CN112028532A - 一种全固废硫铝酸盐早强剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全固废硫铝酸盐早强剂及其制备方法和应用，该全固废硫铝酸盐早强剂，按重量份计，所述全固废硫铝酸盐早强剂由以下组分经湿磨工艺制得：电石渣50‑55份、表面改性剂0.5‑0.8份，余量为水；所述电石渣、所述表面改性剂和所述水的总份数为100份。本发明将电石渣经过粉磨处理后在外加剂的作用下进行湿磨加工，制备出纳米尺寸的全固废硫铝酸盐早强剂，其可替代部分硫铝酸盐水泥，大大提高硫铝酸盐水泥的超早期力学强度，硫铝酸盐水泥净浆2小时强度可以提高600％以上，可在特殊环境抢修抢建领域广泛使用，提高修复效率，并可有效解决现有电石渣资源化利用率和产品附加值低的问题。

Description

一种全固废硫铝酸盐早强剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种全固废硫铝酸盐早强剂及其制备方法和应用。
背景技术
电石渣是电石水解获取乙炔气后的废渣，主要成分是氢氧化钙，属于一般工业固体废弃物。由于其产量大，碱性强(PH>12)、湿度高，大部分企业仅对其进行部分回收，或在处置前将其长期堆放和晾晒。然而，当其堆积在土地上时，会占用土地并污染环境，如果填埋在土壤中会造成碱性污染，导致土壤碱化和地下水污染。因此，电石渣的最终处置问题非常关键。
硫铝酸盐水泥具有快凝，高早强的特点，然而，在特殊环境的快速修补中，需要更好地发挥出其快凝快硬的特点，如堵漏等。电石渣主要成分为氢氧化钙，若能将其用于硫铝酸盐水泥，进一步提高硫铝酸盐水泥的水化反应速率，实现硫铝酸盐水泥超高早强，将对电石渣的高附加值资源化利用具有十分重要的意义，但目前相关研究较少。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种处理电石渣堆存问题的新解决方案，即将电石渣经过粉磨处理后在外加剂的作用下进行湿磨加工，制备出纳米尺寸的全固废硫铝酸盐早强剂，其可替代部分硫铝酸盐水泥，大大提高硫铝酸盐水泥的超早期力学强度，有效解决了现有电石渣资源化利用率低，产品附加值低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种全固废硫铝酸盐早强剂，按重量份计，所述全固废硫铝酸盐早强剂由以下组分经湿磨工艺制得：电石渣50-55份、表面改性剂0.5-0.8份，余量为水；所述电石渣、所述表面改性剂和所述水的总份数为100份。
可选地，所述表面改性剂的分子结构式如下：
Figure BDA0002671761800000021
其中，m∶n＝(8-10)∶1，k＝9。
可选地，所述表面改性剂为由以下方法制得的表面改性剂：
将丙烯酸和分子量为400的聚醚混合配制成40％的溶液，并加入单体质量0.5％的巯基乙醇，搅拌5min，然后，加入单体质量0.2％的维生素C和0.1％的过硫酸铵，搅拌3h，得到表面改性剂，其中，所述丙烯酸和所述聚醚的摩尔比为(8-10)∶1；所述单体质量为所述丙烯酸和所述聚醚的质量总和。
本发明的第二目的在于提供一种制备上述全固废硫铝酸盐早强剂的方法，该制备方法包括以下步骤：
先将所述电石渣放入湿磨机中，然后，将所述水和所述表面改性剂加入湿磨机中，开始研磨，直至中值粒径为0.3～3μm，过滤研磨体，并搅拌均匀，即得全固废硫铝酸盐早强剂。
可选地，所述研磨体为球形氧化锆。
可选地，所述研磨体的级配为10mm∶8mm∶5mm∶3mm＝1∶4∶4∶1，且所述研磨体的用量为所述电石渣的2.8-3.2倍。
可选地，所述研磨的研磨时间1h～2h。
本发明的第三目的在于提供一种上述全固废硫铝酸盐早强剂在水泥基材料中的应用，在该应用中，所述水泥基材料包括硫铝酸盐水泥；所述全固废硫铝酸盐早强剂取代所述硫铝酸盐水泥的量为8～12％。
相对于现有技术，本发明所述的全固废硫铝酸盐早强剂具有以下优势：
1、本发明将电石渣经过粉磨处理后在外加剂的作用下进行湿磨加工，得到纳米尺寸的全固废硫铝酸盐早强剂，一方面，电石渣中的氢氧化钙可参与硫铝酸盐水泥水化反应，提高水化体系的pH，诱导水化产物钙矾石的形成并促进水化反应，显著提升硫铝酸盐水泥早期强度，另一方面，本发明将电石渣进行湿磨处理可以为反应体系提供成核效应和填充效应，进一步提高水化反应速率，实现硫铝酸盐水泥超高早强的目的，当取代8-12％的硫铝酸盐水泥时，硫铝酸盐水泥净浆2小时强度可以提高600％以上。
