CN110240438A - 一种用于水泥基材料密实增强剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于水泥基材料密实增强剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于水泥基材料密实增强剂及其制备方法，包括水泥熟料5％‑15％、改性磷石膏30％‑50％、炉渣10％‑20％、铝渣10％‑20％、再生粉10％‑30％、高性能吸水树脂0.1％‑0.5％、葡萄糖酸钠0.1‑0.5％。本发明可在混凝土或砂浆中作为胶凝材料替代10％‑15％的普通硅酸盐水泥，使水泥基材料抗压强度增大5％‑20％、抗渗等级提高、氯离子渗透量降低，显著改善材料耐久性能；同时本发明大量使用炉渣、铝渣和再生粉等工业固废，生产工艺简单，生产成本低，也有利于资源循环利用、降低环境污染，社会效益显著，经济实用性强。

Description

一种用于水泥基材料密实增强剂及其制备方法
技术领域
本发明属于功能砂浆及混凝土制备技术领域，具体涉及一种用于水泥基材料密实增强剂及其制备方法。
背景技术
水泥作为建筑工业三大基本材料之一，起着无可替代的作用。据统计，全球水泥年生产总量已突破40亿吨，为经济建设和社会发展做出巨大贡献，但在其生产过程中，带来的电力、煤炭、石灰石消耗，伴随而来产生CO2排放量超20亿吨，给环境造成了巨大危害。为改善现状，人们正在寻找新型绿色水泥的同时，也在研究降低混凝土中水泥用量的方法。
毛细孔作为水泥基材料的固有属性，是不可避免的，其产生的根本原因是水泥经水化后体积减缩，同时，干燥收缩、温度收缩、碳化收缩等对毛细孔的生成和发展均有重要影响。随着材料体积收缩加剧，裂缝逐渐形成，随即发生渗漏现象，大大降低材料的耐久性。在水泥基材料拌合过程中加入密实剂增强剂，不仅能优化材料的颗粒级配，而且能在水化时生产各种晶体微粒堵塞有害毛孔，从而提高材料的密实性，增大材料的抗压强度及耐久性。
工程中应用的防水密实剂种类较多，可分为水剂类和粉剂类，水剂类主要是硬脂酸盐、偏硅酸钠、三乙醇胺等；粉剂类主要是氯化铁、膨润土、矿物复合料等。硬脂酸盐、膨润土、矿物复合料的掺入可提高材料的密实性，但会降低强度；偏硅酸钠、三乙醇胺的掺入可提高材料的强度，但会加速材料收缩，降低材料的耐久性；氯化铁对钢筋混凝土有明显腐蚀作用，在国内已被严格限制使用。
如申请号为CN02138799.0的专利，其公开了活性磷石膏及作水泥增强缓凝剂的应用，一种活性磷石膏，其特征是由80～90wt％磷石膏，2～15wt％粘合增强剂，3～10wt％的活性激发剂组成，各成分数之和100wt％的混合物，经成型、干燥、煅烧而成，其中所述的粘合增强剂包括粘土、粉煤灰、煤渣或其它工业废渣，所述的3～10wt％的活性激发剂包括0～10wt％石灰、芒硝，0～10wt％的工业铝渣、明矾石、煅烧铝钒土，该活性磷石膏产品中SO3＞42wt％，可溶P2O5＜0.1wt％，其对于水泥基材料密实增强效果较差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于水泥基材料密实增强剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于水泥基材料密实增强剂，其特征在于，包括如下质量百分比含量的组分：水泥熟料5％-15％、改性磷石膏30％-50％、炉渣10％-20％、铝渣10％-20％、再生粉10％-30％、高性能吸水树脂0.1％-0.5％、葡萄糖酸钠0.1％-0.5％；所述水泥熟料组份为石灰石粉60-75％、硬石膏粉5-20％、铁粉0.5-3％和煤矸石粉5-15％。
进一步的，所述改性磷石膏的制备方法：磷石膏经水洗、过滤、烘干后500℃煅烧，保温30-60min，取出自然冷却，磨细过筛，比表面积为280-420kg/m2。
进一步的，所述改性磷石膏的主要化学成分及质量百分比为：SO3 46.34％-51.65％、CaO 34.68％-37.82％、SiO2 4.52％-7.36％、Al2O3 0.56％-0.78％、MgO 0.35％-0.53％、Fe2O3 0.28％-0.44％。
进一步的，所述炉渣，经粉磨，过0.08um标准筛，筛余优选为5％-10％，其主要化学成分及质量百分比为：SiO2 41.89％-45.37％、Al2O3 33.25％-36.74％、Fe2O3 6.85％-9.21％、CaO 6.12％-8.35％、MgO 0.35％-0.53％、SO3 0.18％-0.43％。
进一步的，所述铝渣，经粉磨，过0.08um标准筛，筛余优选为5％-10％，其主要化学成分及质量百分比为：Al2O3 22.14％-26.52％、SiO2 18.67％-21.35％、Fe2O3 16.81％-19.26％、CaO 14.76％-18.38％、MgO 1.96％-4.29％、SO3 0.55％-0.87％。
