、氯化钠和氯化镁的一种或几种的混合物；B组分为一种以矿渣为主要成分的矿物掺和料，C组分为活性氧化镁。组分C起膨胀作用。
其中，所述的激发剂A的组成，按质量计，模数0.7～1.4水玻璃占80％以上，硫酸钠、磷酸钠、碳酸钠、氯化钠和氯化镁的一种或几种占20％以下，其中氯化钠和氯化镁含量不高于0.2％，配成固含量不低于40％的溶液使用，或者以固态粉末状使用。
所述的矿物和料B是以矿渣为主要成分细掺和料，其组成按质量计，矿渣粉占30％～70％，其它掺和料为70％～30％，其他掺和料是硅灰、粉煤灰、偏高岭土、赤泥、烧页岩、煤矸石、安定性合格钢渣和合金渣的中的一种或几种，但硅灰掺量不大于10％，根据其他掺和料的活性调整矿渣的掺量，其他掺和料的活性高，矿渣掺量取低值，其他掺和料活性低，矿渣掺量取高值，矿物细掺料的细度控制在比表面350～800m2/g，各成分混合均匀或混合粉磨。
所述的组分C为活性氧化镁，其中MgO的质量含量不应低于70％，活性氧化镁的烧成温度为700～1000℃。
所述的B、C组分事先混合粉磨，或者分开粉磨包装，在使用前B组分和C组分混合均匀。
本发明的抗裂型的碱激发水泥用于混凝土、砂浆和灌缝和灌注材料。其抗渗性好，早强高强。其体积收缩率和普通波特兰水泥接近，远优于普通的碱激发水泥。该水泥具有碱激发水泥的优点，并克服了其容易收缩开裂的缺点，能大量利用工业固体废弃物，不需要使用水泥熟料，因此其能耗和二氧化碳排放低，是一类生态型的水泥。
本发明的抗裂型的碱激发水泥早强高强、后期强度增长持续、需水量低、抗渗性高、水化热低、抗冻融性能好、护筋作用强、抗裂性好、节能和低碳排放、并能大量利用废渣。该水泥应用范围广，可广泛应用于土木建筑、水利、国防、油井和矿道支护等工程。
附图说明
图1为本发明的抗裂型碱激发水泥与普通硅酸盐水泥、普通的碱激发水泥的试样照片。
中间为普通硅酸盐水泥，基本无裂缝；左为普通的碱激发水泥，开裂严重；右边为本发明的抗裂型碱激发水泥，只有一条细微裂缝。
图2为加入不同煅烧温度的氧化镁的抗裂型碱激发水泥与普通碱激发水泥的试样照片。
从左到右依次是普通碱激发水泥，700℃煅烧活性氧化镁改性的碱激发水泥，800℃煅烧氧化镁改性的碱激发水泥，1000℃煅烧活性氧化镁改性的碱激发水泥。利用活性氧化镁改性后的碱激发水泥抗裂性比普通碱激发水泥大幅度提高。
具体实施方式
下面实施例对本发明的抗裂型的碱激发水泥进一步说明，其实施例在下述组成及条件范围内任意取值，A、B、C三组分的固相质量比为5～10：75～90：5～15；所述的激发剂A的组成，按质量计，模数0.7～1.4水玻璃占80％以上，硫酸钠、磷酸钠、碳酸钠、氯化钠和氯化镁的一种或几种占20％以下，其中氯化钠和氯化镁含量不高于0.2％；所述的矿物和料B组成按质量计，矿渣粉占30％～70％，其它掺和料为70％～30％，其他掺和料是硅灰、粉煤灰、偏高岭土、赤泥、烧页岩、煤矸石、安定性合格钢渣和合金渣的中的一种或几种，但硅灰掺量不大于10％，矿物细掺料为比表面350～800m2/g的细粉；所述的组分C是烧成温度为700～1000℃的活性氧化镁。
实施例1
抗裂型碱激发水泥的质量配比为A:B:C＝7.5:83:9.5。其中A为模数为1的水玻璃；B由粉煤灰与矿渣按40：60质量比组成，比表面积为380m2/g；C为煅烧温度为750℃生产活性氧化镁，标准砂浆的水灰比为0.34。
本实例得到的抗裂型碱激发水泥胶砂的3天抗折强度为5.06MPa，抗压强度为22.7MPa；7天抗折强度为6.35MPa，抗压强度为33.1MPa；28天抗折强度为7.78MPa，抗压强度为46.2MPa。胶砂的收缩率：1天为0.00188％，3天为0.00477％，7天为0.00817％，14天为0.00863％，21天为0.00895％，28天为0.00915％。
实施例2
抗裂型碱激发水泥的质量配比为A:B:C＝9.5:83:9.5。其中A为模数为1.2的水玻璃；B由粉煤灰与矿渣按40：60质量比组成，比表面积为680m2/g；C为煅烧温度为800℃生产活性氧化镁，标准砂浆的水灰比为0.37。
