CN106517968A - 一种改性铝酸盐水泥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性硅酸盐水泥，所述水泥包括以下按质量百分计的原料：铝酸盐水泥：65～80%；磷酸盐：3～12%；微硅：5～10%；矿渣：10～25%。本发明通过过添加特定比例的磷酸盐、微硅、矿渣，改变铝酸盐水泥的水化过程和水化产物，阻止或减少C₃AH₆的形成，达到阻止铝酸盐水泥强度倒缩，并实现低温养护时强度高的目的。

Description

一种改性铝酸盐水泥

技术领域

本发明涉及一种硅酸盐水泥，尤其涉及一种改性硅酸盐水泥。

背景技术

铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分的水硬性胶凝材料。相对于硅酸盐水泥，铝酸盐水泥具有早期强度高，耐高温、耐磨、抗硫酸盐侵蚀性能好的优点，被用于紧急、抢修工程、临时性工程，以及配制耐热混凝土等。但是，铝酸盐水泥很少用于结构工程领域及大体积混凝土中，主要是铝酸盐水泥存在强度倒缩的问题，在上世纪存在多起因铝酸盐水泥混凝土强度倒缩而导致的建筑物倒塌事件。

铝酸盐水泥强度倒缩的原因是其水化产物存在晶型转变现象，在20～40℃条件下养护时，水化产物以CAH₁₀和C₂AH₈为主，当后期养护温度长期高于20℃时，介稳态的CAH₁₀和C₂AH₈会转变为稳定状态的C₃AH₆和AH₃，由于C₃AH₆的密度高于CAH₁₀和C₂AH₈，水化产物发生晶相转变导致水泥石内部孔隙增加，从而使抗压强度降低。在养护温度高于40℃时，水化产物直接形成C₃AH₆和AH₃，在同等水灰比及凝期的条件下，高温养护的铝酸盐水泥石抗压强度更低。

公开号为CN102504780A，名称为“可耐CO₂腐蚀的固井用水泥”，采用磷酸盐改性铝酸盐水泥用于抗CO₂腐蚀的固井水泥。其原理是通过磷酸盐进行改性，生成以C-A-P-H为主的非晶态水化产物。相对于纯铝酸盐水泥的水化产物（CAH₁₀、C₂AH₈、C₃AH₆），C-A-P-H的结构更致密，化学状态更稳定性，有更好的抗CO2腐蚀，水泥在高温条件下具有良好性能，但在较低温度（20～70℃）养护时，由于C-A-P-H凝胶致密，导致水泥石收缩严重，会在内部形成裂纹。一旦形成裂纹，水泥石的强度反而会下降，且其磷酸盐掺量高，导致成本大大增加。

文章《Compressive strength development of calcium aluminate cement–GGBFS blends》利用矿渣改性铝酸盐水泥，矿渣并不能完全阻止水化产物的转变，不能阻止C₃AH₆的形成，掺量少时也不能阻止水泥石的强度倒缩，同时明显降低了铝酸盐水泥的早期强度。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中铝酸盐水泥存在强度倒缩的问题，铝酸盐水泥很少用于结构工程领域及大体积混凝土中，使得其应用受到了限制的技术问题，提供一种新的改性硅酸盐水泥，通过添加特定比例的磷酸盐、微硅、矿渣，改变铝酸盐水泥的水化过程和水化产物，阻止或减少C₃AH₆的形成，达到阻止铝酸盐水泥强度倒缩，并实现低温养护时，早期强度高的目的。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种改性铝酸盐水泥，其特征在于：包括以下按质量百分比计的原料：

铝酸盐水泥：65～80%；

磷酸盐：3～10%；

微硅：5～12%；

矿渣：10～25%。

为了更好地实现本发明，本发明中，所述铝酸盐水泥中，CA、CA₂的含量≥80%。

本发明中，所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的至少一种。

本发明中，所述微硅中，非晶态SiO₂含量≥90%。

本发明中，所述矿渣的比表面积为350～420m²/kg。

更进一步地，所述矿渣的非晶态活性成分≥85%。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过添加磷酸盐，与铝酸盐水泥形成C-A-S-P-H非晶态水化产物，改变水泥石中孔隙液的pH值，降低钙离子浓度，为CAH₁₀、C₂AH₈在低温水化条件下，与SiO₂反应生成C₂ASH₈创造有利的环境，促使CAH₁₀、C₂AH₈转变成形成C₂SAH₈，阻止C₃AH₆的形成，通过大量形成的C₂ASH₈改善水泥石的强度稳定性，从而实现防止铝酸盐水泥强度倒缩，使得铝酸盐水泥既具有早期强度高，耐高温、耐磨、抗硫酸盐侵蚀性能好的优点，又能保证其作为结构部件时的安全性，扩大了铝酸盐水泥的应用范围。

