CN111995288B - 一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法 - Google Patents

一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法，以重量份记，取二水磷石膏100～150份，水450～750份，聚羧酸减水剂1～2份和1300～1800份的氧化锆研磨体同时加入行星式球磨罐中，密封固定在行星式球磨机内，研磨至中值粒径为5～8μm，有效固含量为14～18％，将研磨后的浆料加入5‑10份碳酸锂和4‑6份环糊精，通过减压热循环回流的过程1‑2h得用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂。将按本发明方法制备得到的复合早强剂按1～6％的掺量掺入硫铝酸盐水泥，能促进硫铝酸盐水泥的早期水化，钙矾石快速形成，缩短硬化时间和增大早期强度，且后期强度无影响。

Description

一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂和固废利用领域，具体涉及一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法。
背景技术
我国的工业副产石膏的产量相当的巨大。如今工业副产石膏在我国累积堆存量已经超过4亿吨，主要包括:磷石膏、脱硫石膏、氟石膏和柠檬酸石膏等。其中，磷石膏每年的堆存量超过7000万吨，综合利用率只有20%左右。磷石膏是磷肥工业排除的废渣，不及时处理会严重污染环境。其大量的堆存，既浪费资源，吞占土地，对环境造成破坏，且遇风扬尘，造成粉尘污染等安全问题。因此，对磷石膏的资源化利用具有很重要的意义。
硫铝酸盐水泥是以适当成份的石灰石、铝矾土和石膏为主要原材料，经1300-1350°C锻烧而成的以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的熟料，掺加适量石膏和混合材共同粉磨而成的水硬性胶凝材料，该系列水泥具有低温硬化、早强快硬、抗冻、抗渗等优良性能。正常的硫铝酸盐水泥6h强度一般在6-15MPa，对于要求小时（如4h）强度最高强度在20MPa以上的快硬硫铝酸盐水泥而言，正常生产的硫铝酸盐水泥已经不能满足要求。
公开号为CN107265900A的专利申请公开了一种硫铝酸盐水泥复合早强剂及早强硫铝酸盐水泥，属于混凝土早强剂技术领域，该发明采用多种有机外加剂，氢氧化钙、硫酸铁、硼酸、柠檬酸复合作为早强剂的基体。通过复合早强剂基体的协同作用，促进硫铝酸盐水泥的早期水化，钙矾石的快速形成并保持硬化浆体的结构致密性，从而使硫铝酸盐水泥获得较高的小时强度，且后期强度不降低或小幅降低。
公开号为CN108439840A的专利申请公开了一种无氯混凝土早强剂，属于混凝土早强剂技术领域，该发明采用多种无机早强剂，纳米硅粉、纳米Ca(NO3)2、水泥石、尿素和乙醇复合作为早强剂的基体，并添加聚羧酸减水剂和烷基苯磺酸盐引气剂，早强剂基体中将纳米材料和晶胚物质相结合，在保证各成分性能叠加的基础上，晶胚物质的填入，具有降低水化产物析出的能力障碍，促进水化产物的析出，提高早起强度，纳米材料的微结构具有改善混凝土材料的微观结构，提升材料力学性能，减小混凝土的流动性，缩短凝结时间，提高早期强度。
因此，本发明拟设计一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法，用湿磨磷石膏浆料和碳酸锂、环糊精混合，通过减压热循环回流1-2h得到磷石膏复合早强剂来提高硫铝酸盐水泥的早期强度和缩短凝结时间，满足一些特殊工程（如隧道房屋止水堵漏、道路抢修、海港工程）的需要，作为硫铝酸盐水泥外加剂的重要补充。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、以重量份记，取二水磷石膏100～150份，水450～750份，聚羧酸减水剂1～2份和1300～1800份的氧化锆研磨体同时倒入行星式球磨罐中，密封固定在行星式球磨机内，研磨时间至中值粒径为5～8μm，有效固含量为14～18%；