2、本发明为电石渣的高附加值利用提供了一种新的方法，而且为硫铝酸盐水泥提供了一种高效低成本的早强剂，且本发明全固废硫铝酸盐早强剂的制备工艺简单，有利于其推广应用。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
表1为本发明实施例1～实施例6的全固废硫铝酸盐早强剂中各组分的配比。其中，表面改性剂为由以下方法制得：
按照表1中丙烯酸和聚醚的摩尔比，将丙烯酸和分子量为400的聚醚混合配制成40％的溶液，并加入单体质量0.5％的巯基乙醇，搅拌5min，然后，加入单体质量0.2％的维生素C和0.1％的过硫酸铵，搅拌3h，得到表面改性剂，其中，单体质量为丙烯酸和聚醚的质量总和，所得表面改性剂的分子结构式如下：
Figure BDA0002671761800000041
各实施例表面改性剂分子结构式中m与n的比值与各实施例中丙烯酸与聚醚的摩尔比相等，如实施例1中丙烯酸与聚醚摩尔比为8∶1，则表面改性剂分子结构式中m∶n＝8∶1，k＝9。
表2为本发明实施例1～实施例6的全固废硫铝酸盐早强剂的制备工艺参数和力学性能测试结果。本发明实施例1～实施例6的全固废硫铝酸盐早强剂具体由以下方法制得：
按照表1中各实施例原料配方，先将电石渣放入湿磨机中，然后，将水和表面改性剂加入湿磨机中，按照表2中各实施例湿磨工艺参数开始研磨，直至中值粒径为0.3～3μm，过滤研磨体，并搅拌均匀，即得各实施例的全固废硫铝酸盐早强剂。在本发明各实施例的全固废硫铝酸盐早强剂制备过程中，研磨体为球形氧化锆，研磨体的级配为10mm∶8mm∶5mm∶3mm＝1∶4∶4∶1，且研磨体的用量为电石渣的3倍。
将本发明实施例1～实施例6的全固废硫铝酸盐早强剂按照表2中掺量，替代硫铝酸盐水泥后(内掺)，制备成硫铝酸盐水泥净浆，测试其2h抗压强度，并根据空白样，即未掺加本发明实施例1～实施例6的全固废硫铝酸盐早强剂的纯硫铝酸盐水泥的2h抗压强度计算强度提高百分比，各实施例强度提高百分比＝(各实施例硫铝酸盐水泥净浆2h抗压强度-空白样硫铝酸盐水泥净浆2h抗压强度)/空白样硫铝酸盐水泥净浆2h抗压强度×100％，计算结果如表2所示。
表1
Figure BDA0002671761800000051
表2
Figure BDA0002671761800000052
从表2可以看出，掺有本发明实施例1～实施例6的全固废硫铝酸盐早强剂的硫铝酸盐水泥净浆的2h强度远高于空白样，且强度随着研磨时间和掺量的增加而增加，强度提高百分比可达921％。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全固废硫铝酸盐早强剂，其特征在于，按重量份计，所述全固废硫铝酸盐早强剂由以下组分经湿磨工艺制得：电石渣50-55份、表面改性剂0.5-0.8份，余量为水；所述电石渣、所述表面改性剂和所述水的总份数为100份。
2.根据权利要求1所述的全固废硫铝酸盐早强剂，其特征在于，所述表面改性剂的分子结构式如下：
Figure FDA0002671761790000011
其中，m∶n＝(8-10)∶1，k＝9。
3.根据权利要求2所述的全固废硫铝酸盐早强剂，其特征在于，所述表面改性剂为由以下方法制得的表面改性剂：
将丙烯酸和分子量为400的聚醚混合配制成40％的溶液，并加入单体质量0.5％的巯基乙醇，搅拌5min，然后，加入单体质量0.2％的维生素C和0.1％的过硫酸铵，搅拌3h，得到表面改性剂，其中，所述丙烯酸和所述聚醚的摩尔比为(8-10)∶1；所述单体质量为所述丙烯酸和所述聚醚的质量总和。
4.制备权利要求1至3任一项所述的全固废硫铝酸盐早强剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
先将所述电石渣放入湿磨机中，然后，将所述水和所述表面改性剂加入湿磨机中，开始研磨，直至中值粒径为0.3～3μm，过滤研磨体，并搅拌均匀，即得全固废硫铝酸盐早强剂。
5.根据权利要求4所述的全固废硫铝酸盐早强剂的制备方法，其特征在于，所述研磨体为球形氧化锆。
6.根据权利要求4所述的全固废硫铝酸盐早强剂的制备方法，其特征在于，所述研磨体的级配为10mm∶8mm∶5mm∶3mm＝1∶4∶4∶1，且所述研磨体的用量为所述电石渣的2.8-3.2倍。
7.根据权利要求4所述的全固废硫铝酸盐早强剂的制备方法，其特征在于，所述研磨的研磨时间1h～2h。
8.权利要求1至3任一项所述的全固废硫铝酸盐早强剂在水泥基材料中的应用，其特征在于，所述水泥基材料包括硫铝酸盐水泥；所述全固废硫铝酸盐早强剂取代所述硫铝酸盐水泥的量为8～12％。
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