CN108975757B - 一种用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂及其制备方法，其原料由以下重量百分含量的组分组成：锂渣20～30％，分散剂5～9％，稳定剂1～5％，去离子水60～70％。其制备方法如下：将锂渣、分散剂、稳定剂和去离子水按比例加入行星球磨机中，加入氧化锆研磨球，球磨得到中值粒径为200～400nm的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂。将该纳米锂渣早强剂按掺量0.5～4.0％掺入硫铝酸盐水泥砂浆中，能够使硫铝酸盐水泥砂浆7h强度提高110～440％，且后期强度不倒缩。本发明制备方法工艺过程简单，工艺参数易控制，并且使用的锂渣为工业废弃物，成本低且有利于环境保护。

Description

一种用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域，涉及一种用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂及其制备方法。
背景技术
硫铝酸盐水泥(sulfur cement简称SAC)是于20世纪70-80年代由中国建筑材料科学研究院独自开发的高性能水泥产品，现已成为国内高强度水泥的主要品种。硫铝酸盐水泥是一种以C4A3S和B-C2S为主要矿物组成的胶凝材料。相比于普通硅酸盐水泥，其生料来源更为广泛，而且在其生产过程中可利用大量的固体工业废渣，它具有早期强度高、抗渗性能好、低碱性等特点，广泛应用于建筑工程、隧道工程、紧急抢修工、冬季施工工程等。
韩建国等专家研究了碳酸锂对硫铝酸盐水泥凝结时间和强度发展的影响。奚浩等专家研究了微波激活锂渣对硫铝酸盐水泥促凝效果的影响。国外Rodger和Matusinovic等研究结果表明，锂盐可以明显缩短硫铝酸盐水泥凝结时间和提升早期强度。锂盐工业废渣(即锂渣)为锂辉石加酸提取锂盐后的残渣，锂渣中仍含有约千分之几剩余的锂，其主要以Li2O或Li2CO3形式存在。锂渣堆存量巨大但难以有效利用。锂渣中虽然还含有少量的锂盐，但是因为其量少且难以释放，所以对硫铝酸盐早期的水化进程很难有所促进。另外，锂渣虽然具有火山灰活性，但是由于其从加水拌和到潜在活性被激发以至表现为有强度贡献需要较长的周期，所以通常锂渣的加入能够提升后期强度，但是早期强度一般会有所降低。因此，商业上利用锂渣大规模制备早强剂尚且具有一定的困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂，其由以下重量百分含量的组分组成：锂渣20～30％，分散剂5～9％，稳定剂1～5％，去离子水60～70％；
所述分散剂的制备方法为：将30～60重量份丙烯酸(AA)、40～100重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与90～120重量份水混合均匀得到混合溶液，将混合溶液加热至30～60℃，然后向混合溶液中同时滴加过硫酸盐溶液和巯基乙酸溶液，滴加时间为1h，滴加结束得到分散剂。
按上述方案，所述锂渣中SiO2含量不少于50％。
优选的是，所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或几种，过硫酸盐用量为AA与AMPS总质量的0.1～0.2％，过硫酸盐溶液质量浓度为0.1～0.2％。
优选的是，所述巯基乙酸用量为AA与AMPS总质量的1～2％，巯基乙酸溶液质量浓度为0.6～0.8％。
按上述方案，所述分散剂中聚合物的分子结构式为：
Figure BDA0001784336040000021
其中m＝1～4，n＝1～4。
按上述方案，所述稳定剂为魔芋胶、温轮胶中的一种或者两者的混合物，其质量浓度为0.1％。
本发明还包括上述用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂的制备方法，具体步骤如下：将锂渣、分散剂、稳定剂和去离子水按比例加入行星球磨机中，加入氧化锆研磨球，球磨得到中值粒径为200～400nm的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂。
优选的是，所述氧化锆研磨球用量为锂渣用量的10倍，氧化锆研磨球级配质量比为：2.5mm：1.4mm：0.6mm＝1：1：2。
按上述方案，所述球磨工艺条件为：转速360～670rpm，用5～20℃冷却风冷却，球磨时间为100～120分钟。
本发明还包括上述用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂的使用方法，将纳米锂渣早强剂按掺量0.5～4.0％掺入硫铝酸盐水泥砂浆中。
本发明通过对锂渣进行湿磨处理，使其中值粒径达到纳米级别(200～400nm)，能够促进锂盐的溶出(是未磨锂渣锂盐溶出量的数十倍)，锂盐对于硫铝酸盐水泥的水化进程有促进作用，并且锂渣中还含有较多的SiO2，CaO，CaSO4和Al2O3等成分，其中的SiO2绝大多数是以无定形SiO2的形式存在，具有火山灰活性。锂渣原料达到纳米尺度，意味着其中大量无定形SiO2的活性大大增强，使其火山灰反应提前，在早期也能提供一定强度，无定形SiO2易与水泥水化形成的Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙凝胶，由于Ca(OH)2的消耗，既可促进水泥的水化反应，又可使结晶细化，因而有利于界面的粘结，改善砂浆界面过渡区性能，使水泥砂浆结构更为致密。另外，无定形Al2O3和CaSO4易与溶液中的Ca(OH)2化合，生成水化硫铝酸钙，从而有利于提高混凝土的早期强度。纳米尺度的锂渣的加入对于硫铝酸盐水泥结构的致密化以及砂浆界面过渡区的性能改善有相当大的作用。
本发明的有益效果在于：1、本发明提供的纳米锂渣早强剂适用于硫铝酸盐水泥体系，按掺量0.5～4.0％掺入硫铝酸盐水泥砂浆中，能够使硫铝酸盐水泥砂浆7h强度提高110～440％，且后期强度不倒缩；2、本发明制备方法工艺过程简单，工艺参数易控制，并且使用的锂渣为工业废弃物，成本低且有利于环境保护。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用锂渣中SiO2含量不少于50％。
本实施例所用分散剂制备方法的制备方法为：将50重量份丙烯酸(AA)、50重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与100重量份水混合均匀得到混合溶液，将混合溶液加热至50℃，然后向混合溶液中同时滴加浓度为0.1％的引发剂过硫酸铵溶液(过硫酸铵用量为AA与AMPS总量的0.1％)和浓度为0.6％的链转移剂巯基乙酸溶液(巯基乙酸用量为AA与AMPS总量的1％)，滴加时间为1h，滴加结束得到分散剂。
经测试，所得到的分散剂中聚合物的分子结构式为：
Figure BDA0001784336040000041
其中m＝1，n＝3。
实施例1-4
制备用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂，具体步骤如下：将锂渣、分散剂、稳定剂(市售魔芋胶，质量浓度为0.1％)和去离子水按表1配比加入行星球磨机中，加入氧化锆研磨球，氧化锆研磨球用量为锂渣用量的10倍，氧化锆研磨球级配质量比：2.5mm：1.4mm：0.6mm＝1：1：2，球磨得到用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂。采用激光粒度分析仪测定本实施例制备的纳米锂渣早强剂的粒径。
将本实施例制备的纳米锂渣早强剂掺入硫铝酸盐水泥砂浆中，参照标准GB8076-2008测试砂浆强度增长比。测试结果见表1。
表1实施例1-4原料配比及产品性能
Figure BDA0001784336040000042
可见，加入本实施例制备的纳米锂渣早强剂，硫铝酸盐水泥砂浆7h砂浆强度显著提升，掺量为4％时，强度增长比可达114.3-440.5％，同时后期强度无倒缩(28d砂浆强度增长比为-1.8％～4.4％)，可以大规模应用于实际工程中。