步骤2、取研磨后的100份浆料转移到三口烧瓶中，加入5-10份碳酸锂和4-6份环糊精，通过减压热循环回流的过程1-2h，最后都得到磷石膏复合早强剂。
所述氧化锆研磨体是由各种粒径的研磨球混合而成的研磨体；所述研磨球的直径与质量比为3mm:1.5mm:1mm：0.5mm=4:2:1:2，球磨机转速为400rpm。
所述研磨时间为80～100min，研磨过程中采用激光粒度分析仪器，每40min测试一次粒径分布规律，直至中值粒径为5～8μm。
由所述一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法制得的早强剂，按1-6%的掺量掺入硫铝酸盐水泥，所得硫铝酸盐水泥的4h、1d净浆强度分别提高220%和120%以上，且对后期强度无影响。
本发明具有如下优点：
本发明使用二水磷石膏作为主要原料且来源广泛，用适量的聚羧酸减水剂使其在水中充分分散，研磨时间控制在80～100min，时间超过100min会把有害杂质活化，导致硫铝酸盐水泥强度降低。磷石膏可与硫铝酸盐水泥中的铝相反应，形成稳定的水化产物单硫型水化硫铝酸钙晶体，该晶体不溶于水，以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成凝胶体即C-S-H凝胶。湿磨磷石膏的硫酸钙和水与硫铝酸钙会反应生成钙矾石(Aft)和氢氧化铝，且硫铝酸钙反应速度快，早期产生大量水化产物，导致水泥浆体微观结构致密。这些较小的颗粒在早期水化过程中生成较多钙矾石，且钙矾石具有晶核效应，通过促进水泥的溶解和水化产物的沉淀来加速水泥浆体的水化，从而使硫铝酸盐水泥获得较高的小时强度，且保持后期强度不倒缩。锂离子具有早强作用；减压回流利用磷石膏的酸性环境，去除碳酸锂带入的碳酸根离子；环糊精的加入便于磷石膏的表面修饰和固定锂离子及其生成的磷酸氢二锂。
本发明的早强剂工艺流程简单、早强效果明显、适合大规模生产，能满足隧道房屋止水堵漏、道路抢修、海港工程等特殊工程的需要，且二水磷石膏来源广泛，达到资源合理利用的目的，可实现低成本制备磷石膏复合早强剂。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明：
以下实施例将通过本发明方法制得的用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂按1-6%的掺量掺入到硫铝酸盐水泥中，测试硫铝酸盐水泥净浆强度，与不加磷石膏复合早强剂的硫铝酸盐水泥的空白样进行对比，实验方法参照GB20472-2006，加用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂其4h、1d净浆强度分别提高260%和120%以上，且对后期强度有小幅度的增加。
实施例1、以重量份记，取二水磷石膏120份，水450份，聚羧酸减水剂1份和1300份的氧化锆研磨体同时倒入行星式球磨罐中，行星式球磨罐密封固定在行星式球磨机内，研磨至中值粒径为5μm，有效固含量为16%，取研磨后的100份浆料转移到三口烧瓶中，加入5份碳酸锂和4份环糊精，通过减压热循环回流的过程1h，得磷石膏复合早强剂；
所述氧化锆研磨体是由各种粒径的研磨球混合而成，其直径与质量比3mm:1.5mm:1mm:0.5mm=4:2:1:2，球磨机转速为400rpm。
由本实施例制备的复合早强剂按1%的掺量掺入到硫铝酸盐水泥中，参照GB20472-2006标准测试，可以提高其凝结时间、抗压强度等，具体见表1。
实施例2、以重量份记，取二水磷石膏125份，水500份，聚羧酸减水剂1.2份和1400份的氧化锆研磨体同时倒入行星式球磨罐中，行星式球磨罐密封固定在行星式球磨机内，研磨至中值粒径为5.5μm，有效固含量为15%，取研磨后的100份浆料转移到三口烧瓶中，加入6份碳酸锂和4.5份环糊精，通过减压热循环回流的过程1.2h，得磷石膏复合早强剂；
所述氧化锆研磨体是由各种粒径的研磨球混合而成，其直径与质量比3mm:1.5mm:1mm:0.5mm=4:2:1:2，球磨机转速为400rpm。
由本实施例制备的复合早强剂按2%的掺量掺入到硫铝酸盐水泥中，参照GB20472-2006标准测试，可以提高其凝结时间、抗压强度等，具体见表1。
