CN102079637A - 水泥改性剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水泥改性剂。本发明的水泥改性剂包括A组分和B组分，其中，A组分为含钡盐的混合物，B组分为具有多孔结构的天然无机矿。本发明水泥改性剂成本低、制备工艺简单、环保，用本发明水泥改性剂制得的水泥具有耐化学腐蚀性强、结合强度大和使用寿命长的优点。

Description

水泥改性剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种水泥改性剂，特别是一种使水泥具有强耐化学腐蚀性和结合强度的水泥改性剂，属于建筑领域。
背景技术
水泥混凝土作为建筑材料已经有几百年的历史，它具有成本低、易施工、强度大、稳定性好等优点，被广泛用于各种领域。在长期应用过程中，人们逐渐发现，某些化学物质对水泥有腐蚀作用，严重影响了水泥的强度和使用寿命，如海水、盐湖水、盐沼水或某些污水中含有Na2SO4、K2SO4、(NH4)2SO4等可溶性硫酸盐，这些物质与水泥中的Ca(OH)2发生反应，生成CaSO4，CaSO4进一步与水泥中的固态水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，其为针状晶体，被业内人称为“水泥杆菌”，由于高硫型水化硫铝酸钙含有大量的结晶水，使得水泥混凝土的体积增大1.5倍以上，使混凝土变松，变疏，并逐渐失去强度。
海水、盐湖水、盐沼水和工业废水中含有的MgSO4、MgCl2等与水泥中的Ca(OH)2同样可发生反应生成Mg(OH)2和CaCl2。Mg(OH)2本身松软无凝胶力，CaCl2易溶于水，将同样破坏混凝土的强度和降低其寿命。
被专家称为“混凝土癌症”的混凝土碱——集料反应是指混凝土微孔中的游离碱液与水泥中的活性物质——二氧化硅、硅酸盐和碳酸盐反应，生成的新物质遇水膨胀，可使混凝土开裂。水、空气和空气中的二氧化碳将沿裂缝不断进入混凝土内部，加速对混凝土的破坏作用。海水、盐湖水、盐沼水和工业废水中的硫酸盐将进一步加速“混凝土癌症”的进程。
公开号为CN1130605、CN1207240、CN1026228和CN1139550的专利申请均公开了水泥改性剂，而这些专利所采用的方法是添加聚合物，利用聚合物所形成的膜阻止有害物质渗透到混凝土内部。这种方法虽然也起到了一定的效果，但成本高，形成的膜易被破坏，从而影响使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥改性剂，本发明的水泥改性剂成本低、制备工艺简单，所用原料可为含钡盐的工业废渣，有利于解决工业废渣的处理。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种水泥改性剂，其特征在于，包括A组分和B组分，A组分为含钡盐的混合物，B组分为具有多孔结构的天然无机矿。
其中，所述A组分是50-80wt％的含钡盐的混合物，其中，所述含钡盐的混合物中钡盐的含量为按重量计1-20％，优选6-12％；所述B组分是20-50wt％的具有多孔结构的天然无机矿。
所述含钡盐的混合物是工业废渣。
其中，所述工业废渣是硫化钡工业废渣、碳酸钡工业废渣、硫酸钡工业废渣、和重晶石与煤粉煅烧物中的一种或多种的混合物。
所述钡盐是一种钡盐或多种钡盐的混合物。
优选，所述钡盐是不可溶性但在酸性条件下能游离出钡离子的化合物、可溶性钡盐或二者的混合物；
其中，所述不可溶性但在酸性条件下能游离出钡离子的化合物是但不限制于碳酸钡和磷酸氢钡中的一种或多种的混合物；
所述可溶性钡盐是但不限制于硝酸钡、氯化钡、硫化钡和氢氧化钡中的一种或多种的混合物。
所述具有多孔结构的天然无机矿是天然沸石、硅藻土和麦饭石中的一种或多种的混合物。
本发明还提供了一种制备所述的水泥改性剂的方法，包括如下步骤：按所述配比将A组分和B组分混合，用磨机将所得混合物磨至粒径为200-800目的细粉，即得到水泥改性剂。
其中，所述磨机为球磨机、立磨机、滚磨机、振动磨机或雷蒙磨机。
所述具有多孔结构的天然无机矿可以是但不限制于天然沸石、硅藻土和麦饭石中的一种或多种的混合物。
