CN105084799B - 一种水泥早强剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥早强剂含有无水硫铝酸钙：34～58％，铝酸一钙：42～66％。本发明不含有有机物。所述的水泥早强剂的制备方法为：将含钙废弃物、铝矾土和脱硫石膏，混合均匀，加水，研磨，水灰比为0.3～0.42，研磨4～7h，将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样；将上述试样恒温养护，养护温度为65～95℃，养护时间为15～24h，然后冷却，破碎后，于800～1000℃下煅烧60～120min，取出后急冷，粉磨后得到水泥早强剂。采用本发明所提供的方法制得的早强剂具有早强促凝的优异性能，且无需添加对人体有害的有机物。

Description

一种水泥早强剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水泥外加剂制备技术领域，具体涉及一种水泥早强剂及其制备方法。
背景技术
早强剂是水泥及水泥基材料的外加剂之一。是指能提高水泥及水泥基制品早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进制品早期强度的发展；既具有早强功能，又具有一定减水增强功能。然而市场上现有的水泥早强剂制备工艺复杂，能耗大，且多添加有机物对人体有害，不能满足可持续发展以及水泥和水泥基材料早强快凝的需求。
常用的早强剂有以下三种：1)氯化物系早强剂如CaCl2，效果好，除提高混凝土早期强度外，还有促凝、防冻效果，价低，使用方便，一般掺量为1％～2％，缺点是会使钢筋锈蚀。在钢筋混凝中，CaCl2掺量不得超过水泥用量的1％，通常与阻锈剂NaNO2复合使用。2)硫酸盐系早强剂如硫酸钠，又名元明粉，为白色粉末，适宜掺量为0.5％～2％，多为复合使用，如NC，是硫酸钠、糖钙与青砂混合磨细而成的一种复合早强剂。3)有机物系早强剂有机物系列早强剂主要有三乙醇胺、三异丙醇胺、甲醇、乙醇等等，最常用的是三乙醇胺。三乙醇胺为无色或淡黄色透明油状液体，易溶于水，一般掺量为0.02％～0.05％，有缓凝作用，一般不单掺，常与其他早强剂复合使用。
例如，公开号为CN104402286A的中国专利申请，公开了一种混凝土早强剂及其制备方法由硫酸铝、生石膏、硫酸盐、碳酸钠、矿渣粉、三乙醇胺、氢氧化钾、粉煤灰、氯化铵、硅酸钙和水进行合理的配比配方进行混合加工后，烘干造粒后制得。又如公开号为CN104291722A的中国专利，公开了一种混凝土早强剂包含如下组成成分：甲酸钙28-33份，氯化钠15-24份，亚硫酸钠、氢氧化钠混合物12-16份，硫酸铝钾16-19份，三异丙醇胺15-17份，乙醇12-14份，脂肪酸乙醇酰胺20-30份，芒硝6-9份，糖钙5-10份，石灰7-14份，煤灰9-17份。所述粉状亚硫酸钠、氢氧化钠混合物中亚硫酸钠、氢氧化钠所占比例为85％∶15％。
上述现有技术中的早强剂具有以下的不足：(1)有机物的添加对人体有害；(2)不能可持续发展，对废弃物的利用率较低；(3)制备工艺复杂。能否开发一种新型的不添加有机物的早强剂，同时克服上述现有技术中的工艺复杂、能耗高的不足，是值得本领域研究的课题。
发明内容
发明目的：针对现有技术中早强剂的制备工艺复杂，能耗较高的不足，为了满足可持续发展的要求，本发明提供一种以工业废渣为原料的新型早强剂，不属于现有技术中的三种常规类型的早强剂。同时，本发明还并提供了所述早强剂的制备方法。
技术方案：与现有技术不同的是，本发明所述的水泥早强剂含有无水硫铝酸钙：34～58％，铝酸一钙：42～66％。本发明不含有有机物。
本发明所述的水泥早强剂，采用的原料为含钙废弃物、工业石膏和铝矾土；所述的含钙废弃物可以是糖滤泥、电石渣、增钙液态渣、矿渣和钢渣中的一种或多种混合物。所述的工业石膏可以是脱硫石膏、磷石膏中的一种或多种混合物。
所采用的原料中含有CaO、SO3和Al2O3，以原料总重为1计，各组分质量含量分别为26.79～35.76％、12.03～19.21％和12.66～22.31％。
本发明通过原料的组成、用量和工艺来控制产品的组分及含量。
具体的，本发明所述的水泥早强剂的制备方法为：将含钙废弃物、工业石膏和铝矾土，混合，加水，研磨，水灰比为0.3～0.42，研磨4～7h，将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样；