实施例3、以重量份记，取二水磷石膏135份，水550份，聚羧酸减水剂1.5份和1600份的氧化锆研磨体同时倒入行星式球磨罐中，行星式球磨罐密封固定在行星式球磨机内，研磨至中值粒径为6μm，有效固含量为14%，取研磨后的100份浆料转移到三口烧瓶中，加入7份碳酸锂和4.8份环糊精，通过减压热循环回流的过程1.2h，得磷石膏复合早强剂；
所述氧化锆研磨体是由各种粒径的研磨球混合而成，其直径与质量比3mm:1.5mm:1mm:0.5mm=4:2:1:2，球磨机转速为400rpm。
由本实施例制备的复合早强剂按3%的掺量掺入到硫铝酸盐水泥中，参照GB20472-2006标准测试，可以提高其凝结时间、抗压强度等，具体见表1。
实施例4、以重量份记，取二水磷石膏145份，水650份，聚羧酸减水剂1.8份和1750份的氧化锆研磨体同时倒入行星式球磨罐中，行星式球磨罐密封固定在行星式球磨机内，研磨至中值粒径为7.1μm，有效固含量为17%，取研磨后的100份浆料转移到三口烧瓶中，加入8份碳酸锂和5.5份环糊精，通过减压热循环回流的过程1.5h，得磷石膏复合早强剂；
所述氧化锆研磨体是由各种粒径的研磨球混合而成，其直径与质量比3mm:1.5mm:1mm:0.5mm=4:2:1:2，球磨机转速为400rpm。
由本实施例制备的复合早强剂按4%的掺量掺入到硫铝酸盐水泥中，参照GB20472-2006标准测试，可以提高其凝结时间、抗压强度等，具体见表1。
实施例5、以重量份记，取二水磷石膏150份，水750份，聚羧酸减水剂2份和1800份的氧化锆研磨体同时倒入行星式球磨罐中，行星式球磨罐密封固定在行星式球磨机内，研磨至中值粒径为8μm，有效固含量为18%，取研磨后的100份浆料转移到三口烧瓶中，加入10份碳酸锂和6份环糊精，通过减压热循环回流的过程2h，得磷石膏复合早强剂；
所述氧化锆研磨体是由各种粒径的研磨球混合而成，其直径与质量比3mm:1.5mm:1mm:0.5mm=4:2:1:2，球磨机转速为400rpm。
由本实施例制备的复合早强剂按6%的掺量掺入到硫铝酸盐水泥中，参照GB20472-2006标准测试，可以提高其凝结时间、抗压强度等，具体见表1。
对比例1、将未湿磨的二水磷石膏按2%的掺量掺入硫铝酸盐水泥，具体工作性能见表1。
对比例2、将未湿磨的二水磷石膏按4%的掺量掺入硫铝酸盐水泥，具体工作性能见表1。
表1.磷石膏复合早强剂对硫铝酸盐水泥的工作性
Figure 665356DEST_PATH_IMAGE002
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (4)

1.一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、以重量份记，取二水磷石膏100～150份，水450～750份，聚羧酸减水剂1～2份和1300～1800份的氧化锆研磨体同时倒入行星式球磨罐中，密封固定在行星式球磨机内，研磨时间至中值粒径为5～8μm，有效固含量为14～18%；
步骤2、取研磨后的100份浆料转移到三口烧瓶中，加入5-10份碳酸锂和4-6份环糊精，通过减压热循环回流的过程1-2h，最后都得到磷石膏复合早强剂。
2.如权利要求1所述的一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中氧化锆研磨体是由各种粒径的研磨球混合而成的研磨体；所述研磨球的直径与质量比为3mm:1.5mm:1mm：0.5mm=4:2:1:2，球磨机转速为400rpm。
3.如权利要求1所述的一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1的研磨时间为80～100min，研磨过程中采用激光粒度分析仪器，每40min测试一次粒径分布规律，直至中值粒径为5～8μm。
4.如权利要求1所述的一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法，其特征在于：由所述一种用于硫铝酸盐水泥的磷石膏复合早强剂的制备方法制得的早强剂，按1-6%的掺量掺入硫铝酸盐水泥。
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