Claims (10)

1.一种用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂，其特征在于，其由以下重量百分含量的组分组成：锂渣20～30％，分散剂5～9％，稳定剂1～5％，去离子水60～70％；
所述分散剂的制备方法为：将30～60重量份丙烯酸、40～100重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与90～120重量份水混合均匀得到混合溶液，将混合溶液加热至30～60℃，然后向混合溶液中同时滴加过硫酸盐溶液和巯基乙酸溶液，滴加时间为1h，滴加结束得到分散剂；
所述纳米锂渣早强剂的制备方法具体步骤如下：将锂渣、分散剂、稳定剂和去离子水按比例加入行星球磨机中，加入氧化锆研磨球，球磨得到中值粒径为200～400nm的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂。
2.根据权利要求1所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述锂渣中SiO2含量不少于50％。
3.根据权利要求1所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或几种，过硫酸盐用量为AA与AMPS总质量的0.1～0.2％，过硫酸盐溶液质量浓度为0.1～0.2％。
4.根据权利要求1所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述巯基乙酸用量为AA与AMPS总质量的1～2％，巯基乙酸溶液质量浓度为0.6～0.8％。
5.根据权利要求1所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述分散剂中聚合物的分子结构式为：
Figure FDA0002536618480000011
其中m＝1～4，n＝1～4。
6.根据权利要求1所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述稳定剂为魔芋胶、温轮胶中的一种或者两者的混合物，其质量浓度为0.1％。
7.一种权利要求1-6任一所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将锂渣、分散剂、稳定剂和去离子水按比例加入行星球磨机中，加入氧化锆研磨球，球磨得到中值粒径为200～400nm的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂。
8.根据权利要求7所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂的制备方法，其特征在于，所述氧化锆研磨球用量为锂渣用量的10倍，氧化锆研磨球级配质量比为：2.5mm：1.4mm：0.6mm＝1：1：2。
9.根据权利要求7所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂的制备方法，其特征在于，所述球磨工艺条件为：转速360～670rpm，用5～20℃冷却风冷却，球磨时间为100～120分钟。
10.一种权利要求1-6任一所述的用于硫铝酸盐水泥的纳米锂渣早强剂的使用方法，其特征在于，将纳米锂渣早强剂按掺量0.5～4.0％掺入硫铝酸盐水泥砂浆中。
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