将上述试样恒温养护，养护温度为65～95℃，养护时间为15～24h，然后冷却，破碎后，于800～1000℃下煅烧60～120min，取出后急冷，粉磨后得到水泥早强剂。优选的，养护温度85～90℃，养护时间15～21h。优选的，煅烧温度860～1000℃，煅烧时间60～100min。
所述的含钙废弃物为糖滤泥、电石渣、增钙液态渣、矿渣和钢渣中的一种或多种混合物。所述的工业石膏为脱硫石膏、磷石膏中的一种或多种混合物。
所述的含钙废弃物、铝矾土和工业石膏的质量比为34.4～46.7％：17.6～31.0％：27.8～45.8％。
上述过程中，水泥早强剂的粉磨，磨至比表面积为350～400m2/kg即可。
上述过程中的急冷，将煅烧后的试样从高温炉中取出置于冷风机下迅速冷却。
有益效果：1，从原料的角度，本发明以工业废渣用作水泥早强剂的原料，废物利用节约资源，有利于水泥早强剂的可持续发展。
2，从方法的角度，本发明采用化学法，通过选取合适的矿物配比和先水热合成再烧制的方法实现水泥早强剂的制备。
3，从产品的角度，采用本发明所提供的方法制得的早强剂具有早强促凝的优异性能，且无需添加对人体有害的有机物。
具体实施方式：
下面通过几个典型的实施例来对本发明进一步说明，本实施例中所使用的原料的组分，见下表(表中数值均为质量含量)：
表1原料主要成分(％)
CaO％ SO3％ Al2O3％ H2O％
糖滤泥 46.67 1.76 1.09 ——
电石渣 64.57 1.20 2.56 5.86
铝矾土 0.37 —— 72.00 ——
脱硫石膏 30.90 44.00 2.73 16.53
磷石膏 28.67 40.53 0.62 17.00
钢渣 40.00 0.05 0.60 ——
实施例1
将351g电石渣、310g铝矾土和339g脱硫石膏配好后置于行星磨中，加420g水，研磨5h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于已升温至设定温度为95℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护15h后取出冷却；
将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在1000℃下煅烧60min，取出后急冷，球磨机粉磨至比表面积为390m2/kg即得到水泥早强剂。所得到的水泥早强剂，经过检测，其中含有无水硫铝酸钙和铝酸一钙；
在P·I硅酸盐水泥(42.5)中加上述早强剂3％，初凝时间120min，3d胶砂强度达到30.4MPa。
实施例2
将467g钢渣、255g铝矾土和278g脱硫石膏配好后置于行星磨中，加375g水，研磨4h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于已升温至设定温度为85℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护21h后取出冷却；
将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在860℃下煅烧100min，取出后急冷，球磨机粉磨至比表面积为370m2/kg即得到水泥早强剂。所得到的水泥早强剂，经过检测，其中含有无水硫铝酸钙和铝酸一钙；
在P·I硅酸盐水泥(42.5)中加上述早强剂5％，初凝时间130min，3d胶砂强度达到27.6MPa
实施例3
将413g糖滤泥、234g铝矾土和353g磷石膏配好后置于行星磨中，加335g水，研磨7h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于已升温至设定温度为75℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护18h后取出冷却；
将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在920℃下煅烧80min，取出后急冷，球磨机粉磨至比表面积为350m2/kg即得到水泥早强剂。所得到的水泥早强剂，经过检测，其中含有无水硫铝酸钙和铝酸一钙；
在P·I硅酸盐水泥(42.5)中加上述早强剂4％，初凝时间125min，3d胶砂强度达到26.3MPa。
实施例4