（2）本发明中，微硅优选非晶态SiO₂含量≥90%的微硅，该纯度下的微硅所含杂质少，活性更高，更易参与化学反应。

（3）本发明中，矿渣优选比表面积为350～420m²/kg的矿渣，矿渣比表面积值过小时，颗粒较粗，影响水泥石的强度；比表面积值过大时，颗粒较细，影响水泥浆体的流动性，同时，要求粉磨的时间及电耗也更高。

（4）本发明中，矿渣优选非晶态活性成分≥85%的矿渣，矿渣的非晶态组分含量是影响矿渣活性的重要因素，非晶态活性成分含量过低，会导致矿渣的活性过低，影响水泥石的后期强度。

附图说明

图1为实施例6中，2#、6#在30℃养护90d的XRD图谱；

图2为实施例6中，2#在30℃养护28d的扫描电镜图；

图3为实施例6中，6#在30℃养护28d的扫描电镜图；

图4为实施例6中，4#、6#在60℃养护7d的XRD图谱；

图5为实施例6中，4#在60℃养护7d的扫描电镜图；

图6为实施例6中，6#在60℃养护7d的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种改性铝酸盐水泥，由以下按质量百分比计的原料组成：铝酸盐水泥80%，六偏磷酸钠3%，微硅5%，矿渣12%。

实施例2

一种改性铝酸盐水泥，由以下按质量百分比计的原料组成：铝酸盐水泥65%，三聚磷酸钠5%，微硅6%，矿渣25%。

实施例3

一种改性铝酸盐水泥，由以下按质量百分比计的原料组成：铝酸盐水泥72%，六偏磷酸钠6%，微硅8%，矿渣14%。

实施例4

一种改性铝酸盐水泥，由以下按质量百分比计的原料组成：铝酸盐水泥73%，六偏磷酸钠7%，微硅10%，矿渣10%。

实施例5

一种改性铝酸盐水泥，由以下按质量百分比计的原料组成：铝酸盐水泥68%，六偏磷酸钠10%，微硅12%，矿渣10%。

实施例6

将实施例1～5的各原料预先混合好，水灰比为0.5，并根据 GB 10238-2015的相关要求制备水泥浆、成型，标号为1#，2#，3#，4#，5#，并将100%的铝酸盐水泥作为对照组，标号为6#，

将1#、2#、3#、6#放入30℃的温度条件养护，将4#、5#、6#样品放入60℃条件下养护，凝期为1d、7d、28d、60d、90d。

一）1#、2#、3#样品、对照组4#在30℃下养护的抗压强度如下表1：

表1

其中，2#、6#在30℃养护90d的XRD图谱见图1，2#在30℃养护28d的扫描电镜图见图2；6#在30℃养护28d的扫描电镜图见图3；

从上表1分析可知，1#、2#、3#在30℃条件下，强度持续增加，远高于4#的抗压强度，且在90d内没有发生强度倒缩现象。而对照组6#在60d后发现强度倒缩现象。

从图1可知，改性铝酸盐水泥（2#）的水化产物主要是C₂ASH₈，CAH₁₀、C₂AH₈，C₃AH₆衍射峰很小，说明其含量较少，而铝酸盐水泥（6#）主要以CAH₁₀、C₂AH₈、C₃AH₆产物为主。

对比图2和图3可知，C₂ASH₈的形成导致水泥石致密度提高，从而有效提高水泥的抗压强度，而铝酸盐水泥石的孔隙度要高得多。

二）4#、5#、6#样品在60℃下养护的抗压强度如下表2：

表2

4#、6#在60℃养护7d的XRD图谱如图4所示；4#、6#在60℃养护7d的扫描电镜图如图5，图6所示。

从上表2分析可知4#的强度始终高于6#铝酸盐水泥，且持续增长。而铝酸盐水泥的强度在1d后接近最大值，随后没有发生明显变化。

从图4可知，改性铝酸盐水泥（4#）的水化产物主要是C₂ASH₈，同时含有少量C₃AH₆和AH₃，而铝酸盐水泥（6#）主要成分是C₃AH₆和AH₃。

从图5和图6可知，尽管4#中形成部分C₃AH₆，但水泥石致密度很高，断面平整，从而印证从水泥石的高抗压强度，而6#铝酸盐水泥石中以立方颗粒状的C₃AH₆为主，致密度低，从而导致水泥石的强度较低。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改性铝酸盐水泥，其特征在于：包括以下按质量百分比计的原料：

铝酸盐水泥：65～80%；

磷酸盐：3～12%；

微硅：5～10%；

矿渣：10～25%。

2.如权利要求1所述的一种改性铝酸盐水泥，其特征在于：所述铝酸盐水泥中，CA、CA₂的含量≥80%。

3.如权利要求1所述的一种改性铝酸盐水泥，其特征在于：所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种改性铝酸盐水泥，其特征在于：所述微硅中，非晶态SiO₂含量≥90%。

5.如权利要求1所述的一种改性铝酸盐水泥，其特征在于：所述矿渣的比表面积为350～420m²/kg。

6.如权利要求1或5所述的所述的一种改性铝酸盐水泥，其特征在于：所述矿渣的非晶态活性成分≥85%。