本发明还提供了一种所述的水泥改性剂的制备方法，包括如下步骤：按所述配比将A组分和B组分混合，用磨机将所得混合物磨至粒径为200-800目的细粉，即得到水泥改性剂。
其中，所述磨机为球磨机、立磨机、滚磨机、振动磨机或雷蒙磨机。
本发明的水泥改性剂主要用于建筑领域，使用时，在普通硅酸盐水泥中添加按水泥总重量计10-50％的水泥改性剂，混合均匀后，按与普通硅酸盐水泥完全相同的应用方法使用。
本发明的水泥改性剂采用钡盐或含钡盐的混合物为原料，出于成本的考虑，所用混合物为含钡盐的工业废渣，使得生产成本低，制备工艺简单，同时解决了工业废渣处理的问题。使用本发明水泥改性剂配成的水泥具有很强的耐化学腐蚀性和结合强度，并且配成的水泥使用寿命长。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。
本发明水泥改性剂包括两种组分：A组分和B组分，其中，A组分为含有钡盐的混合物。B组分为具有多孔结构的天然无机矿。
在本发明的实施例中，所述含有钡盐的混合物是含钡盐的工业废渣，这些工业废渣可以是工业上用重晶石制备硫化钡、沉淀碳酸钡、沉淀硫酸钡等所产生的废渣，或重晶石与煤粉煅烧物，或者是这些废渣与所述煅烧物混合的复配物。
在本发明的实施例中，只要在水溶液中或不溶于水但在酸性溶液中能游离出钡离子的钡盐都可以使用。能溶于水的钡盐例如是氢氧化钡、硝酸钡、氯化钡、硫化钡等，使用时，可以使用它们中的一种，也可以使用它们的混合物。
而碳酸钡、磷酸氢钡等弱酸钡盐微溶于水或不溶于水，这类钡盐只有在酸性条件下才能游离出钡离子，这类钡盐也是可以使用的。
游离出的钡离子很容易与海水、盐湖水、盐沼水或工业废水中的硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵等发生反应，生成难溶于水化学性能非常稳定的硫酸钡，从而有效解决“水泥杆菌”的问题。
使用工业废渣作为钡离子的来源时，这些废渣中钡盐含量约为按重量计1-20％，优选6-12％。采用废渣或煅烧物作为原料，不但解决了工业废渣的处理问题，有利于环保，还能够将其用于水泥作为水泥改性剂，实现了环保中变废为宝的理念。
本发明的组分B为具有多孔结构的天然无机矿。由于多孔网状的结构，其比表面积大，具有很强的吸附性能和离子交换功能，而且这类结构的微孔中含有大量游离的酸性物质。组分B的吸附性可使组分A中的游离出的钡离子长期维持在一定浓度。
微孔结构中的大量游离酸性物质可中和混凝土微孔中的游离碱，通过离子交换，可将海水、盐湖水、盐沼泽水或工业废水中的镁离子、氯离子除去，从而解决“混凝土癌症”的问题。
在本发明中，组分A的量为50-80wt％，组分B的量为20-50wt％。
本发明的水泥改性剂的制备方法简单，具体是：按所述配比将A组分和B组分混合，用磨机将所得混合物磨至粒径为200-800目的细粉，即得到水泥改性剂。
所用磨机设备可以是但不限制于球磨机、立磨机、滚磨机、振动磨机或雷蒙磨机等。
本发明水泥改性剂的使用方法也很简单，只需在制备混凝土时，在硅酸盐水泥与沙子、石子的常规比例混合的基础上，加入按硅酸盐水泥的总重量为基础计10-50％的水泥改性剂即可，制得的混凝土在海水、盐湖水、盐沼水或工业废水中可长期保持强度不变。
实施例1
1、水泥改性剂的制备
50kg硫化钡工业废渣(硫化钡含量为按重量计1％)，5kg重晶石与煤粉在1100℃下的煅烧物(硫化钡含量为按重量计40％)与30kg天然沸石混合，用球磨机磨成400目的细粉，得到水泥改性剂。
2、按以下配方分别制备两块25cm×15cm×10cm的混凝土块：
a、3kg河沙、2kg石子、2kg400号硅酸盐水泥
b、3kg河沙、2kg石子、2kg400号硅酸盐水泥、0.5kg水泥改性剂
3、按以下配方配制11kg实验液：
10kg水、500g硫酸钠、300g硫酸镁、200g氯化镁
4、性能检测
将两块混凝土块同时放入实验液中，浸泡1周后取出，放在潮湿空气中，1个月后观察效果，结果如表1所示。
表1
  外观  压力测试
 a混凝土块   外表出现多处暴皮  20MPa破碎
 b混凝土块   外表完整无损  75MPa无损坏
实施例2
1、水泥改性剂的制备
