CN106396450B - 一种无机矿物聚合物缓凝剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种无机矿物聚合物缓凝剂及其制备方法，该无机矿物聚合物缓凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：ZnCl210～40份，酒石酸5～10份，Ba(NO3)25～35份，MgSO42～10份，Al2(SO4)32～10份和水40～45份；制备方法如下：(1)按配比，分别称取ZnCl2，酒石酸，Ba(NO3)2，MgSO4和Al2(SO4)3，量取水，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物；(2)将沉化物粉磨后，获得粉末，制得无机矿物聚合物缓凝剂。根据不同水玻璃掺量和水玻璃模数制备的无机矿物聚合物，无机矿物聚合物缓凝剂有不同配比。本发明制备的无机矿物聚合物缓凝剂不仅可以有效减缓无机矿物聚合物凝结时间，而且还对无机矿物聚合物抗压强度有一定促进作用。

Description

一种无机矿物聚合物缓凝剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种无机矿物聚合物缓凝剂及其制备方法。
背景技术：
无机矿物聚合物胶凝材料是一种新型胶凝材料，作为水泥的替代品，无机矿物聚合物具有以下诸多优势：(1)力学性能、耐久性能、耐高温性能及耐腐蚀性能显著提升；(2)生产过程中不使用石灰石原料，CO2排放量显著降低(仅为硅酸盐水泥的1/5)；(3)生产过程中无需粉磨，基本不排放粉尘，不提升PM2.5水平，保护环境空气质量；(4)生产过程常温制备，能源消耗显著降低。除上述优势之外，无机矿物聚合物的原料主要为各种硅铝质矿物和工业固体废物，据《中国矿产资源节约与综合利用报告(2015)》显示，我国尾矿和废石累积堆存量目前已接近600亿吨，其中尾矿堆存146亿吨(83％产生于金属矿)，废石堆存438亿吨(75％为煤矸石)。因此，无机矿物聚合物的推广应用可消纳大量工业固体废弃资源，环保意义重大。
但是，无机矿物聚合物做为胶凝材料还很难应用于实际工程中，其中主要原因之一就是其凝结时间过快，无法像水泥一样进行大规模制备混凝土。由于无机矿物聚合物的凝结机理与水泥不同，水泥用缓凝剂无法作用于无机矿物聚合物。另外，由于无机矿物聚合物不像水泥一样是一种标准的产品，其原料组成、原料产地、配比、激发方法及施工工艺都会影响到最终的性能，尤其是无机矿物聚合物的凝结时间。目前制备无机矿物聚合物的最常用激发剂为水玻璃和氢氧化钠的混合溶液，根据两者之间的比例，可以调试出不同模数的水玻璃，不同模数的水玻璃对无机矿物聚合物原料的激发效果不同，目前大多采用低模数水玻璃制备无机矿物聚合物，即水玻璃模数为0.8～1.8。而不同体系无机矿物聚合物中水玻璃掺量对无机矿物聚合物凝结时间影响也很大，水玻璃掺量为液体重量的40～50％时，其初凝时间一般为 15～30分钟(当水玻璃模数为0.8～1.0，水玻璃掺量为50％时，其初凝时间可以达到10分钟之内)。水玻璃的模数及掺量是影响无机矿物聚合物凝结时间的主要影响因素之一。由于无机矿物聚合物凝结时间过快且不可控，使得其很难应用于实际工程中。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种无机矿物聚合物缓凝剂及其制备方法，本无机矿物聚合物缓凝剂不仅可以有效的减缓无机矿物聚合物的凝结时间，而且还对无机矿物聚合物的抗压强度有一定促进作用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl210～40份，酒石酸5～10份，Ba(NO3)25～35 份，MgSO42～10份，Al2(SO4)32～10份，水40～45份。
优选地，ZnCl240份，酒石酸10份，Ba(NO3)25份，MgSO42份，Al2(SO4)33份，水40 份。
优选地，ZnCl220份，酒石酸8份，Ba(NO3)220份，MgSO45份，Al2(SO4)35份，水42 份。
优选地，ZnCl210份，酒石酸6份，Ba(NO3)230份，MgSO48份，Al2 (SO4)32份，水44 份。
优选地，ZnCl210份，酒石酸5份，Ba(NO3)235份，MgSO42份，Al2(SO4)33份，水45 份。
所述的无机矿物聚合物缓凝剂应用于无机矿物聚合物的制备中，无机矿物聚合物制备的原料之一为水玻璃，水玻璃模数为0.8～1.8，水玻璃掺量为20～60％，具体如下：
当模数为0.8～1.2，水玻璃掺量为40～60％时，所述的无机矿物聚合物缓凝剂的各原料重量份数为：ZnCl230～40份，酒石酸8～10份，Ba(NO3)25～10份，MgSO42～5份，Al2(SO4)32～5 份，水40～42份；
上述无机矿物聚合物缓凝剂中的ZnCl2质量百分数≥30％；
上述无机矿物聚合物缓凝剂中的酒石酸质量百分数≥8％；
当模数为1.2～1.8，水玻璃掺量为20～40％时，所述的无机矿物聚合物缓凝剂的各原料重量份数为：ZnCl210～30份，酒石酸5～8份，Ba(NO3)210～35份，MgSO42～10份，Al2(SO4)32～10 份，水40～45份。
上述无机矿物聚合物缓凝剂中的ZnCl2质量百分数≤30％。
上述无机矿物聚合物缓凝剂中的酒石酸质量百分数≤8％。
所述的水玻璃掺量为水玻璃占液体总量的质量百分数。
所述的无机矿物聚合物缓凝剂应用于无机矿物聚合物的制备中，所述的无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量的1～3％。
所述的干料重量为矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和。
