CN107311498A - 一种钙矾石稳定剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钙矾石稳定剂及其制备方法。该钙矾石稳定剂按照重量百分比包括如下组分：珊瑚礁粉10％～90％，粉煤灰5％～50％，硅灰1％～30％，碳酸钙0～10％；该钙矾石稳定剂的粉料粒径≤100μm，该珊瑚礁粉的主要矿物成分为文石，含量大于96％。制备方法是将废弃的经自然风化的块状珊瑚礁破碎成珊瑚砂，然后在球磨机中粉磨0.3～1.0小时后得到珊瑚礁粉；再将以质量百分计的珊瑚礁粉与粉煤灰、硅灰和碳酸钙试剂经搅拌混合均匀后，即得到本发明的钙矾石稳定剂。本发明用于水泥水化过程，可有效稳定水泥水化过程中形成的钙矾石，提高砂浆和混凝土的体积稳定性。

Description

一种钙矾石稳定剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及到建筑材料领域，具体涉及到一种钙矾石稳定剂及其制备方法。
背景技术
钙矾石相是水泥的重要水化产物之一，约占硅酸盐水泥水化产物的7％，在膨胀水泥中可达到25％，其分子式为3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，又称为三硫型水化硫铝酸钙(AFt)。在水泥进行水化反应时，熟料中所含的铝酸三钙(C3A)会与有调节凝结时间作用的石膏发生反应而生成钙矾石，此外铁铝酸四钙也会与石膏发生类似的反应及产生生成物。硅酸盐水泥中生成钙矾石的反应如下：C3A+CaSO4·2H2O+H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O。
钙矾石对混凝土的收缩补偿，水泥的早期凝结、硬化起着重要的作用，但是钙矾石相很不稳定，在利用其有利的一方面时，如果其生成与稳定的方面不够重视，有可能会带来有害的影响。例如三硫型水化硫铝酸钙(AFt)处于高温环境(高于70℃)时会发生分解，有产生更大的收缩以致开裂以及分解后的三硫型水化硫铝酸钙(AFt)会重新结晶导致膨胀开裂的危险性。以及钙矾石的延迟形成，可能会导致混凝土的膨胀破坏。此外，钙矾石相形成的同时，它很有可能转变成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)，这对混凝土是不利的，反应过程如下：C3A+3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+H2O→3CaO·Al2O3·CaSO4·32H2O(AFm)，因此控制砂浆、混凝土中钙矾石相的形成与稳定，减少单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的生成，对于砂浆、混凝土的体积稳定性有着重要的作用。
目前随着海洋工程的进行，混凝土是一种必不可缺少的材料，而混凝土的体积稳定性对于工程质量的控制起着重要的作用，其中钙矾石的稳定是控制混凝土体积稳定性中不可缺少的一部分。但是在进行远海施工时，考虑到石灰石粉等材料的运输费用昂贵，运输过程不方便，运输过程中出现各种问题而导致工期的延误等情况，往往会采取就地取材的方式，直接寻找替代材料，确保工程的顺利进行。
现有的研究表明当碳酸钙加入到砂浆中，一开始水泥发生水化反应时，浆体中会产生三硫型水化硫铝酸钙(AFt)，但当浆体中石膏消耗完毕时，若浆体中还存在铝酸三钙(C3A)，三硫型水化硫铝酸钙(AFt)将向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)进行转化。稳定剂替代水泥掺入砂浆、混凝土中时，一方面稳定剂掺量越多，浆体中铝酸三钙(C3A)含量将会越低，因而会阻碍三硫型水化硫铝酸钙(AFt)向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的转化；另一方面，碳酸钙与水化铝酸钙进行反应，其反应速度要大于三硫型水化硫铝酸钙(AFt)向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的转变速度，这对钙矾石的稳定起着重要作用，有利于砂浆、混凝土的体积稳定性。但是，碳酸钙的晶体结构分为方解石，文石，霰石，现有研究针对的都是方解石以及霰石晶体结构的方解石，但是不同晶体结构的碳酸钙的活性不同，目前还没有针对其他晶体结构的碳酸钙的研究。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种钙矾石稳定剂及其制备方法。该钙矾石稳定剂在水泥水化过程中能稳定钙矾石相的形成，提高砂浆、混凝土的体积稳定性。
本发明的技术方案为：
一种钙矾石稳定剂，其特征在于，所述钙矾石稳定剂按照重量百分比包括如下组分：珊瑚礁粉10％～90％，粉煤灰5％～50％，硅灰1％～30％，碳酸钙0～10％；所述钙矾石稳定剂的粉料粒径≤100μm，所述珊瑚礁粉的主要矿物成分为文石，含量大于96％。
上述方案中，珊瑚礁粉的粒径为小于等于100μm。
上述方案中，粉煤灰采用的是市售的二级粉煤灰。
所述的钙矾石稳定剂的制备方法：将大块状的废弃珊瑚礁进行破碎处理后，再放入球磨机内进行粉磨，以27～30r/min的转速下球磨0.3～1.0小时后得到珊瑚礁粉，再以质量百分比计将所述得到的珊瑚礁粉与粉煤灰、硅灰和碳酸钙进行搅拌混合均匀，得到粉料粒径≤100μm的钙矾石稳定剂。
所述的钙矾石稳定剂在砂浆及混凝土中的应用。
上述方案中，钙矾石稳定剂的掺量为5wt％～20wt％。
本发明的原理是：钙矾石稳定剂是由10％～90％的珊瑚粉、5％～50％的粉煤灰，1％～30％的硅灰以及0％～10％的碳酸钙组成的，并且珊瑚粉的主要组成为文石相CaCO3，且成分≥96％。一开始水泥水化反应时，浆体中会产生三硫型水化硫铝酸钙(AFt)，但当浆体中石膏消耗完毕时，如仍有铝酸三钙(C3A)，三硫型水化硫铝酸钙(AFt)将向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)进行转化。稳定剂替代水泥掺入砂浆、混凝土中时，一方面稳定剂掺量越多，相当于浆体中铝酸三钙(C3A)含量将会越低，因而会阻碍三硫型水化硫铝酸钙(AFt)向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的转化；另一方面，珊瑚礁粉中的文石相碳酸钙与水化铝酸钙反应，其反应速度大于三硫型水化硫铝酸钙(AFt)向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的转变速度，且珊瑚礁粉中含有的其他杂质不会对反应起不利影响即阻碍文石相碳酸钙与水化铝酸钙反应。稳定剂的加入起到了钙矾石稳定的作用，有利于砂浆、混凝土的体积稳定性。
本发明的有益效果为：制备的钙矾石稳定剂加入到砂浆与混凝土中后，可明显提高砂浆与混凝土中钙矾石的含量，提高其体积稳定性。
附图说明
图1为珊瑚礁粉的XRD图。
图2为石灰石粉的XRD图。
图3为3d的热失重曲线。
图4为C区钙矾石峰放大图。
图5为28d的热失重曲线。
图6为D区钙矾石峰放大图。
具体实施方式
本发明钙矾石稳定剂的稳定效果是通过热失重分析砂浆中的钙矾石含量来验证的。硫铝酸盐水泥中铝酸三钙(C3A)的含量较高，生成的钙矾石含量也较高，便于钙矾石相的观察与比较，因此本发明采用硫铝酸盐水泥验证该钙矾石稳定剂的稳定效果。
稳定剂的配比如表1。而且考虑到这种钙矾石稳定剂是以替代水泥用量掺入砂浆、混凝土中以及颗粒的填充作用，因此进行如表2所示的实验方案来验证。珊瑚礁粉主要成分为文石类的碳酸钙，不同于石灰石粉主要为方解石的碳酸钙。
表1 稳定剂配比(质量百分比计)
表2 验证方案组成(Kg/m3)
其中，石英粉的SiO2含量为≥98％，砂采用的是标准砂。
按上述表2配比，本发明稳定剂1与石英粉分别替代硫铝酸盐水泥，按照水泥：砂：水为1:3:0.5的比例配制砂浆，制备成40mm×40mm×160mm的砂浆三联模。按照GB/T17671-1999进行养护28d。用热失重分析技术分析砂浆中钙矾石情况，如图3和图5。
试验证明，稳定剂的加入会很好的起到稳定钙矾石的作用。以图3和图5加入稳定剂1的热失重曲线为例说明，通过对比3d和28d的热失重曲线上钙矾石含量，其中峰面积代表的是钙矾石的含量，可以观察到28d掺入稳定剂砂浆的峰面积明显增大，表明钙矾石增多。其他两个未掺稳定剂的砂浆的峰面积有所较少，表明钙矾石会有所减少。掺入稳定剂1的砂浆试样中的钙矾石量从3d的38.2g(100g干粉试样)增长到28d的52.3g(100g干粉试样)；而纯硫铝酸盐水泥的砂浆以及掺入石英粉的砂浆的钙矾石量都会有所减少，分别从3d的51.6g(100g干粉试样)和47.6g(100g干粉试样)减少到28d的51.1g(100g干粉试样)和40.6g(100g干粉试样)。这验证了该种钙矾石稳定剂对于水泥水化过程中钙矾石的稳定有着促进作用，有利于砂浆、混凝土的体积稳定性。可通过调整稳定剂的掺量，控制钙矾石的数量，从而达到体积稳定的目的。

