CN102942317B - 硫磷酸盐水泥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硫磷酸盐水泥，该水泥由下述重量份的原料混合均匀后制成：重烧氧化镁4~60份；磷酸二氢盐3~50份；调凝剂1~6份；轻烧氧化镁8~36份；含硫组份1~10份；工业废渣粉1~20份。本发明具有凝结时间从几分钟到几个小时之间任意可调、早强高强、粘结强度高、后期强度不倒缩、微膨胀和低温快速凝结硬化等优点。本发明施工工艺简单，非常适合于建筑、桥梁、道路、机场、隧道、大坝、水渠等工程结构缺陷的紧急修补，可以用于胶结砂石、工业废渣、轻骨料等材料，制作建筑砂浆、混凝土砖与砌块、保温墙板、隔热屋面等建筑材料制品，并在核废料、城市垃圾、淤泥等废物处理、生态环保、生物工程中具有广泛的应用前景。

Description

硫磷酸盐水泥

技术领域

本发明涉及一种建筑工程、交通工程技术领域的胶凝材料，尤其涉及一种硫磷酸盐水泥。

背景技术

建筑、桥梁、道路、机场、隧道、大坝、水渠等工程结构在长期的使用过程中，常因发生化学腐蚀、冻融循环、磨损与冲刷破坏、撞击与冲击损坏、地震作用、爆炸作用等耐久性因素或突发性灾害因素引起的表面剥落、结构开裂等损坏现象，采用紧急修补材料、快速地恢复工程结构的使用功能，是土木工程、交通工程、水工工程等领域的一项重要任务。目前，常见的紧急修补材料除高分子建筑结构胶粘剂以外，大量采用以无机材料为基本组成的水泥类修补材料。例如，中国发明专利申请200510011234.7公开了一种由快硬硫铝酸盐水泥、减水组分、缓凝组分、调节组分与早强组分所组成的混凝土快速修补材料及其应用方法，能快速提高修补材料2~6小时强度。中国发明专利申请200610028419.3公开了一种由硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、尾矿粉、粉煤灰和硅灰组成的建筑、筑路用快速修补材料，具有快速施工等功能。这类修补材料属于传统的硅酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥系列，其凝结时间不能自由调节，终凝时间长达2.5小时以上，难以满足紧急修补的使用要求。

中国发明专利申请200810200921.7公开了一种由磷酸二氢盐、金属氧化物粉末、调凝材料和粉煤灰组成的磷酸盐快速修补建筑材料，具有30分钟凝固的特点。中国发明专利ZL96199536.X公开了一种由磷化合物、镁化合物和无机化合物组成的磷镁水泥的制备方法、砂浆及复合材料。这2项发明专利或者专利申请，都是属于磷酸镁水泥系列，可通过调节调凝材料的用量，实现凝结硬化时间从几分钟到几个小时，早强高强，粘结强度高，后期强度不倒缩，微膨胀和低温快速凝结硬化的特点，非常适合于工程结构缺陷的紧急修补。但是，磷酸镁水泥必须使用经过1200℃以上高温煅烧的重烧氧化镁，能耗非常高，同时需要消耗大量的磷酸二氢盐，导致价格昂贵，严重制约了这种修补材料的推广应用，如果能够减少重烧氧化镁的用量，降低磷酸二氢盐的掺量，降低成本和工程造价，以磷酸镁水泥为主要胶凝材料的修补材料将具有较大的市场，应用前景十分看好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉，具有凝结时间任意可调、早强高强、粘结强度高、后期强度不倒缩、微膨胀和低温快速凝结硬化的硫磷酸盐水泥。

为解决上述问题，本发明所述的硫磷酸盐水泥，其特征在于：该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料混合均匀后制成：重烧氧化镁4~60份；磷酸二氢盐3~50份；调凝剂1~6份；轻烧氧化镁8~36份；含硫组份1~10份；工业废渣粉1~20份。

所述重烧氧化镁是指煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料、盐湖卤水提取碳酸锂工艺过程中所产生的副产品氧化镁粉末材料中的任何一种或两种的混合物。