80kg沉淀硫酸钡工业废渣(硫化钡的含量为按重量计1.2％)与20kg天然沸石和20kg麦饭石混合，用振动磨机将所得混合物磨成350目的细粉，得到水泥改性剂。
2、按以下配比分别制备两块25cm×15cm×10cm的混凝土块：
a、3kg河沙、2kg石子、2kg250号硅酸盐水泥
b、3kg河沙、2kg石子、2kg250号硅酸盐水泥、0.8kg水泥改性剂。
3、按与实施例1相同的方法，配制实验液和检测水泥性能，结果如表2所示。
表2
  外观  压力测试
 a混凝土块   外表出现多处暴皮  15MPa破碎
 b混凝土块   外表完整无损  50MPa无损坏
实施例3
1、水泥改性剂的制备
100kg沉淀碳酸钡工业废渣(硫化钡的含量为按重量计1.5％)与30kg硅藻土混合，用振动磨机将所得混合物磨成200目的细粉，得到水泥改性剂。
2、按以下配比分别制备两块25cm×15cm×10cm的混凝土块：
a、3kg河沙、2kg石子、2kg250号硅酸盐水泥
b、3kg河沙、2kg石子、2kg250号硅酸盐水泥、1kg水泥改性剂。
3、按与实施例1相同的方法，配制实验液和检测水泥性能，结果如表2所示。
表3
  外观   压力测试
 a混凝土块   外表出现多处暴皮  30MPa破碎
 b混凝土块   外表完整无损  80MPa无损坏
实施例4
1、水泥改性剂的制备
50kg沉淀硫化钡工业废渣(硫化钡的含量为按重量计4％)与50kg麦饭石混合，用振动磨机将所得混合物磨成800目的细粉，得到水泥改性剂。
2、按以下配比分别制备两块25cm×15cm×10cm的混凝土块：
a、3kg河沙、2kg石子、2kg250号硅酸盐水泥
b、3kg河沙、2kg石子、2kg250号硅酸盐水泥、1.0kg水泥改性剂。
3、按与实施例1相同的方法，配制实验液和检测水泥性能，结果如表2所示。
表4
  外观  压力测试
 a混凝土块   外表出现多处暴皮  20MPa破碎
 b混凝土块   外表完整无损  70MPa无损坏
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水泥改性剂，其特征在于，包括A组分和B组分，A组分为含钡盐的混合物，B组分为具有多孔结构的天然无机矿。
2.根据权利要求1所述的水泥改性剂，其特征在于，所述A组分是50-80wt％的含钡盐的混合物，其中，所述含钡盐的混合物中钡盐的含量为按重量计1-20％，优选6-12％；所述B组分是20-50wt％的具有多孔结构的天然无机矿。
3.根据权利要求1或2所述的水泥改性剂，其特征在于，所述含钡盐的混合物是工业废渣。
4.根据权利要求3所述的水泥改性剂，其特征在于，所述工业废渣是硫化钡工业废渣、碳酸钡工业废渣、硫酸钡工业废渣、和重晶石与煤粉煅烧物中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的水泥改性剂，其特征在于，所述钡盐是一种钡盐或多种钡盐的混合物。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的水泥改性剂，其特征在于，所述钡盐是不可溶性但在酸性条件下能游离出钡离子的化合物、可溶性钡盐或二者的混合物；
优选，所述不可溶性但在酸性条件下能游离出钡离子的化合物是碳酸钡和磷酸氢钡中的一种或多种的混合物；
优选，所述可溶性钡盐是硝酸钡、氯化钡、硫化钡、和氢氧化钡中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的水泥改性剂，其特征在于，所述具有多孔结构的天然无机矿是天然沸石、硅藻土和麦饭石中的一种或多种的混合物。
8.一种制备权利要求1-7任意一项所述的水泥改性剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：按所述配比将A组分和B组分混合，用磨机将所得混合物磨至粒径为200-800目的细粉，即得到水泥改性剂。
9.根据权利要求8所述的水泥改性剂的制备方法，其特征在于，所述磨机为球磨机、立磨机、滚磨机、振动磨机或雷蒙磨机。
10.权利要求1-7任一项所述的水泥改性剂在建筑领域的应用。
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