Claims (6)

1.一种钙矾石稳定剂，其特征在于，所述钙矾石稳定剂按照重量百分比包括如下组分：珊瑚礁粉10％～90％，粉煤灰5％～50％，硅灰1％～30％，碳酸钙0～10％；所述钙矾石稳定剂的粉料粒径≤100μm，所述珊瑚礁粉的主要矿物成分为文石，含量大于96％。
2.如权利要求1所述的钙矾石稳定剂，其特征在于，珊瑚礁粉的粒径为小于等于100μm。
3.如权利要求1所述的钙矾石稳定剂，其特征在于，粉煤灰为二级粉煤灰。
4.如权利要求1所述的钙矾石稳定剂的制备方法，其特征在于，所述钙矾石稳定剂的制备方法如下：将大块状的废弃珊瑚礁进行破碎处理后，再放入球磨机内进行粉磨，以27～30r/min的转速下球磨0.3～1.0小时后得到珊瑚礁粉，再以质量百分比计将所述得到的珊瑚礁粉与粉煤灰、硅灰和碳酸钙进行搅拌混合均匀，得到粉料粒径≤100μm的钙矾石稳定剂。
5.如权利要求1所述的钙矾石稳定剂在砂浆及混凝土中的应用。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，钙矾石稳定剂的掺量为5wt％～20wt％。
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