所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙和磷酸二氢镁中的任何一种或两种以上的混合物。

所述调凝剂为硼酸、硼砂中的任何一种或两种的混合物。

所述轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法、水氯镁石-纯碱法、水氯镁石-石灰法、水氯镁石-白云石法、水氯镁石-碳铵法、水氯镁石-热解法、水氯镁石部分热解法制备而成的活性氧化镁粉末材料中的任何一种或两种以上的混合物。

所述含硫组份为浓硫酸、无水硫酸镁、一水硫酸镁、三水硫酸镁、五水硫酸镁、七水硫酸镁中的任何一种或两种以上的混合物。

所述工业废渣粉为粉煤灰、炉渣、矿渣、钢渣、脱硫石膏中的任何一种或两种以上的混合物。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明利用轻烧氧化镁—硫酸镁—水的三元体系胶凝材料（硫氧镁水泥）的快硬早强特性，与磷酸镁水泥进行复合，形成一种同样能够适用于工程结构紧急修补的新型胶凝材料——硫磷酸盐水泥。

2、由于本发明采用大量的粉煤灰、炉渣、矿渣、钢渣、脱硫石膏等工业废渣粉，因此，不但降低了生产成本，而且实现了废物综合利用，减少了对环境的污染。

3、由于本发明中有调凝剂，因此，能够达到快速凝结硬化的目的，凝结时间从几分钟到几个小时之间任意可调，并具有早强高强、与待修补的工程结构之间产生较强的粘结强度、后期强度不倒缩的特点（参见表1）。

表1

实施例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						水胶比	0.27	0.36	0.24	0.21	0.18
终凝时间（min）	65	58	72	47	41
						1天抗压强度(MPa)	13.4	15.2	18.2	23.9	20.1
3天抗压强度(MPa)	21.0	24.1	29.1	37.2	31.4
						28天抗压强度(MPa)	33.1	36.2	42.0	46.1	40.2

表1（续1）

实施例	实施例6	实施例7	实施例8	实施例9	实施例10
						水胶比	0.22	0.31	0.28	0.19	0.27
终凝时间（min）	51	50	60	51	57
						1天抗压强度(MPa)	17.1	17.8	20.1	18.6	21.3
3天抗压强度(MPa)	24.7	26.3	31.4	28.3	37.1
						28天抗压强度(MPa)	35.6	39.9	41.7	37.0	43.8

表1（续2）

实施例	实施例11	实施例12	实施例13	实施例14	实施例15
						水胶比	0.33	0.24	0.35	0.24	0.32
终凝时间（min）	41	39	48	71	59
						1天抗压强度(MPa)	23.7	19.4	21.7	29.5	28.3
3天抗压强度(MPa)	32.8	28.3	31.0	33.7	36.1
						28天抗压强度(MPa)	43.8	35.9	44.2	47.3	45.1

4、由于本发明属于硫氧镁水泥与磷酸镁水泥的复合胶凝材料，因此，本发明硫磷酸盐水泥体积稳定性好，凝结硬化时产生体积微膨胀，不开裂、不空鼓，耐水性强，使用寿命长。

5、由于本发明中有无机盐，无机盐溶液的冰点低，因此，本发明具有低温快速凝结硬化的特点，尤其适合于冬季或者低温环境条件下工程结构的修补。

6、由于本发明中所有原材料均属于无机材料，因此，本发明硫磷酸盐水泥无毒、无味、无放射性，对人体无害，不污染环境，属于环保型快速修补材料。

7、本发明在使用时，掺加短切纤维、并加水拌合后，能快速凝结硬化，与需要修补的工程结构之间产生较强的粘结强度，能够达到快速恢复工程结构的使用功能。

8、本发明施工工艺简单，非常适合于建筑、桥梁、道路、机场、隧道、大坝、水渠等工程结构缺陷的紧急修补，可以用于胶结砂石、工业废渣、轻骨料等材料，制作建筑砂浆、混凝土砖与砌块、保温墙板、隔热屋面等建筑材料制品，并在核废料、城市垃圾、淤泥等废物处理、生态环保、生物工程中具有广泛的应用前景。

具体实施方式

实施例1    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁31份；磷酸二氢盐27份；调凝剂3份；轻烧氧化镁25份；含硫组份7份；工业废渣粉8份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钾，调凝剂为硼砂，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为浓度98%的浓硫酸，工业废渣粉为粉煤灰。