将444g钢渣、176g铝矾土和380g磷石膏配好后置于行星磨中，加300g水，研磨6h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于已升温至设定温度为65℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护24h后取出冷却；
将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在800℃下煅烧120min，取出后急冷，球磨机粉磨至比表面积为400m2/kg即得到水泥早强剂。所得到的水泥早强剂，经过检测，其中含有无水硫铝酸钙和铝酸一钙；
在P·I硅酸盐水泥(42.5)中加上述早强剂6％，初凝时间100min，3d胶砂强度达到25.8MPa。
实施例5
将331g电石渣、211g铝矾土和458g磷石膏配好后置于行星磨中，加300g水，研磨6h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于已升温至设定温度为65℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护24h后取出冷却；
将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在800℃下煅烧120min，取出后急冷，球磨机粉磨至比表面积为400m2/kg即得到水泥早强剂。所得到的水泥早强剂，经过检测，其中含有无水硫铝酸钙和铝酸一钙；
在P·I硅酸盐水泥(42.5)中加上述早强剂4％，初凝时间100min，3d胶砂强度达到26.8MPa。
实施例6
将344g钢渣、220g铝矾土和436g脱硫石膏配好后置于行星磨中，加300g水，研磨6h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；
将上述试样置于已升温至设定温度为65℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护24h后取出冷却；
将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在800℃下煅烧120min，取出后急冷，球磨机粉磨至比表面积为400m2/kg即得到水泥早强剂。所得到的水泥早强剂，经过检测，其中含有无水硫铝酸钙和铝酸一钙；
在P·I硅酸盐水泥(42.5)中加上述早强剂5％，初凝时间110min，3d胶砂强度达到25.3MPa。
从实施例1～6中可以看出，实施例1是最佳实施例，即养护温度为95℃、煅烧温度为1000℃，得到的早强剂中无水硫铝酸钙的含量较高。得到的早强剂添加到水泥基材料中，能有效的改善试件的早期强度。

Claims (7)

1.一种水泥早强剂，其特征在于所述的水泥早强剂的组成为：无水硫铝酸钙：34～58％，铝酸一钙：42～66％；
所述的原料为含钙废弃物、工业石膏和铝矾土；原料中含有CaO、SO3和Al2O3，以原料总重为1计，各组分质量含量分别为26.79～35.76％、12.03～19.21％和12.66～22.31％；
所述水泥早强剂通过如下方法得到：将含钙废弃物、工业石膏和铝矾土，混合，加水，研磨，水灰比为0.3～0.42，研磨4～7h，将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样；
将上述试样恒温养护，养护温度为65～95℃，养护时间为15～24h，然后冷却，破碎后，于800～1000℃下煅烧60～120min，取出后急冷，粉磨后得到水泥早强剂。
2.如权利要求1所述的早强剂，其特征在于所述的含钙废弃物为糖滤泥、电石渣、增钙液态渣、矿渣和钢渣中的一种或多种混合物。
3.如权利要求1所述的早强剂，其特征在于所述的工业石膏为脱硫石膏、磷石膏中的一种或多种混合物。
4.如权利要求1所述的早强剂，其特征在于所述的含钙废弃物、铝矾土和工业石膏的质量比为34.4～46.7％：17.6～31.0％：27.8～45.8％。
5.如权利要求1所述的早强剂，其特征在于所述水泥早强剂的粉磨，磨至比表面积为350～400m2/kg即可。
6.如权利要求1所述的早强剂，其特征在于所述的急冷，将煅烧后的试样从高温炉中取出置于冷风机下迅速冷却。
7.如权利要求1所述的早强剂，其特征在于所述的养护温度为85～90℃，养护时间为15～21h。
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