进一步的，所述再生粉由废弃混凝土经破碎、粉磨，过0.08um标准筛，筛余优选为5％-10％，需水量小于110％。
进一步的，所述高性能吸水树脂是聚丙烯酸盐树脂、聚丙烯酰胺盐树脂或丙烯酸-丙烯酰胺共聚树脂，粒度为100目-200目，饱和氢氧化钙溶液中吸水量为30-50g/g。
本发明还公开了上述用于水泥基材料密实增强剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)水泥熟料的烧制：将石灰石粉、硬石膏粉、铁粉和煤矸石粉充分混合、成球、烘干后经1200-1400℃煅烧，保温20min-50min，取出后自然冷却，磨细过筛，比表面积为240-350kg/m2。
(2)将步骤(1)中制备的水泥熟料与其他组份按质量百分比充分混合，制备水泥基材料密实增强剂。
制备的水泥基密实增强剂的比表面积220-350m2/kg，需水量95％-105％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用优化颗粒级配、自养护、硫酸盐激发、调整各组分强度释放速度等技术，可在取代10％-15％普通硅酸盐水泥的前提下，保证材料7d和28d强度提高5％-20％。
(2)水泥熟料、炉渣、铝渣中含有大量的活性氧化铝和氧化硅，硫酸根存在的条件下，在混凝土中发生水化反应时，可产生大量钙矾石晶体，进而引起水泥石膨胀，既可以补偿材料收缩也可以提高材料的密实性。
(3)工业固废炉渣、铝渣和再生粉的大量使用，在降低环境污染的同时也可带来明显的经济效益。
(4)各组分原料简单易得，来源广泛，产品可快速大批量工业化生产。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的水泥熟料制备方法如下：
(1)将石灰石粉60-75％、硬石膏粉5-20％、铁粉0.5-3％和煤矸石粉5-15％充分混合；
(2)将步骤(1)制得的样品加适量水后成球、烘干；
(3)将样品经1200-1400℃煅烧，保温20min-50min，取出后自然冷却，磨细过筛，保证其比表面积为240-350kg/m2。
改性磷石膏的制备方法如下：
(1)将磷石膏经水洗、过滤、烘干处理；
(2)在500℃下煅烧，保温30-60min，取出自然冷却，磨细过筛，保证其比表面积为280-420kg/m2。试验研究表明：经此改性工艺制备的磷石膏，缓凝效果大大降低，提高了其在混凝土中的适用性，同时其硫酸盐激发功能也明显提升。
水泥基材料密实增强剂的制备方法：按上述方法制备好改性磷石膏、水泥熟料，再与其他组分充分混合，制备的水泥基密实增强剂的比表面积220-350m2/kg，需水量95％-105％。
下述各实施例及对比例，若无特殊说明均以此方法制备水泥熟料、改性磷石膏及增强剂。
实施例1：
一种用于水泥基材料密实增强剂，由以下质量百分比组分组成：水泥熟料10％、改性磷石膏30％、炉渣10％、铝渣20％、再生粉29.7％、高性能吸水树脂0.1％、葡萄糖酸钠0.2％。
实施例2：
一种用于水泥基材料密实增强剂，由以下质量百分比组分组成：水泥熟料10％、改性磷石膏40％、炉渣10％、铝渣20％、再生粉19.5％、高性能吸水树脂0.2％、葡萄糖酸钠0.3％。
实施例3：
一种用于水泥基材料密实增强剂，由以下质量百分比组分组成：水泥熟料15％、改性磷石膏40％、炉渣10％、铝渣15％、再生粉19.7％、高性能吸水树脂0.2％、葡萄糖酸钠0.1％。
对比例1：
本对比例提供的密实增强剂的原料与组成与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中的水泥熟料煅烧工艺不同，其煅烧温度为1150℃，保温时间为1h。
对比例2：
本对比例提供的密实增强剂的原料与组成与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中的水泥熟料采用浙江湖州某水泥厂提供的水泥熟料经粉磨成相同细度。
对比例3：
本对比例提供的密实增强剂的原料与组成与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中的改性磷石膏经气流磨磨细，其比表面积为540kg/m2。
对比例4：
本比较例提供的密实增强剂的原料与组成与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中的炉渣和铝渣经0.08um标准筛，筛余为15.8％。
对比例5：