实施例2    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁24份；磷酸二氢盐16份；调凝剂3份；轻烧氧化镁36份；含硫组份3份；工业废渣粉18份。

其中：重烧氧化镁为盐湖碳酸锂副产氧化镁是指盐湖卤水提取碳酸锂工艺过程中所产生的副产品氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢铵，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为水氯镁石部分热解法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为一水硫酸镁，工业废渣粉为炉渣，

实施例3    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁40份；磷酸二氢盐30份；调凝剂2份；轻烧氧化镁15份；含硫组份2份；工业废渣粉8份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料与盐湖卤水提取碳酸锂工艺过程中所产生的副产品氧化镁粉末材料按1：1的的重量比混合而成的混合物，磷酸二氢盐为磷酸二氢钠，调凝剂为硼酸和硼砂按照1：1的重量比混合而得的混合物，轻烧氧化镁为水氯镁石-热解法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为七水硫酸镁，工业废渣粉为矿渣。

实施例4    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁32份；磷酸二氢盐47份；调凝剂6份；轻烧氧化镁10份；含硫组份2份；工业废渣粉5份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钙，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为无水硫酸镁，工业废渣粉为粉煤灰。

实施例5    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁4份；磷酸二氢盐3份；调凝剂1份；轻烧氧化镁36份；含硫组份10份；工业废渣粉1份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢镁，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为水氯镁石-纯碱法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为三水硫酸镁，工业废渣粉为钢渣。

实施例6    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁60份；磷酸二氢盐50份；调凝剂6份；轻烧氧化镁8份；含硫组份1份；工业废渣粉20份。

其中：重烧氧化镁为盐湖卤水提取碳酸锂工艺过程中所产生的副产品氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钾和磷酸二氢铵按1：2的重量比混合而成的混合物，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为水氯镁石-石灰法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为五水硫酸镁，工业废渣粉为脱硫石膏。

实施例7    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁4份；磷酸二氢盐3份；调凝剂1份；轻烧氧化镁30份；含硫组份7份；工业废渣粉20份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵和磷酸二氢钠按1：1：4的重量比混合而成的混合物，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为水氯镁石-白云石法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为浓硫酸与无水硫酸镁按1：2的重量比混合而成的混合物，工业废渣粉为粉煤灰和炉渣按1：3的重量比混合而成的混合物。

实施例8    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁55份；磷酸二氢盐43份；调凝剂5份；轻烧氧化镁12份；含硫组份3份；工业废渣粉1份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠和磷酸二氢钙按1：1：0.5：3的重量比混合而成的混合物，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为水氯镁石-碳铵法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为浓硫酸、无水硫酸镁、一水硫酸镁按1：0.7：1的重量比混合而成的混合物，工业废渣粉为粉煤灰、炉渣和矿渣按1：2：0.6的重量比混合而成的混合物。

实施例9    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁47份；磷酸二氢盐41份；调凝剂4份；轻烧氧化镁4份；含硫组份2份；工业废渣粉20份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙和磷酸二氢镁按1：3：1：2：4的重量比混合而成的混合物，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法与水氯镁石-纯碱法制备而成的活性氧化镁粉末材料按1：4的重量比混合而成的混合物，含硫组份为浓硫酸、无水硫酸镁、一水硫酸镁、三水硫酸镁按1：1：0.8：3的重量比混合而成的混合物，工业废渣粉为粉煤灰、炉渣、矿渣和钢渣按1：3：1：2的重量比混合而成的混合物。

实施例10    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁42份；磷酸二氢盐37份；调凝剂3份；轻烧氧化镁15份；含硫组份5份；工业废渣粉1份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钙，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法、水氯镁石-纯碱法与水氯镁石-石灰法制备而成的活性氧化镁粉末材料按1：1：1的重量比混合而成的混合物，含硫组份为浓硫酸、无水硫酸镁、一水硫酸镁、三水硫酸镁、五水硫酸镁按1：4：1：2：1的重量比混合而成的混合物，工业废渣粉为粉煤灰、炉渣、矿渣、钢渣和脱硫石膏按1：1：7：1：0.8的重量比混合而成的混合物。