所述的无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比，分别称取ZnCl2，酒石酸，Ba(NO3)2，MgSO4和Al2(SO4)3，量取水，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，获得粉末，制得无机矿物聚合物缓凝剂；其中，所述粉末粒径≤ 200um。
所述的步骤(2)中，沉化物粉磨后，过80目筛，筛分获得粉末。
本发明的有益效果：
本发明一种无机矿物聚合物缓凝剂及其制备方法，该无机矿物聚合物缓凝剂可以克服低模数水玻璃配置的无机矿物聚合物凝结时间过短的问题，尤其是初凝时间，使无机矿物聚合物的工作性可以得到较长时间的保障，同时，本发明无机矿物聚合物缓凝剂还会对无机矿物聚合物的强度有一定的提升。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不以此限定本发明保护范围，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
以下实施例所用ZnCl2，酒石酸，Ba(NO3)2，MgSO4，Al2(SO4)3和水，均来自市售。
实施例1
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl240份，酒石酸10份，Ba(NO3)25份，MgSO42 份，Al2(SO4)33份，水40份。
该无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取ZnCl240份，酒石酸10份，Ba(NO3)25份，MgSO42份和Al2(SO4)33份，量取水40份，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，过80目筛，进行筛分，获得粉末，粉末粒径≤200um，制得无机矿物聚合物缓凝剂。
制得的无机矿物聚合物缓凝剂中，ZnCl2质量百分数为40％，酒石酸质量百分数为10％；对制得无机矿物聚合物缓凝剂性能进行测试：
无机矿物聚合物(配比1)的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝8:1:1；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.0；液胶比为0.4，其中水玻璃占液体总量的50％；
所用无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量(既矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和)的1％，测试结果见表1。
并按照配比1，进行空白实验1：无机矿物聚合物的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝8:1:1；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.0；液胶比为0.4，其中水玻璃占液体总量的50％，制备无机矿物聚合物，测试结果见表1。
实施例2
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl235份，酒石酸8份，Ba(NO3)25份，MgSO45 份，Al2(SO4)32份，水42份。
该无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取ZnCl235份，酒石酸8份，Ba(NO3)28份，MgSO45份和Al2(SO4)32份，量取水42份，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，过80目筛，进行筛分，获得粉末，粉末粒径≤200um，制得无机矿物聚合物缓凝剂。
制得的无机矿物聚合物缓凝剂中，ZnCl2质量百分数为35％，酒石酸质量百分数为8％；对制得无机矿物聚合物缓凝剂性能进行测试：
无机矿物聚合物(配比1)的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝8:1:1；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.0；液胶比为0.4，其中水玻璃占液体总量的50％；
所用无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量(既矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和)的3％，测试结果见表1。
实施例3
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl230份，酒石酸10份，Ba(NO3)210份，MgSO45 份，Al2(SO4)35份，水40份。
该无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取ZnCl230份，酒石酸10份，Ba(NO3)210份，MgSO45份和Al2(SO4)35份，量取水40份，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，过80目筛，进行筛分，获得粉末，粉末粒径≤200um，制得无机矿物聚合物缓凝剂。
制得的无机矿物聚合物缓凝剂中，ZnCl2质量百分数为30％，酒石酸质量百分数为10％；对制得无机矿物聚合物缓凝剂性能进行测试：
无机矿物聚合物(配比1)的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝8:1:1；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.0；液胶比为0.4，其中水玻璃占液体总量的50％；