本对比例提供的密实增强剂的原料与组成与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中高性能吸水树脂粒度为300目，饱和氢氧化钙吸水量为106.4g/g。
根据国家标准GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、国家标准GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和国家标准GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》检测，具体实验结果如下表1：
表1：混凝土试验配合比
其中水泥为市售普通硅酸盐水泥，强度等级为P·O 42.5。砂为河沙，含泥量为2.45％，泥块含量0.28％。石为碎石，采用5-31.5mm连续级配，含泥量为0.89％，泥块含量小于0.1％。
对比例1-5中混凝土配合比与实施例1相同，试块成型后按标准养护，测试试验结果如下表2：
表2：混凝土性能测试实验结果
由试验结果可知：实施例1效果最佳，无论是C30还是C50混凝土，此密实增强剂在取代15％的普通硅酸盐水泥后，混凝土和易性变得更优越、材料7d和28d抗压强度仍能提高5％-20％、材料抗渗等级提高、氯离子渗透量降低。可预见，在当前建筑行业大发展的背景下，本发明所述用于水泥基材料密实增强剂具有较大的前景。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于水泥基材料密实增强剂，其特征在于，包括如下质量百分比含量的组分：水泥熟料5％-15％、改性磷石膏30％-50％、炉渣10％-20％、铝渣10％-20％、再生粉10％-30％、高性能吸水树脂0.1％-0.5％、葡萄糖酸钠0.1％-0.5％；所述水泥熟料组份为石灰石粉60-75％、硬石膏粉5-20％、铁粉0.5-3％和煤矸石粉5-15％。
2.如权利要求1所述的一种用于水泥基材料密实增强剂，其特征在于，所述改性磷石膏的制备方法：磷石膏经水洗、过滤、烘干后500℃煅烧，保温30-60min，取出自然冷却，磨细过筛，比表面积为280-420kg/m2。
3.如权利要求1所述的一种用于水泥基材料密实增强剂，其特征在于，所述改性磷石膏的主要化学成分及质量百分比为：SO3 46.34％-51.65％、CaO 34.68％-37.82％、SiO24.52％-7.36％、Al2O3 0.56％-0.78％、MgO 0.35％-0.53％、Fe2O3 0.28％-0.44％。
4.如权利要求1所述的一种用于水泥基材料密实增强剂，其特征在于，所述炉渣，经粉磨，过0.08um标准筛，筛余优选为5％-10％，其主要化学成分及质量百分比为：SiO241.89％-45.37％、Al2O3 33.25％-36.74％、Fe2O3 6.85％-9.21％、CaO 6.12％-8.35％、MgO 0.35％-0.53％、SO3 0.18％-0.43％。
5.如权利要求1所述的一种用于水泥基材料密实增强剂，其特征在于，所述铝渣，经粉磨，过0.08um标准筛，筛余优选为5％-10％，其主要化学成分及质量百分比为：Al2O322.14％-26.52％、SiO2 18.67％-21.35％、Fe2O3 16.81％-19.26％、CaO 14.76％-18.38％、MgO 1.96％-4.29％、SO3 0.55％-0.87％。
6.如权利要求1所述的一种用于水泥基材料密实增强剂，其特征在于，所述再生粉由废弃混凝土经破碎、粉磨，过0.08um标准筛，筛余优选为5％-10％，需水量小于110％。
7.如权利要求1所述的一种用于水泥基材料密实增强剂，其特征在于，所述高性能吸水树脂是聚丙烯酸盐树脂、聚丙烯酰胺盐树脂或丙烯酸-丙烯酰胺共聚树脂，粒度为100目-200目，饱和氢氧化钙溶液中吸水量为30-50g/g。
8.权利要求1-7任一项所述的一种用于水泥基材料密实增强剂的制备方法，其特征在于，
(1)水泥熟料的烧制：将石灰石粉、硬石膏粉、铁粉和煤矸石粉充分混合、成球、烘干后经1200-1400℃煅烧，保温20min-50min，取出后自然冷却，磨细过筛，比表面积为240-350kg/m2。
(2)将步骤(1)中制备的水泥熟料与其他组份按质量百分比充分混合，制备水泥基材料密实增强剂。
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Inventor after: Cheng Fuxing

Inventor after: Wan Pengcheng

Inventor after: Xiao Ji

Inventor after: Wang Hailong

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