实施例11    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁31份；磷酸二氢盐19份；调凝剂2份；轻烧氧化镁27份；含硫组份6份；工业废渣粉14份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钙，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法、水氯镁石-纯碱法、水氯镁石-石灰法、水氯镁石-白云石法制备而成的活性氧化镁粉末材料按1：1：2：0.1的重量比混合而成的混合物，含硫组份为浓硫酸、无水硫酸镁、一水硫酸镁、三水硫酸镁、五水硫酸镁、七水硫酸镁按1：2：1：3：0.4：4的重量比混合而成的混合物，工业废渣粉为粉煤灰。

实施例12    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁25份；磷酸二氢盐13份；调凝剂2份；轻烧氧化镁34份；含硫组份8份；工业废渣粉8份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钙，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法、水氯镁石-纯碱法、水氯镁石-石灰法、水氯镁石-白云石法、水氯镁石-碳铵法制备而成的活性氧化镁粉末材料按1：1：1：4：4的重量比混合而成的混合物，含硫组份为七水硫酸镁，工业废渣粉为粉煤灰。

实施例13    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁13份；磷酸二氢盐8份；调凝剂1份；轻烧氧化镁33份；含硫组份9份；工业废渣粉5份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钙，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法、水氯镁石-纯碱法、水氯镁石-石灰法、水氯镁石-白云石法、水氯镁石-碳铵法、水氯镁石-热解法制备而成的活性氧化镁粉末材料按1：1：4：1：5：3的重量比混合而成的混合物，含硫组份为五水硫酸镁，工业废渣粉为粉煤灰。

实施例14    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁8份；磷酸二氢盐5份；调凝剂2份；轻烧氧化镁29份；含硫组份7份；工业废渣粉6份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钙，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法、水氯镁石-纯碱法、水氯镁石-石灰法、水氯镁石-白云石法、水氯镁石-碳铵法、水氯镁石-热解法、水氯镁石部分热解法制备而成的活性氧化镁粉末材料按1：1：2：0.1：4：0.9：2的重量比混合而成的混合物，含硫组份为一水硫酸镁，工业废渣粉为粉煤灰。

实施例15    硫磷酸盐水泥，该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料在混料机中混合均匀后制成，并按50kg/袋进行袋装：重烧氧化镁40份；磷酸二氢盐34份；调凝剂3份；轻烧氧化镁17份；含硫组份5份；工业废渣粉11份。

其中：重烧氧化镁为煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料，磷酸二氢盐为磷酸二氢钙，调凝剂为硼酸，轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法制备而成的活性氧化镁粉末材料，含硫组份为无水硫酸镁，工业废渣粉为粉煤灰。

上述实施例1~15中所有重量比均为kg/ kg。

应该理解，这里讨论的实施例和实施方案只是为了说明，对熟悉该领域的人可以提出各种改进和变化，这些改进和变化将包括在本申请的精神实质和范围以及所附的权利要求范围内。

Claims (1)

1.硫磷酸盐水泥，其特征在于：该水泥由粒度均为1~100μm的下述重量份的原料混合均匀后制成：重烧氧化镁4~60份；磷酸二氢盐3~50份；调凝剂1~6份；轻烧氧化镁8~36份；含硫组份1~10份；工业废渣粉1~20份；

其中：所述重烧氧化镁是指煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料、盐湖卤水提取碳酸锂工艺过程中所产生的副产品氧化镁粉末材料中的任何一种或两种的混合物；

所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙和磷酸二氢镁中的任何一种或两种以上的混合物；

所述调凝剂为硼酸、硼砂中的任何一种或两种的混合物；

所述轻烧氧化镁为煅烧菱镁矿法、水氯镁石-纯碱法、水氯镁石-石灰法、水氯镁石-白云石法、水氯镁石-碳铵法、水氯镁石-热解法制备而成的活性氧化镁粉末材料中的任何一种或两种以上的混合物；

所述含硫组份为浓硫酸、无水硫酸镁、一水硫酸镁、三水硫酸镁、五水硫酸镁、七水硫酸镁中的任何一种或两种以上的混合物；

所述工业废渣粉为粉煤灰、炉渣、矿渣、钢渣、脱硫石膏中的任何一种或两种以上的混合物。