所用无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量(既矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和)的1.5％，测试结果见表1。
实施例4
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl220份，酒石酸5份，Ba(NO3)220份，MgSO43 份，Al2(SO4)37份，水45份。
该无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取ZnCl220份，酒石酸5份，Ba(NO3)220份，MgSO43份和Al2(SO4)37份，量取水45份，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，过80目筛，进行筛分，获得粉末，粉末粒径≤200um，制得无机矿物聚合物缓凝剂。
制得的无机矿物聚合物缓凝剂中，ZnCl2质量百分数为20％，酒石酸质量百分数为5％；对制得无机矿物聚合物缓凝剂性能进行测试：
无机矿物聚合物(配比2)的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝7:1:2；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.6；液胶比为0.5，其中水玻璃占液体总量的30％；
所用无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量(既矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和)的1.4％，测试结果见表1。
并按照配比2，进行空白实验2：无机矿物聚合物的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝7:1:2；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.6；液胶比为0.5，其中水玻璃占液体总量的30％，制备无机矿物聚合物，测试结果见表1。
实施例5
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl220份，酒石酸8份，Ba(NO3)220份，MgSO45 份，Al2(SO4)35份，水42份。
该无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取ZnCl220份，酒石酸5份，Ba(NO3)220份，MgSO45份和Al2(SO4)35份，量取水40份，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，过80目筛，进行筛分，获得粉末，粉末粒径≤200um，制得无机矿物聚合物缓凝剂。
制得的无机矿物聚合物缓凝剂中，ZnCl2质量百分数为20％，酒石酸质量百分数为5％；对制得无机矿物聚合物缓凝剂性能进行测试：
无机矿物聚合物(配比2)的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝7:1:2；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.6；液胶比为0.5，其中水玻璃占液体总量的30％；
所用无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量(既矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和)的2.2％，测试结果见表1。
实施例6
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl210份，酒石酸6份，Ba(NO3)230份，MgSO48 份，Al2(SO4)32份，水44份。
该无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取ZnCl210份，酒石酸6份，Ba(NO3)230份，MgSO48份和Al2(SO4)32份，量取水44份，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，过80目筛，进行筛分，获得粉末，粉末粒径≤200um，制得无机矿物聚合物缓凝剂。
制得的无机矿物聚合物缓凝剂中，ZnCl2质量百分数为10％，酒石酸质量百分数为6％；对制得无机矿物聚合物缓凝剂性能进行测试：
无机矿物聚合物(配比2)的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝7:1:2；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.6；液胶比为0.5，其中水玻璃占液体总量的30％；
所用无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量(既矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和)的1.8％，测试结果见表1。
实施例7
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl210份，酒石酸5份，Ba(NO3)235份，MgSO42 份，Al2(SO4)33份，水45份。