本实例得到的抗裂型碱激发水泥胶砂的3天抗折强度为9.24MPa，抗压强度为41.2MPa；7天抗折强度为12.12MPa，抗压强度为63.2MPa；28天抗折强度为14.33MPa，抗压强度为84.6MPa。胶砂的收缩率：1天为0.00201％，3天为0.00493％，7天为0.00921％，14天为0.00863％，21天为0.008947％，28天为0.009151％。
实施例3
抗裂型碱激发水泥的质量配比为A:B:C＝5:80:15。其中A为模数为0.8的水玻璃加20％的Na2SO4组成；B由烧煤矸石与矿渣按60：40质量组成，比表面积为450m2/g；C为煅烧温度为800℃生产活性氧化镁，标准砂浆的水灰比为0.36。
本实例得到的抗裂型碱激发水泥的3天抗折强度为4.46MPa，抗压强度为19.1MPa；7天抗折强度为6.20MPa，抗压强度为30.8MPa；28天抗折强度为7.39MPa，抗压强度为50.2MPa。胶砂的收缩率：1天为0.00201％，3天为0.00504％，7天为0.00932％，14天为0.00874％，21天为0.00912％，28天为0.00931％。
实施例4
抗裂型碱激发水泥的质量配比为A:B:C＝10:75:15。其中A为模数为1.0的水玻璃加5％的NaCO3组成；B由磷渣：矿渣＝30：70组成比表面积为490m2/g；C为煅烧温度为1000℃生产活性氧化镁，标准砂浆的水灰比为0.32。
本实例得到的抗裂型碱激发水泥的3天抗折强度为6.16MPa，抗压强度为29.4MPa；7天抗折强度为7.03MPa，抗压强度为36.5MPa；28天抗折强度为8.42MPa，抗压强度为53.9MPa。胶砂的收缩率：1天为0.00187％，3天为0.00525％，7天为0.00848％，14天为0.00876％，21天为0.00889％，28天为0.00913％。
实施例5
抗裂型碱激发水泥的质量配比为A:B:C＝8:83:9。其中A为模数为1.0的水玻璃加10％的NaCO3组成；B由赤泥：矿渣＝30：70组成比表面积为460m2/g；C为煅烧温度为900℃生产活性氧化镁，标准砂浆的水灰比为0.35。
本实例得到的抗裂型碱激发水泥的3天抗折强度为5.16MPa，抗压强度为25.1MPa；7天抗折强度为6.13MPa，抗压强度为30.5MPa；28天抗折强度为7.32MPa，抗压强度为43.9MPa。胶砂的收缩率：1天为0.00143％，3天为0.00415％，7天为0.00794％，14天为0.00821％，21天为0.00846％，28天为0.00875％。

Claims (6)

1、一种抗裂型的碱激发水泥，其特征在于，这种水泥由A、B和C组分组成，A、B、C三组分的固相质量比为5～10：75～90：5～15，A组分为激发剂，为水玻璃与硫酸钠、磷酸钠、碳酸钠、氯化钠和氯化镁的一种或几种的混合物；B组分为一种以矿渣为主要成分的矿物掺和料，C组分为活性氧化镁。
2、如权利要求1所述的一种抗裂型的碱激发水泥，其特征在于，所述的激发剂A的组成，按质量计，模数0.7～1.4水玻璃占80％以上，硫酸钠、磷酸钠、碳酸钠、氯化钠和氯化镁的一种或几种占20％以下，其中氯化钠和氯化镁含量不高于0.2％，配成固含量不低于40％的溶液使用，或者以固态粉末状使用。
3、如权利要求1所述的一种抗裂型的碱激发水泥，其特征在于，所述的矿物掺和料B是以矿渣为主要成分细掺和料，其组成按质量计，矿渣粉占30％～70％，其它掺和料为70％～30％，其他掺和料是硅灰、粉煤灰、偏高岭土、赤泥、烧页岩、煤矸石、安定性合格钢渣和合金渣的中的一种或几种，但硅灰掺量不大于10％，根据其他掺和料的活性调整矿渣的掺量，其他掺和料的活性高，矿渣掺量取低值，其他掺和料活性低，矿渣掺量取高值，矿物细掺料的细度控制在比表面350～800m2/g，各成分混合均匀或混合粉磨。
4、如权利要求1所述的一种抗裂型的碱激发水泥，其特征在于，所述的组分C为活性氧化镁，其中MgO的质量含量不应低于70％，活性氧化镁的烧成温度为700～1000℃。
5、如权利要求1所述的一种抗裂型的碱激发水泥，其特征在于，所述的B、C组分事先混合粉磨，或者分开粉磨包装，在使用前B组分和C组分混合均匀。
6、权利要求1所述的一种抗裂型的碱激发水泥用途，其特征在于，所述的水泥用于混凝土、砂浆和灌缝和灌注材料。
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