该无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取ZnCl210份，酒石酸5份，Ba(NO3)235份，MgSO42份和Al2(SO4)33份，量取水45份，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，过80目筛，进行筛分，获得粉末，粉末粒径≤200um，制无机矿物聚合物缓凝剂。
制得的无机矿物聚合物缓凝剂中，ZnCl2质量百分数为10％，酒石酸质量百分数为5％；对制得无机矿物聚合物缓凝剂性能进行测试：
无机矿物聚合物(配比2)的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝7:1:2；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.6；液胶比为0.5，其中水玻璃占液体总量的30％；
所用无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量(既矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和)的1.2％，测试结果见表1。
实施例8
一种无机矿物聚合物缓凝剂，由以下各原料制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、 Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份数为：ZnCl230份，酒石酸8份，Ba(NO3)210份，MgSO410 份，Al2(SO4)32份，水40份。
该无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取ZnCl230份，酒石酸8份，Ba(NO3)210份，MgSO410份和Al2(SO4)32份，量取水40份，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，过80目筛，进行筛分，获得粉末，粉末粒径≤200um，制无机矿物聚合物缓凝剂。
制得的无机矿物聚合物缓凝剂中，ZnCl2质量百分数为30％，酒石酸质量百分数为8％；对制得无机矿物聚合物缓凝剂性能进行测试：
无机矿物聚合物(配比2)的干料选用矿渣、粉煤灰和偏高岭土，按质量比，矿渣：粉煤灰：高岭土＝7:1:2；激发剂为水玻璃，水玻璃模数为1.6；液胶比为0.5，其中水玻璃占液体总量的30％；
所用无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量(既矿渣、粉煤灰和偏高岭土的质量总和)的2.9％，测试结果见表1。
表1无机矿物聚合物缓凝剂性能测试结果

Claims (9)

1.一种无机矿物聚合物缓凝剂，其特征在于，所述的无机矿物聚合物缓凝剂由以下各组分制备而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各组分重量份数为：ZnCl210～40份，酒石酸5～10份，Ba(NO3)25～35份，MgSO42～10份，Al2(SO4)32～10份，水40～45份。
2.根据权利要求1所述的无机矿物聚合物缓凝剂，其特征在于，所述的ZnCl240份，酒石酸10份，Ba(NO3)25份，MgSO42份，Al2(SO4)33份，水40份。
3.根据权利要求1所述的无机矿物聚合物缓凝剂，其特征在于，所述的ZnCl220份，酒石酸8份，Ba(NO3)220份，MgSO45份，Al2(SO4)35份，水42份。
4.根据权利要求1所述的无机矿物聚合物缓凝剂，其特征在于，所述的ZnCl210份，酒石酸6份，Ba(NO3)230份，MgSO48份，Al2(SO4)32份，水44份。
5.根据权利要求1所述的无机矿物聚合物缓凝剂，其特征在于，所述的ZnCl210份，酒石酸5份，Ba(NO3)235份，MgSO42份，Al2(SO4)33份，水45份。
6.根据权利要求1所述的无机矿物聚合物缓凝剂，其特征在于，所述的无机矿物聚合物缓凝剂应用于无机矿物聚合物的制备中，无机矿物聚合物制备的原料之一为水玻璃，水玻璃模数为0.8～1.8，水玻璃掺量为20～60％，具体如下：
当模数为0.8～1.2，水玻璃掺量为40～60％时，所述的无机矿物聚合物缓凝剂的重量份数为：ZnCl230～40份，酒石酸8～10份，Ba(NO3)25～10份，MgSO42～5份，Al2(SO4)32～5份，水40～42份；
当模数为1.2～1.8，水玻璃掺量为20～40％时，所述的无机矿物聚合物缓凝剂的重量份数为：ZnCl210～30份，酒石酸5～8份，Ba(NO3)210～35份，MgSO42～10份，Al2(SO4)32～10份，水40～45份；
其中：所述的水玻璃掺量为水玻璃占液体总量的质量百分数。
7.根据权利要求1所述的无机矿物聚合物缓凝剂，其特征在于，所述的无机矿物聚合物缓凝剂应用于无机矿物聚合物的制备中，所述的无机矿物聚合物缓凝剂用量为无机矿物聚合物干料重量的1～3％。
8.如权利要求1所述的无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配比，分别称取ZnCl2，酒石酸，Ba(NO3)2，MgSO4和Al2(SO4)3，量取水，将各原料混合，搅拌均匀，形成混合物，将混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化时间为2～3天；
(2)将沉化物粉磨后，获得粉末，制得缓凝剂；其中，所述粉末粒径≤200μm。
9.根据权利要求8所述的无机矿物聚合物缓凝剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，沉化物粉磨后，过80目筛，筛分获得粉末。
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